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DE102008046426A1 - Compression ratio changing arrangement for combustion engine i.e. Otto engine, has spring unit partially absorbing gas and mass forces acting at positioning device during operation of engine in relation to actuating device - Google Patents

Compression ratio changing arrangement for combustion engine i.e. Otto engine, has spring unit partially absorbing gas and mass forces acting at positioning device during operation of engine in relation to actuating device Download PDF

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DE102008046426A1
DE102008046426A1 DE102008046426A DE102008046426A DE102008046426A1 DE 102008046426 A1 DE102008046426 A1 DE 102008046426A1 DE 102008046426 A DE102008046426 A DE 102008046426A DE 102008046426 A DE102008046426 A DE 102008046426A DE 102008046426 A1 DE102008046426 A1 DE 102008046426A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
actuator
spring
adjusting
compression ratio
arrangement according
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.)
Withdrawn
Application number
DE102008046426A
Other languages
German (de)
Inventor
Mike Kohrs
Jens Schäfer
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.)
Schaeffler Technologies AG and Co KG
Original Assignee
Schaeffler KG
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Filing date
Publication date
Application filed by Schaeffler KG filed Critical Schaeffler KG
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Publication of DE102008046426A1 publication Critical patent/DE102008046426A1/en
Withdrawn legal-status Critical Current

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/047Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of variable crankshaft position
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02DCONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00Varying compression ratio
    • F02D15/02Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)

Abstract

The arrangement (10) has a positioning device (12) changing position of a piston (16) relative to a cylinder (18) of a combustion engine for adjusting compression ratio. An actuating device (20) i.e. servo-motor, is in effective connection with the device (12) for actuating the device (12). A spring unit (22) e.g. spiral spring, partially absorbs gas and mass forces acting at the device (12) during operation of engine in relation to actuating device. The unit is arranged and dimensioned such that retaining forces and/or moments acting at the actuation device act only in a certain direction.

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft eine Anordnung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor. Ferner betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 18 mit einer derartigen Anordnung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses.The The invention relates to an arrangement according to the preamble of claim 1 for varying the compression ratio in an internal combustion engine. Furthermore, the invention relates to a Internal combustion engine according to claim 18 with a such arrangement for varying the compression ratio.

Stand der TechnikState of the art

Hintergrund der ErfindungBackground of the invention

Um einen möglichst energieeffizienten Betrieb eines Verbrennungsmotors, insbesondere eines Otto-Motors, zu erreichen, ist es bekannt, dass Verdichtungsverhältnis an den Betriebszustand des Motors anzupassen. So kann ein Otto-Motor aufgrund der Selbstzündung des Kraftstoffes im Volllastbetrieb lediglich mit einem Verdichtungsverhältnis von ε = 9 betrieben werden, während im Teillastbetrieb zur Verminderung des Kraftstoffverbrauches ein höheres Verdichtungsverhältnis von beispielsweise ε = 14 wünschenswert wäre.Around the most energy-efficient operation of an internal combustion engine, In particular, to achieve an Otto engine, it is known that Compression ratio to the operating condition of the engine adapt. So can an Otto engine due to the auto-ignition the fuel in full load operation only with a compression ratio be operated by ε = 9, while in partial load operation to reduce the fuel consumption, a higher compression ratio for example, ε = 14 would be desirable.

Aus dem Stand der Technik sind unterschiedlichste Lösungen bekannt, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebes des Verbrennungsmotors anzupassen. Grundsätzlich wird hierzu die relative Lage der Kolben zu den Zylindern des Verbrennungsmotors verändert, um auf diese Weise das von dem jeweiligen Kolben und dem zugeordneten Zylinder begrenzte Volumen zu verändern.Out the state of the art are very different solutions known, the compression ratio during the Adjust the operation of the internal combustion engine. in principle For this purpose, the relative position of the piston to the cylinders of the internal combustion engine changed, in this way that of the respective piston and to change the volume limited to the associated cylinder.

Zum Verändern der relativen Lage der Kolben zu den Zylindern dient eine Stelleinrichtung, mit der beispielsweise die Kurbelwelle relativ zu den Zylindern verlagert werden kann. Auch sind Lösungen aus dem Stand der Technik bekannt, bei denen die Zylinder relativ zur Kurbelwelle verlagert werden, beispielsweise durch Schwenken des gesamten Motorblocks oder durch Verstellen des Zylinderkopfes des Motors.To the Changing the relative position of the pistons to the cylinders serves an adjusting device, with the example, the crankshaft can be displaced relative to the cylinders. Also, solutions are out known in the prior art, in which the cylinder relative to Crankshaft be displaced, for example by pivoting the entire engine block or by adjusting the cylinder head of the engine.

Aus der DE 297 19 343 U1 ist eine Anordnung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses bekannt, bei der als Stelleinrichtung eine exzentrische Lageranordnung für die Kurbelwelle vorgesehen ist, mit welcher durch Schwenken der Lageranordnung um die Exzenterachse die Kurbelwelle relativ zu den Zylindern verlagert wird. Entsprechende Lösungen mit exzentrischer Lageranordnung für die Kurbelwelle sind aus der DE 30 04 402 A1 , der DE 36 01 528 A1 oder der DE 36 44 721 A1 bekannt.From the DE 297 19 343 U1 An arrangement for varying the compression ratio is known in which an eccentric bearing arrangement for the crankshaft is provided as adjusting device, with which by pivoting the bearing assembly about the eccentric axis, the crankshaft is displaced relative to the cylinders. Corresponding solutions with eccentric bearing arrangement for the crankshaft are from the DE 30 04 402 A1 , of the DE 36 01 528 A1 or the DE 36 44 721 A1 known.

Zum Verstellen der Stelleinrichtung dient eine Betätigungseinrichtung, die unmittelbar auf die Stelleinrichtung einwirkt, beispielsweise ein elektrischer Stellmotor, ein elektrischer Linearaktuator oder auch ein hydraulisch bzw. pneumatisch angesteuerter Linearaktuator. Die Betätigungseinrichtung wird ihrerseits in bekannter Weise von der Motorregelung des Verbrennungsmotors angesteuert und betätigt die Stelleinrichtung in Abhängigkeit von den aktuellen Motorparametern.To the Adjusting the adjusting device is an actuating device, acting directly on the actuator, for example an electric servomotor, an electric linear actuator or else a hydraulically or pneumatically controlled linear actuator. The Actuator is in turn in a known manner controlled by the engine control of the internal combustion engine and actuates the Actuator depending on the current motor parameters.

Beim Betrieb des Verbrennungsmotors entstehen sowohl Gas- als auch Massenkräfte, die von den Zylindern, dem Zylinderkopf oder auch der Kurbelwellenlagerung aufgenommen werden müssen. In entsprechender Weise wirken diese Kräfte auch unmittelbar auf die Stelleinrichtung, mit der die relative Lage der Kolben zu den Zylindern verändert wird.At the Operation of the internal combustion engine produces both gas and mass forces, that of the cylinders, the cylinder head or the crankshaft bearing must be included. Act in a similar way these forces also directly on the adjusting device, which changes the relative position of the pistons to the cylinders becomes.

In Abhängigkeit von der Anlenkung der Betätigungseinrichtung an die Stelleinrichtung entstehen auch an der Betätigungseinrichtung in wechselnde Richtungen wirkende Kräfte oder Momente, welche zu entsprechenden Haltemomenten oder Haltekräften führen.In Dependence on the articulation of the actuator to the actuator also arise on the actuator forces or moments acting in changing directions, which to corresponding holding moments or holding forces to lead.

Für eine hohe Dynamik und Gewährleistung der Verstellfähigkeit der Anordnung bei niedrigen Betriebstemperaturen (hohes Reibmoment an der Kurbelwelle) ist grundsätzlich eine Kopplung mit hohem Wirkungsgrad in der Wirkungsgradkette bei gleichzeitig möglichst geringem auf die Betätigungseinrichtung einwirkenden Massenträgheitsmoment notwendig. Selbsthemmende Getriebe weisen im allgemeinen einen geringen Wirkungsgrad auf und ermöglichen grundsätzliche keine selbsttätige Verstellung bei Umkehrung der Leistungsflussrichtung. Dies ist jedoch zur Erreichung einer Fail-Safe Lage für bei Ausfall notwendig.For a high degree of dynamics and guarantee of adjustability the arrangement at low operating temperatures (high friction torque on the crankshaft) is basically a coupling with high efficiency in the efficiency chain at the same time as possible low acting on the actuator mass moment of inertia necessary. Self-locking gears generally have a low Efficiency on and allow fundamental no automatic adjustment when reversing the power flow direction. However, this is to achieve a fail-safe location for necessary in case of failure.

Insbesondere bei einer nicht selbsthemmenden Ausführung der Übertragungskinematik führt eine Umkehrung der Momentenrichtung zu einem Verlust des Kraftschlusses in der Übertragungskinematik, beispielsweise in der Verzahnung oder zwischen Spindelwelle, Kugel und Spindel. Dadurch entstehen mechanische Anlagewechsel. Diese Anlagewechsel erfolgen mit der Frequenz der Anregung und führen zu einer starken Geräuschentwicklung. Des weiteren reduzieren die Anlagewechsel die Lebensdauer der Mechanik entscheidend.Especially in a non-self-locking execution of the transmission kinematics A reversal of the torque direction leads to a loss the frictional connection in the transmission kinematics, for example in the toothing or between the spindle shaft, ball and spindle. This creates mechanical system changes. This investment change take place with the frequency of excitation and lead to a strong noise. Furthermore, reduce the Plant change the life of the mechanism crucial.

Für eine möglichst effiziente Verstellung der Welle zur Erreichung guter Verstelldynamik ist die Übertragungskinematik zur Erzielung eines hohen Wirkungsgrades üblicherweise jedoch nicht selbsthemmend ausgeführt.For the most efficient adjustment of the wave to reach good Verstelldynamik is the transmission kinematics for However, achieving high efficiency usually not self-locking.

Eine weitere Herausforderung stellt die Gewährleistung einer Spielfreiheit dar, da die Belastungen, die auf die Betätigungseinrichtung wirken, je nach Betriebspunkt wechselnd sein können.A Another challenge is ensuring a Backlash is because the loads on the actuator act, depending on the operating point can be changing.

Zusammengefasst ergeben sich im Stand der Technik folgende Probleme. Dem Halten und Verändern des Verdichtungsverhältnisses ε wirken die Betriebskräfte infolge der Masse- und Gaskräfte entgegen. Die infolge der Arbeitstakte am Kolben wirkenden Gaskräfte resultieren in zeitlich und je nach Kurbelwellen-Position, räumlich veränderlichen Reaktionskräften in der Kurbelwellenlagerung und damit zu zeitlich veränderlichen Haltemomenten- und/oder Haltekräften an der Stelleinrichtung und der Betätigungseinrichtung. Bei den daraus resultierende Haltemomenten oder Haltekräften an der Betätigungseinrichtung kommt es durch die Überlagerung der Kolbenbewegungen zu Nulldurchgängen, d. h. zunächst positiv gerichtete Haltemomente wirken je nach Kolbenposition kurzfristig in entgegengesetzte Richtung.Summarized The following problems arise in the prior art. Holding and changing the compression ratio ε act the operating forces due to the mass and gas forces opposite. The gas forces acting on the piston as a result of the power strokes result in time and depending on the crankshaft position, spatially variable reaction forces in the crankshaft bearing and thus temporally variable holding moment and / or holding forces on the actuator and the actuator. At the resulting holding moments or holding forces on the actuator it comes through the overlay the piston movements to zero crossings, d. H. first Positively directed holding moments have a short-term effect depending on the position of the piston in the opposite direction.

In 1 ist ein Diagramm gezeigt, in dem auf der Hochwertachse das an der Abtriebswelle einer Betätigungseinrichtung wirkende Haltemoment bezogen auf die Zeit dargestellt ist. Wie dem Diagramm zu entnehmen ist, entstehen bei Betrieb des Motors zumindest annähernd sinusförmig verlaufende Haltemomente, welche bezüglich der Nulllinie in eine Richtung verlagert sind, so dass die entstehenden, im Diagramm positiv gekennzeichneten Haltemomente einen deutlich höheren Maximalwert aufweisen als die negativ gekennzeichneten Haltemomente.In 1 a diagram is shown in which on the high-value axis acting on the output shaft of an actuator holding torque relative to the time is shown. As can be seen from the diagram, during operation of the motor, at least approximately sinusoidal holding moments occur, which are displaced in one direction with respect to the zero line, so that the resulting holding torques, which are positively marked in the diagram, have a significantly higher maximum value than the negatively marked holding torques.

Aufgabenstellungtask

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor bzw. einen Verbrennungsmotor mit einer derartigen Anordnung anzugeben, bei der bzw. bei dem die Betätigungseinrichtung weniger starken mechanischen Belastungen ausge setzt ist als bisher üblich, insbesondere bei der bzw. bei dem die Richtungswechsel der Belastung entschärft sind.Of the Invention is based on the object, an arrangement for changing the compression ratio in an internal combustion engine or to provide an internal combustion engine with such an arrangement, at or at which the actuator less exposed to strong mechanical loads is as usual, especially in the case of which the direction change of the load are defused.

Lösung der AufgabeSolution of the task

Diese Aufgabe ist erfindungsgemäß durch die in Anspruch 1 bzw. durch die in Anspruch 18 beschriebenen Merkmale gelöst.These The object is achieved by the claim 1 or solved by the features described in claim 18.

Bei der erfindungsgemäßen Anordnung werden die während des Motorbetriebes an der Stelleinrichtung auftretende Schwingungen durch die Federeinheit ganz oder zumindest teilweise aufgenommen und wirksam abgefedert, so dass die Betätigungseinrichtung selbst, geringeren mechanischen Belastungen ausgesetzt ist als im Stand der Technik. Die Federeinheit ist hierzu derart eingebaut und dimensioniert, dass die Federkraft dem summarischen mittleren Haltemoment aus den Gas- und Massenkräften aller Zylinder entgegenwirkt.at the inventive arrangement are the during the engine operation on the actuator occurring vibrations completely or at least partially absorbed by the spring unit and Effectively cushioned, so that the actuator itself, is subjected to lower mechanical loads than in State of the art. The spring unit is for this purpose installed and dimensioned that the spring force the summary average Holding torque from the gas and mass forces of all cylinders counteracts.

Als Federeinheit eignen sich insbesondere mechanisch arbeitende Federeinheiten, wie Spiralfedern, Bogenfedern, Zug- und Druckfedern, aber auch Speichereinrichtungen zum Speichern potentieller Energie, wie elastische Speicherelemente, beispielsweise Formelemente aus einem elastischen Material. Alternativ können als Federeinheiten auch pneumatische oder hydraulische Federeinheiten oder elektrische Speichereinrichtungen zum Speichern potentieller Energie verwendet werden.When Spring unit are in particular mechanically operated spring units, such as coil springs, bow springs, tension and compression springs, but also storage facilities for storing potential energy, such as elastic memory elements, For example, molded elements made of an elastic material. alternative can also be pneumatic or hydraulic spring units Spring units or electrical storage devices for storage potential energy can be used.

Weitere vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus der Beschreibung, der Zeichnung sowie den Unteransprüchen.Further advantageous developments of the invention will become apparent from the Description, the drawings and the dependent claims.

Vorzugsweise ist die Federeinheit so angeordnet und dimensioniert, dass die an der Betätigungseinrichtung wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente während des Motorbetriebes nur in eine Richtung wirken. Die so bewirkte Verschiebung der Haltekräfte bzw. Haltemomente hat zur Folge, dass zum einen die mechanischen Belastungen, die beim Stand der Technik die beschriebenen Anlagewechsel bewirken, vermieden werden. Zum anderen können die durch die Anlagewechsel entstehenden Geräusche deutlich reduziert werden.Preferably the spring unit is arranged and dimensioned so that the the actuating device acting holding forces and / or holding moments during engine operation only in one Act direction. The thus caused displacement of the holding forces or holding moments has the consequence that on the one hand, the mechanical Loads that in the prior art described the system changes cause it to be avoided. For another, the through the system changes resulting noise significantly reduced become.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung ist die Federeinheit so mit der Stelleinrichtung und/oder der Betätigungseinrichtung gekoppelt, dass beim Verstellen der Stelleinrichtung zum Vermindern des Verdichtungsverhältnisses ein Teil der von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Energie in der Federeinheit gespeichert wird. Wie eingangs erläutert, unterstützen die Gas- und Massenkräfte die Stellbewegung der Stelleinrichtung beim Vermindern des Verdichtungsverhältnisses, so dass die Betätigungseinrichtung vergleichsweise wenig Kraft aufwenden muss, um die Stelleinrichtung zu verstellen. Zum Verstellen der Stelleinrichtung beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses muss die Betätigungseinrichtung die Stelleinrichtung dagegen entgegen der Wirkung der Gas- und Massenkräfte verstellen.at a particularly preferred embodiment of the invention Arrangement is the spring unit so with the actuator and / or coupled to the actuator that when adjusting the actuator for reducing the compression ratio a part of the applied by the actuator Energy is stored in the spring unit. As explained at the beginning, support the gas and mass forces the adjusting movement of the adjusting device in reducing the compression ratio, so that the actuator comparatively little force spend to adjust the actuator. To adjust the adjusting device when increasing the compression ratio the actuator must, however, the adjusting device adjust against the effect of gas and mass forces.

Alternativ ist es auch möglich, die Federeinheit so anzuordnen und zu dimensionieren, dass die an der Betätigungseinrichtung wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente bis zu einer vorbestimmten Zwischenstellung der Federeinheit zumindest annähernd in eine erste vorgegebene Richtung wirken, während bei einer weiteren Verdichtung der Federeinheit über die Zwischenstellung hinaus die wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente in eine zur ersten Richtung abweichenden zweiten Richtung wirken. Hierdurch wird erreicht, dass die Stelleinrichtung durch die Wirkung der Federeinheit in eine Mittel- oder Zwischenstellung gehalten wird, aus der die Stelleinrichtung durch die Wirkung der Betätigungseinrichtung bewegt wird. Die Federeinheit kann hierzu beispielsweise über eine Hebelanordnung mit der Betätigungseinrichtung und/oder Stelleinrichtung gekoppelt werden.Alternatively, it is also possible to arrange and dimension the spring unit such that the holding forces acting on the actuating device and / or holding moments act at least approximately in a first predetermined direction up to a predetermined intermediate position of the spring unit, while in a further compression of the spring unit via the Intermediate position also act acting holding forces and / or holding moments in a deviating to the first direction of the second direction. This ensures that the adjusting device by the action of the spring unit in a Mittel- or intermediate position is kept, from which the actuator is moved by the action of the actuator. For this purpose, the spring unit can be coupled to the actuating device and / or adjusting device, for example via a lever arrangement.

Erfindungsgemäß wird bei dieser bevorzugten Ausführungsform deshalb die Betätigungseinrichtung beim Vermindern des Verdichtungsverhältnisses nicht nur zum Verstellen der Stelleinrichtung, sondern darüber hinaus gleichzeitig zum Aufladen bzw. Vorspannen der Federeinheit eingesetzt. Die beim Vermin dern des Verdichtungsverhältnisses gespeicherte potentielle Energie wird dann beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses dazu eingesetzt, die Stellbewegung der Stelleinrichtung zu unterstützen. Auf diese Weise ist es möglich, die Betätigungseinrichtung kleiner zu dimensionieren.According to the invention in this preferred embodiment, therefore, the actuator not only in reducing the compression ratio for adjusting the adjusting device, but beyond at the same time used for charging or biasing the spring unit. The values stored during the reduction of the compression ratio potential energy then increases while increasing the compression ratio used to support the actuating movement of the actuator. In this way it is possible to control the actuator smaller dimension.

Alternativ zu der zuvor beschriebenen Weiterbildung ist es jedoch auch möglich, die Federeinheit so anzuordnen, dass die Federeinheit beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses einen Teil der beim Verstellen der Stelleinrichtung von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Energie speichert und beim Vermindern des Verdichtungsverhältnisses die gespeicherte Energie zumindest teilweise wieder abgibt. Auf diese Weise wird erreicht, dass bei einer Fehlfunktion der Betätigungseinrichtung die Stelleinrichtung bewirkt durch die Vorspannkraft der Federeinheit ein für den Motorbetrieb unschädliches Verdichtungsverhältnis einstellt (Fail-Safe-Position).alternative However, it is also possible for the development described above arrange the spring unit so that the spring unit increases the compression ratio a part of the adjustment the adjusting device applied by the actuator Energy stores and reducing the compression ratio the stored energy at least partially returns. To this Way is achieved that in case of malfunction of the actuator the actuator causes by the biasing force of the spring unit a harmless for engine operation compression ratio setting (fail-safe position).

Des weiteren wird bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, die Anordnung zusätzlich mit einer Dämpfungseinheit auszustatten, welche mit der Stelleinrichtung und/oder der Betätigungseinrichtung in Wirkverbindung steht. Mit Hilfe der Dämpfungseinheit können die durch den Betrieb des Verbrennungsmotors auf die Betätigungseinrichtung wirkenden Schwingungsbelastungen wirksam gedämpft werden, wodurch die Amplituden der insgesamt wirkenden Haltemomente vermindert und dabei schwellend wirkende Spannungen an den verschiedenen Komponenten der Anordnung reduziert werden.Of Another is in a particularly preferred embodiment proposed, the arrangement additionally with a damping unit equipped with which the adjusting device and / or the actuating device is in active connection. With the help of the damping unit can be due to the operation of the internal combustion engine the actuator acting vibration loads be damped effectively, reducing the amplitudes of the total acting holding moments reduced and thereby swelling acting Strains on the various components of the arrangement reduced become.

Bei Verwendung derartiger Dämpfungseinheiten können die Dämpfungseinheit und die Federeinheit in Reihe oder parallel zueinander geschaltet mit der Stelleinrichtung und/oder der Betätigungseinrichtung in Wirkverbindung stehen. Die Dämpfungseinheit kann als separate Einrichtung ausgeführt sein. Sie kann Jedoch auch in die Federeinheit integriert sein.at Use of such damping units can the damping unit and the spring unit in series or connected in parallel to each other with the adjusting device and / or the actuating device are in operative connection. The Damping unit can be designed as a separate device. However, it can also be integrated in the spring unit.

Als Dämpfungseinheit eignet sich beispielsweise ein pneumatisches oder hydraulisches Dämpfungselement. Alternativ oder ergänzend hierzu kann die Dämpfungseinheit auch in Form eines Massen-Feder-Systems ausgebildet sein, das vergleichbar einem sogenannten Drehschwingungstilger aufgebaut ist, also einer Anordnung aus einer oder mehreren Federn, welche mit einer freischwingbaren Masse gekoppelt ist bzw. sind.When Damping unit is for example a pneumatic or hydraulic damping element. Alternative or supplementary For this purpose, the damping unit also in the form of a mass-spring system be formed, which is comparable to a so-called torsional vibration damper is constructed, so an arrangement of one or more springs, which is or are coupled to a free-floating mass.

Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Stelleinrichtung als exzentrische Lageranordnung für die Kurbelwelle ausgebildet, mit der die Kurbelwelle zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses um eine parallel zur Drehachse der Kurbelwelle verlaufende Exzenterachse derart geschwenkt wird, dass sich der Abstand der Drehachse der Kurbelwelle zu den Zylindern des Verbrennungsmotors zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ändert. Die Betätigungseinrichtung dient hierbei zum Schwenken der exzentrischen Lageranordnung um die Exzenterachse. Die Verwendung dieser exzentrischen Lageranordnung als Stelleinrichtung hat bei der vorliegenden Erfindung insbesondere den Vorteil, dass die exzentrische Lageranordnung bei entsprechender Auslegung ein Großteil der auftretenden Gas- und Massekräfte aufnehmen und die Betätigungseinrichtung entsprechend klein dimensioniert sein kann, da sie nur in beschränktem Umfang die zum Halten der Lageranordnung in der eingestellten Position notwendigen Haltekräfte bzw. Haltemomente erzeugen muss.According to one particularly preferred embodiment is the adjusting device designed as an eccentric bearing arrangement for the crankshaft, with the crankshaft for adjusting the compression ratio about a parallel to the axis of rotation of the crankshaft extending eccentric axis is pivoted so that the distance of the axis of rotation of Crankshaft to the cylinders of the internal combustion engine for adjusting the compression ratio changes. The actuating device hereby serves to pivot the eccentric bearing arrangement the eccentric axis. The use of this eccentric bearing arrangement as an adjusting device has in the present invention in particular the advantage that the eccentric bearing assembly with appropriate Design a large part of the occurring gas and mass forces record and the actuator accordingly small can be dimensioned, since they only to a limited extent the necessary for holding the bearing assembly in the set position Holding forces or holding moments must generate.

Bei einer besonders bevorzugten Weiterbildung der erfindungsgemäßen Anordnung dient als Federeinheit eine konzentrisch zur Exzenterachse der Lageranordnung angeordnete Bogenfeder, welche mit der Lageranordnung zum Speichern und Abgeben potentieller Energie gekoppelt ist. Diese Art der Speichereinrichtung hat den Vorteil, dass bei einem Verstellen der Lageranordnung um die Exzenterachse die als Federeinheit dienende Bogenfeder in Abhängigkeit von der Verstellrichtung entweder vorgespannt wird oder aber die Betätigungseinrichtung beim Verschwenken der Lageranordnung unterstützt. Des weiteren ist es besonders vorteilhaft, wenn sich die Bogenfeder reibungsbehaftet in einem Gehäuse abstützt. Unter reibungsbehaftet wird in diesem Zusammenhang verstanden, dass die an der Bogenfeder bei Betrieb des Verbrennungsmotors auftretenden Schwingungen durch Reibung gedämpft werden, in dem die Bogenfeder am Gehäuse oder hierfür vorgesehenen Reibungsflächen entlang gleitet.at a particularly preferred embodiment of the invention Arrangement serves as a spring unit concentric with the eccentric axis of the Bearing arrangement arranged bow spring, which with the bearing assembly coupled to store and deliver potential energy. These Type of storage device has the advantage that when adjusting the bearing assembly about the eccentric axis serving as a spring unit Bow spring biased depending on the adjustment either is or the actuator during pivoting the bearing assembly supported. Furthermore, it is special advantageous if the bow spring frictional in a housing supported. Under frustrated in this context understood that the occurring at the bow spring during operation of the internal combustion engine Vibrations are damped by friction in which the Bow spring on the housing or provided for this purpose Along friction surfaces.

Die Lageranordnung selbst ist vorzugsweise aus mehreren Lagerelementen gebildet, in denen gemeinsam die Kurbelwelle exzentrisch gelagert ist. Die Lagerelemente sind ihrerseits in entsprechenden Lagerstellen am Motorgehäuse durch Gleit- oder Wälzlager gelagert. Zum Gemeinsamen Verstellen der Lagerelemente ist eine Verstellwelle vorgesehen, die von der Betätigungseinrichtung angetrieben und gehalten wird. Die Kopplung der Verstellwelle mit den Lagerelementen erfolgt beispielsweise über an den Lagerelementen vorgesehene Verzahnungssegmente, die mit an der Verstellwelle vorgesehenen Verzahnungen, beispielsweise Schneckenverzahnungen, in Eingriff stehen.The bearing arrangement itself is preferably formed from a plurality of bearing elements in which together the crankshaft is mounted eccentrically. The bearing elements are in turn stored in corresponding bearings on the motor housing by sliding or roller bearings. For common adjustment of the bearing elements, an adjusting shaft is provided which is driven by the actuating device and is held. The coupling of the adjusting shaft with the bearing elements takes place, for example, via toothed segments provided on the bearing elements, which engage with toothings provided on the adjusting shaft, for example helical gears.

Bei dieser Weiterbildung der Lageranordnung ist die mindestens eine Federeinheit vorzugsweise mit der Verstellwelle gekoppelt, um die auftretenden Schwingungen abzufedern und bei einem Verstellen der Verstellwelle durch die Betätigungseinrichtung Energie zu speichern oder zur Unterstützung der Stellbewegung abzugeben. Die Federeinheit kann in dieser Weiterbildung beispielsweise als mindestens eine an der Verstellwelle vorgesehene Bogenfeder ausgebildet sein, welche mit der Verstellwelle gekoppelt ist und sich, vorzugsweise reibungsbehaftet, in einem Gehäuse abstützt.at this development of the bearing assembly is the at least one Spring unit preferably coupled to the adjusting shaft to the cushion vibrations occurring and when adjusting the Adjusting shaft by the actuator energy store or deliver in support of the actuator movement. The spring unit can in this development, for example, as at least be provided on the adjusting shaft bow spring, which is coupled to the adjusting shaft and, preferably frictionally supported in a housing.

Um eine Dämpfungswirkung zu erzielen wird ferner vorgeschlagen, an der Bogenfeder wenigstens ein Reibungselement vorzusehen, mit dem sich die Bogenfeder reibungsbehaftet in dem Gehäuse abstützt.Around to achieve a damping effect is also proposed to provide at least one friction element on the bow spring, with the bow spring is subject to friction in the housing supported.

Anstelle oder ergänzend zu der beschriebenen Bogenfeder kann die Speichereinrichtung auch mit mindestens einer konzentrisch zur Verstellwelle angeordneten Spiralfeder als Federeinheit ausgestattet sein, welche mit der Verstellwelle gekoppelt ist und sich in einem Gehäuse abstützt. In dem die Wicklungen der Spiralfeder eng gestaltet werden, kann die Reibung zwischen den Wicklungen zur Dämpfung genutzt werden.Instead of or in addition to the described bow spring, the Storage device also arranged with at least one concentric with the adjusting shaft Spiral spring be equipped as a spring unit, which with the adjusting coupled and is supported in a housing. In which the windings of the coil spring can be made tight, can used the friction between the windings for damping become.

Bei einer alternativen Weiterbildung der Anordnung mit exzentrischer Lageranordnung weist die Betätigungseinrichtung mindestens einen pneumatisch oder hydraulisch betätigter Linearaktuator auf, dessen Betätigungskolben mit mindestens einem als Federeinheit dienenden elastischen Element gekoppelt ist, um auftretende Schwingungen abzufedern. Ferner ist das elastische Element vorzugsweise so am Linearaktuator angeordnet, dass das elastische Element beim Betätigen des Linearaktuators vorgespannt wird, sobald die Betätigungseinrichtung die Stelleinrichtung zum Vermindern des Verdichtungsverhältnisses verstellt, und den Linearaktuator durch die eingebrachte Vorspannung unterstützt, wenn der Linearaktuator die Lageranordnung wieder gegen die Gas- und Massenkräfte des Verbrennungsmotors zum Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses verstellt. Der Linearaktuator ist bei dieser Ausführungsform vorzugsweise über eine Hebelanordnung mit den einzelnen Lagerelementen gekoppelt.at an alternative development of the arrangement with eccentric Bearing assembly, the actuator at least a pneumatically or hydraulically actuated linear actuator on, whose actuating piston with at least one as a spring unit coupled elastic element is coupled to occurring vibrations cushion. Furthermore, the elastic element is preferably so on Linear actuator arranged that the elastic element when pressed of the linear actuator is biased as soon as the actuator the adjusting device for reducing the compression ratio adjusted, and the linear actuator by the introduced bias supported when the linear actuator the bearing assembly again against the gas and mass forces of the internal combustion engine Increase of the compression ratio adjusted. The linear actuator is preferably over in this embodiment a lever assembly coupled to the individual bearing elements.

Schließlich wird vorgeschlagen, die Federeinheit unmittelbar mit der Betätigungseinrichtung zu koppeln bzw. in diese zu integrieren. So wird beispielsweise vorgeschlagen, bei Verwendung eines Stellmotors als Betätigungseinrichtung, die Motorwelle des Stellmotors unmittelbar mit der Federeinheit zu koppeln. Diese kann beispielsweise als auf die Motorwelle aufgeschobene Spiralfeder ausgebildet sein, welche mit ihrem einen Ende mit der Motorwelle verbunden ist und deren anders Ende sich beispielsweise an einem Gehäuseabschnitt des Motorgehäuses abstützt.After all It is proposed that the spring unit directly with the actuator to couple or to integrate into this. For example proposed, when using a servomotor as actuator, the motor shaft of the servomotor directly with the spring unit to pair. This can, for example, as deferred to the motor shaft Spiral spring be formed, which with its one end with the Motor shaft is connected and their end different, for example supported on a housing portion of the motor housing.

Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die Erfindung einen Verbrennungsmotor mit einer erfindungsgemäßen Anordnung zum Verändern der Verdichtungsverhältnisse.According to one In another aspect, the invention relates to an internal combustion engine with an inventive arrangement for changing the compression ratios.

Ausführungsbeispielembodiment

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Die Erfindung wird im Folgenden anhand beiliegender Zeichnungen an zweier Ausführungsbeispielen näher erläutert. Darin zeigt:The The invention will be described below with reference to the accompanying drawings on two Embodiments explained in more detail. It shows:

1 ein Diagramm, in dem die Verläufe der an der herkömmlichen Betätigungseinrichtung eines Vier-Zylinder-Motors wirkenden Haltemomente bezogen auf die Zeit dargestellt sind; 1 a diagram in which the curves of the acting on the conventional actuator of a four-cylinder engine holding moments are shown in relation to the time;

2 eine schematische Darstellung des Grundprinzips der erfindungsgemäßen Anordnung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses; 2 a schematic representation of the basic principle of the arrangement according to the invention for varying the compression ratio;

3 ein Diagramm, in dem die Momentenverläufe eines Vier-Zylinder-Motors ohne Einsatz und unter Einsatz der erfindungsgemäßen Anordnung bezogen auf die Zeit dargestellt sind; 3 a diagram in which the torque curves of a four-cylinder engine without use and using the inventive arrangement are shown in relation to the time;

4 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines ersten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung; 4 a partially sectioned side view of a first embodiment of an inventive arrangement;

5 eine teilweise geschnittene Seitenansicht einer Abwandlung des in 4 gezeigten ersten Ausführungsbeispiels; und 5 a partially sectioned side view of a modification of the in 4 shown first embodiment; and

6 eine teilweise geschnittene Seitenansicht eines zweiten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Anordnung. 6 a partially sectioned side view of a second embodiment of an inventive arrangement.

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description the drawing

In 2 ist in schematischer Darstellung das Grundprinzip einer erfindungsgemäßen Anordnung 10 zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses in einem nicht näher gezeigten Verbrennungsmotors gezeigt.In 2 is a schematic representation of the basic principle of an inventive arrangement 10 for varying the compression ratio in an internal combustion engine not shown in detail.

Die Anordnung 10 weist eine Stelleinrichtung 12 auf, mit der entweder die an der Kurbelwelle 14 gelagerten Kolben 16 relativ zu den Zylindern 18 des Verbrennungsmotors oder aber der Motorblock gemeinsam mit den Zylindern 18 relativ zu den Kolben 16 verfahren werden kann. Durch das relative Verfahren der Kolben 16 zu den Zylindern 18 kann gezielt das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit der Motorparameter eingestellt werden.The order 10 has an adjusting device 12 on, with either the on the crankshaft 14 stored piston 16 relative to the cylinders 18 of Internal combustion engine or the engine block together with the cylinders 18 relative to the pistons 16 can be moved. By the relative procedure of the pistons 16 to the cylinders 18 the compression ratio can be adjusted depending on the engine parameters.

Die Stelleinrichtung 12 wird über eine Betätigungseinrichtung 20, beispielsweise einen Stellmotor, angetrieben und, je nach Bauart der Stelleinrichtung 12 auch in der gewünschten Position gehalten.The adjusting device 12 is via an actuator 20 , For example, a servomotor, driven and, depending on the design of the actuator 12 also held in the desired position.

Erfindungsgemäß ist die Betätigungseinrichtung 20 durch eine Feder 22 zum Speichern potentieller Energie mit der Stelleinrichtung 12 gekoppelt. Parallel zur Feder 22 ist ferner eine Dämpfungseinheit 24 geschaltet.According to the invention, the actuating device 20 by a spring 22 for storing potential energy with the actuator 12 coupled. Parallel to the spring 22 is also a damping unit 24 connected.

Wie eingangs erläutert, verursachen die Bewegungen der Kolben 16 bei Betrieb des Verbrennungsmotors entsprechende Gas- und Massenkräfte, die von der Kurbelwelle 14 bzw. vom Motorblock an die Stelleinrichtung 12 übertragen werden und entsprechende Haltemomente bzw. Haltekräfte an der Betätigungseinrichtung 20 bewirken.As explained above, cause the movements of the piston 16 during operation of the internal combustion engine corresponding gas and mass forces coming from the crankshaft 14 or from the engine block to the actuator 12 be transferred and corresponding holding moments or holding forces on the actuator 20 cause.

In 3 sind diese über die Zeit betrachtet sinusförmig verlaufenden Haltemomente, die übertragen durch die Feder 22 und die Dämpfungseinheit 24 an der Betätigungseinrichtung 20 wirken, in gestrichelter Linie dargestellt, Im Vergleich zu den in gestrichelter Linie gezeigten Haltemomenten sind in durchgezogener Linie die Verläufe von Haltemomenten gezeigt, die ohne Zwischen schalten der Feder 22 und der Dämpfungseinheit 24 an der Betätigungseinrichtung 20 wirken würden.In 3 These are sinusoidal holding moments considered over time, transmitted through the spring 22 and the damping unit 24 on the actuator 20 In comparison to the holding moments shown in dashed line are shown in solid line the curves of holding moments that switch without intervening the spring 22 and the damping unit 24 on the actuator 20 would work.

Wie 3 zu entnehmen ist, werden die Haltemomente bei der erfindungsgemäßen Anordnung 10 durch die Wirkung der Feder 22 von der Nulllinie weg nach oben in den positiven Bereich verschoben, während gleichzeitig die maximale Amplitude der Haltemomente durch die Wirkung der Dämpfungseinheit 24 vermindert ist.As 3 it can be seen, the holding moments in the inventive arrangement 10 by the action of the spring 22 moved away from the zero line upwards into the positive range, while at the same time the maximum amplitude of the holding moments due to the effect of the damping unit 24 is reduced.

Dabei wird durch die Wirkung der Feder 22 die Betätigungseinrichtung 20 von der Stelleinrichtung 12 derart entkoppelt, dass die an der Stelleinrichtung 12 wirkenden Schwingungen nur mehr abgefedert an die Betätigungseinrichtung 20 übertragen werden. Durch das Verschieben der Haltemomente in den positiven Bereich wird das eingangs geschilderte Anlagewechseln, das bei herkömmlichen Anordnungen zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses auftritt, vermieden, so dass die Geräuschentwicklung bei der erfindungsgemäßen Anordnung 10 deutlich reduziert ist. Gleichzeitig werden auftretende Spannungsspitzen in den Bauteilen, insbesondere der Betätigungseinrichtung 20, durch das Dämpfen der Amplituden der Haltemomente vermindert.It is characterized by the action of the spring 22 the actuating device 20 from the actuator 12 decoupled such that the at the adjusting device 12 acting vibrations only cushioned to the actuator 20 be transmitted. By shifting the holding moments in the positive area, the above-described system changes, which occurs in conventional arrangements for varying the compression ratio, avoided, so that the noise in the inventive arrangement 10 is significantly reduced. At the same time occurring voltage spikes in the components, in particular the actuator 20 , diminished by damping the amplitudes of the holding moments.

In 4 ist ein erstes Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Anordnung 110 zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses gezeigt. Die Anordnung 110 hat als Stelleinrichtung 112 eine exzentrische Lageranordnung 126, in der die Kurbelwelle 114 in exzentrischen Lagerstellen gelagert ist. Die exzentrische Lageranordnung 126 ist um eine parallel zur Drehachse der Kurbelwelle 114 verlaufende Exzenterachse 128 schwenkbar, wodurch die Kurbelwelle 114 in Abhängigkeit von der Schwenkrichtung angehoben oder abgesenkt werden kann, um das Verdichtungsverhältnis entweder zu erhöhen oder zu reduzieren.In 4 is a first embodiment of an inventive arrangement 110 to change the compression ratio. The order 110 has as a setting device 112 an eccentric bearing arrangement 126 in which the crankshaft 114 is stored in eccentric bearings. The eccentric bearing arrangement 126 is about a parallel to the axis of rotation of the crankshaft 114 extending eccentric axis 128 pivoting, causing the crankshaft 114 can be raised or lowered depending on the pivoting direction to either increase or decrease the compression ratio.

Die Lageranordnung 126 ist mit mehreren Lagerelementen 130 versehen, von denen in der 4 lediglich eines erkennbar ist. Jedes Lagerelement 130 ist mit einem Verzahnungssegment 132 versehen, mit dem das Lagerelement 130 mit einer Verstellwelle 134 der Betätigungseinrichtung 120 in Eingriff steht. Die Verstellwelle 134 wird von einem nicht näher gezeigten Stellmotor der Betätigungseinrichtung 120 angetrieben.The bearing arrangement 126 is with several bearing elements 130 provided, of which in the 4 only one is recognizable. Each bearing element 130 is with a gear segment 132 provided with the bearing element 130 with an adjusting shaft 134 the actuator 120 engaged. The adjusting shaft 134 is by a servomotor, not shown in detail, the actuator 120 driven.

Des weiteren ist auf die Verstellwelle 134 eine Spiralfeder 122 aufgeschoben, deren eines Ende fest mit der Verstellwelle 134 und deren anderes Ende fest mit einem Gehäuseabschnitt 136 des Kurbelkastens verbunden ist. Die Spiralfeder 122 wirkt dabei so auf die Kopplung zwischen der Lageranordnung 126 und der Betätigungseinrichtung 120, dass auftretende Schwingungen, die auf die Verstellwelle 134 übertragen werden, von der Spiralfeder 122 aufgenommen und dabei abgefedert werden. Die Federkonstante der Spiralfeder 122 ist dabei so gewählt, dass auftretende Schwingungen in begrenztem Umfang auch gedämpft werden.Furthermore, on the adjusting shaft 134 a coil spring 122 deferred, one end of which is fixed to the adjusting shaft 134 and the other end fixed to a housing section 136 the crankcase is connected. The spiral spring 122 acts on the coupling between the bearing assembly 126 and the actuator 120 in that occurring vibrations acting on the adjusting shaft 134 be transmitted from the coil spring 122 be absorbed and cushioned. The spring constant of the spiral spring 122 is chosen so that occurring vibrations are also damped to a limited extent.

Um einen möglichst klein dimensionierten Antrieb für die Betätigungseinrichtung 120 vorzusehen, wird die Spiralfeder 122 so eingesetzt und vorgespannt, dass sie in der maximal angehobenen Stellung der Kurbelwelle 114, in der die Kolben das größtmöglich einstellbare Verdichtungsverhältnis vorgeben, zumindest annähernd entspannt ist, während die Spiralfeder 122 durch das Verstellen der Lageranordnung 126 in die maximalmöglich abgesenkte Stellung der Kurbelwelle 114, in der die Kolben das kleinstmöglich einstellbare Verdichtungsverhältnis vorgeben, maximal vorgespannt ist. Darüber hinaus kann die Spiralfeder 122 auch als Begrenzungsmöglichkeit des Verstellweges genutzt werden, indem sie beispielsweise in der maximal vorgespannten Stellung auf Block sitzt.To a smallest possible drive for the actuator 120 to provide, the coil spring 122 so used and biased that they are in the maximum raised position of the crankshaft 114 , in which the pistons specify the highest possible compression ratio, is at least approximately relaxed, while the coil spring 122 by adjusting the bearing assembly 126 in the maximum possible lowered position of the crankshaft 114 in which the pistons specify the smallest possible compression ratio, the maximum is preloaded. In addition, the coil spring can 122 be used as a limitation of the adjustment by sitting, for example, in the maximum biased position on block.

Durch diese Art der Anordnung und des Vorspannens der Spiralfeder 122 wird ferner erreicht, dass die beim Betrieb auftretenden Gas- und Massekräfte das Vorspannen der Spiralfeder 122 unterstützen, wenn die Kurbelwelle 114 in die maximalmöglich abgesenkte Stellung bewegt wird. Die dabei in der Spiralfeder 122 gespeicherte potentielle Energie kann dann bei einem erneuten Anheben der Kurbelwelle 114 zum Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses freigesetzt werden und unterstützt dabei den Antrieb der Betätigungseinrichtung 120.By this type of arrangement and biasing the coil spring 122 is also achieved that the occurring during operation gas and mass forces the biasing of the coil spring 122 support when the crankshaft 114 is moved to the maximum possible lowered position. The case in the coil spring 122 stored potential energy can then be at a renewed lifting of the crankshaft 114 be released to increase the compression ratio, thereby assisting the drive of the actuator 120 ,

Durch die Wirkung der Spiralfeder 122 kann deshalb der Antrieb vergleichsweise klein dimensioniert werden, da die Stellbewegung der Kurbelwelle 114 gegen die Gas- und Massenkräfte durch die von der Spiralfeder 122 freigesetzte potentielle Energie während des Verstellens unterstützt wird.Due to the effect of the spiral spring 122 Therefore, the drive can be relatively small dimensions, since the actuating movement of the crankshaft 114 against the gas and mass forces by the spiral spring 122 released potential energy during the adjustment is supported.

In 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform der in 4 gezeigten Anordnung 110 dargestellt, bei der anstelle der beschriebenen Spiralfeder 122 eine sogenannte Bogenfeder 140 zum Einsatz kommt. Die Bogenfeder 140 ist auf eine drehfest mit der Verstellwelle 134 verbundenen Buchse 142 aufgezogen und stützt sich in Umfangsrichtung der Verstellwelle 134 betrachtet mit ihren Stirnseiten an einem Gehäuseabschnitt 136 ab, an dem sie auch reibungsbehaftet mit ihrer Umfangsfläche zumindest abschnittsweise anliegt. Bei auftretenden Schwingungen an der Verstellwelle 134 federt die Bogenfeder 140 in Umfangsrichtung, wobei gleichzeitig ihre Umfangsfläche an dem Gehäuseabschnitt 136 entlang gleitet, wodurch zusätzlich eine Dämpfungswirkung erreicht wird. Anstelle nur einer Bogenfeder 140 ist es auch möglich, mehrere Bogenfedern in entsprechender Weise nebeneinander an der Verstellwelle 134 vorzusehen. Auch ist es möglich, die Bogenfeder 140 mit der unter Bezugnahme auf 4 beschriebenen Spiralfeder 122 zu kombinieren.In 5 is a modified embodiment of the in 4 shown arrangement 110 shown in the place of the described coil spring 122 a so-called bow spring 140 is used. The bow feather 140 is on a rotationally fixed with the adjusting shaft 134 connected socket 142 mounted and supported in the circumferential direction of the adjusting 134 considered with their end faces on a housing section 136 from where it is frictionally applied with its peripheral surface at least in sections. When vibrations occur on the adjusting shaft 134 springs the bow spring 140 in the circumferential direction, at the same time their peripheral surface on the housing portion 136 slides along, which additionally an attenuation effect is achieved. Instead of just a bow spring 140 It is also possible, several bow springs in a corresponding manner next to each other on the adjusting 134 provided. It is also possible to use the bow spring 140 with reference to 4 described spiral spring 122 to combine.

Alternativ kann die zuvor beschriebene Bogenfeder auch unmittelbar an den Lagerelementen der exzentrischen Lageranordnung 126 vorgesehen werden.Alternatively, the above-described bow spring also directly on the bearing elements of the eccentric bearing assembly 126 be provided.

6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel einer Anordnung 210 zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses. Auch diese Anordnung 210 ist mit einer exzentrischen Lageranordnung 226 für die Kurbelwelle 214 ausgestattet. Allerdings erfolgt bei diesem Ausführungsbeispiel die Kopplung zwischen der Betätigungseinrichtung 220 und der Lageranordnung 226 über eine Hebelanordnung 244, welche an die Lagerelemente 230 angelenkt ist. Die Hebelanordnung 244 wird durch einen pneumatisch oder hydraulisch angesteuerten Zylinder 246 betätigt, der als Linearantrieb der Betätigungseinrichtung 220 dient. 6 shows a second embodiment of an arrangement 210 for changing the compression ratio. Also this arrangement 210 is with an eccentric bearing arrangement 226 for the crankshaft 214 fitted. However, in this embodiment, the coupling between the actuator takes place 220 and the bearing assembly 226 via a lever arrangement 244 , which to the bearing elements 230 is articulated. The lever arrangement 244 is powered by a pneumatically or hydraulically controlled cylinder 246 operated as the linear actuator of the actuator 220 serves.

Im Zylinder 246 ist eine Druckfeder 222 aufgenommen, die mit dem Kolben 248 des Zylinders 246 verbunden ist. Sobald der Kolben 248 in den Zylinder 246 ausgefahren wird, wodurch die Kurbelwelle 214 abgesenkt und das Verdichtungsverhältnis reduziert wird, wird die Druckfeder 222 gestaucht und speichert dabei potentielle Energie. Wird nun die Kurbelwelle 214 zum Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses wieder angehoben, indem der Kolben 248 des Zylinders 246 eingefahren wird, unterstützt die zuvor gestauchte Druckfeder 222 die Stellbewegung des Zylinders 246. Gleichzeitig werden in jeder Stellung des Zylinders 246 auftretende Schwingungen von der Druckfeder 222 sowie der im Zylinder 246 enthaltenen Luft- oder Flüssigkeitssäule abgefedert. Durch zusätzliches Vorsehen von entsprechenden Drosselbohrungen im Kolben 248 kann darüber hinaus eine zusätzlich Dämpfungswirkung im Zylinder 246 erreicht werden.In the cylinder 246 is a compression spring 222 taken up with the piston 248 of the cylinder 246 connected is. As soon as the piston 248 in the cylinder 246 is extended, causing the crankshaft 214 lowered and the compression ratio is reduced, the compression spring 222 upsets and stores potential energy. Will now be the crankshaft 214 raised again to increase the compression ratio by the piston 248 of the cylinder 246 is retracted, supports the previously compressed compression spring 222 the adjusting movement of the cylinder 246 , At the same time, in every position of the cylinder 246 occurring vibrations from the compression spring 222 as well as in the cylinder 246 cushioned air or liquid column. By additionally providing corresponding throttle bores in the piston 248 In addition, an additional damping effect in the cylinder 246 be achieved.

Die zuvor beschriebenen beiden Ausführungsbeispiele stellen nur einen sehr kleinen Ausschnitt aus der Vielzahl möglicher konstruktiver Umsetzungen des erfindungsgemäßen Prinzips dar. So können beispielsweise anstelle mechanischer Federn auch pneumatische oder hydraulische Federelemente verwendet werden. Auch ist es möglich, geeignete elektrisch betätigte als Federelemente wirkende Einrichtungen, wie kleine Stellmotoren, elektrische Magnetspulen, Dauermagneten oder ähnliches, vorzusehen. In gleicher Weise können auch geeignete mechanische und/oder auch pneumatische oder hydraulische Dämpfungselemente vorgesehen werden. Die Federelemente und Dämpfungselemente können gleichfalls in die Betätigungseinrichtungen unmittelbar integriert sein, um die gewünschten Effekte zu erzielen.The previously described two embodiments only a very small selection of the many possible constructive reactions of the invention Principle. For example, instead of mechanical Springs also used pneumatic or hydraulic spring elements become. It is also possible, suitable electrically operated acting as spring elements devices, such as small actuators, electric solenoids, permanent magnets or the like to provide. In the same way, suitable mechanical and / or also provided pneumatic or hydraulic damping elements become. The spring elements and damping elements can also directly to the controls be integrated to achieve the desired effects.

1010
Anordnungarrangement
1212
Stelleinrichtungsetting device
1414
Kurbelwellecrankshaft
1616
Kolbenpiston
1818
Zylindercylinder
2020
Betätigungseinrichtungactuator
2222
Federeinheitspring unit
2424
Dämpfungseinheitdamping unit
110110
Anordnungarrangement
112112
Stelleinrichtungsetting device
114114
Kurbelwellecrankshaft
120120
Betätigungseinrichtungactuator
122122
Spiralfederspiral spring
126126
Lageranordnungbearing arrangement
128128
Exzenterachseeccentric
130130
Lagerelementbearing element
132132
Verzahnungssegmentetoothed segments
134134
Verstellwelleadjusting
136136
Gehäuseabschnitthousing section
138138
Bogenfederbow spring
140140
BuchseRifle
210210
Anordnungarrangement
212212
Stelleinrichtungsetting device
214214
Kurbelwellecrankshaft
220220
Betätigungseinrichtungactuator
222222
Druckfedercompression spring
244244
Hebelanordnunglever assembly
246246
Zylindercylinder
248248
Kolbenpiston

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • - DE 29719343 U1 [0005] - DE 29719343 U1 [0005]
  • - DE 3004402 A1 [0005] DE 3004402 A1 [0005]
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  • - DE 3644721 A1 [0005] - DE 3644721 A1 [0005]

Claims (18)

Anordnung zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor, mit einer Stelleinrichtung (12; 112; 212) zum Verändern der relativen Lage der Kolben (14) zu den Zylindern (18) des Verbrennungsmotors für das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses, und einer mit der Stelleinrichtung (12; 112; 212) in Wirkverbindung stehenden Betätigungseinrichtung (20; 120; 220) zum Betätigen der Stelleinrichtung (12; 112; 212), gekennzeichnet durch mindestens eine Federeinheit (22; 122; 138; 222), welche die durch den Betrieb des Verbrennungsmotors an der Stelleinrichtung (12; 112; 212) wirkenden Gas- und Massekräfte gegenüber der Betätigungseinrichtung (20; 120; 220) zumindest teilweise abfedert.Arrangement for varying the compression ratio in an internal combustion engine, having an adjusting device ( 12 ; 112 ; 212 ) for changing the relative position of the pistons ( 14 ) to the cylinders ( 18 ) of the compression ratio adjusting internal combustion engine, and one with the adjusting device ( 12 ; 112 ; 212 ) Actuator ( 20 ; 120 ; 220 ) for actuating the adjusting device ( 12 ; 112 ; 212 ), characterized by at least one spring unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ), which by the operation of the internal combustion engine to the actuator ( 12 ; 112 ; 212 ) acting gas and mass forces against the actuator ( 20 ; 120 ; 220 ) At least partially cushioning. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (22; 122; 138; 222) so angeordnet und dimensioniert ist, dass die an der Betätigungseinrichtung (20, 120; 220) wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente nur oder im wesentlichen nur in eine Richtung wirken.Arrangement according to claim 1, characterized in that the spring unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) is arranged and dimensioned so that the at the actuator ( 20 . 120 ; 220 ) acting holding forces and / or holding moments act only or essentially only in one direction. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (22; 122; 138; 222) so angeordnet und dimensioniert ist, dass die an der Betätigungseinrichtung wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente bis zu einer vorbestimmten Zwischenstellung der Federein heit (22; 122; 138; 222) zumindest annähernd in eine erste vorgegebene Richtung wirken, während bei einer weiteren Verdichtung der Federeinheit (22; 122; 138; 222) über die Zwischenstellung hinaus die wirkenden Haltekräfte und/oder Haltemomente in eine zur ersten Richtung abweichenden zweiten Richtung wirken, wobei die Federeinheit (22; 122; 138; 222) vorzugsweise über eine Hebelanordnung mit der Betätigungseinrichtung und/oder Stelleinrichtung gekoppelt ist.Arrangement according to claim 1, characterized in that the spring unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) is arranged and dimensioned such that the holding forces acting on the actuating device and / or holding moments up to a predetermined intermediate position of the Federein unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) act at least approximately in a first predetermined direction, while in a further compression of the spring unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) act beyond the intermediate position, the acting holding forces and / or holding moments in a deviating from the first direction second direction, wherein the spring unit ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) is preferably coupled via a lever arrangement with the actuating device and / or adjusting device. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit (22; 122; 138, 222) beim Vermindern des Verdichtungsverhältnisses einen Teil der beim Verstellen der Stelleinrichtung (12; 112; 212) von der Betätigungseinrichtung (20; 120; 220) aufgebrachten Energie speichert und beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses zur Unterstützung der Stellbewegung der Stelleinrichtung (12; 112; 212) die gespeicherte Energie zumindest teilweise wieder abgibt.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized in that the spring unit ( 22 ; 122 ; 138 . 222 ) in reducing the compression ratio, a part of the adjusting device ( 12 ; 112 ; 212 ) from the actuator ( 20 ; 120 ; 220 ) stored energy and in increasing the compression ratio in support of the actuating movement of the actuator ( 12 ; 112 ; 212 ) at least partially releases the stored energy. Anordnung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit beim Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses einen Teil der beim Verstellen der Stelleinrichtung von der Betätigungseinrichtung aufgebrachten Energie speichert und beim Vermindern des Verdichtungsverhältnisses die gespeicherte Energie zumindest teilweise wieder abgibt.Arrangement according to claim 1, 2 or 3, characterized that the spring unit when increasing the compression ratio a part of when adjusting the actuator of the actuator applied energy stores and reducing the compression ratio the stored energy at least partially returns. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Federeinheiten (22; 122; 138; 222) zum Speichern der potentiellen Energie vorgesehen sind und dass die Federeinheiten (22; 122; 138; 222) in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet sind.Arrangement according to one of claims 1 to 5, characterized in that a plurality of spring units ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) are provided for storing the potential energy and that the spring units ( 22 ; 122 ; 138 ; 222 ) are connected in series and / or parallel to each other. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Federeinheit eine Spiralfeder (22; 122; 222) ist, welche durch auf Blockfahren den Verstellweg begrenzt.Arrangement according to one of claims 1 to 6, characterized in that the at least one spring unit is a spiral spring ( 22 ; 122 ; 222 ), which limits the displacement by blocking. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der Stelleinrichtung (12; 112) und/oder der Betätigungseinrichtung (20) in Wirkverbindung stehende Dämpfungseinheit (24; 136) zum Dämpfen von durch den Betrieb des Verbrennungsmotors auf die Stelleinrichtung (12; 112) einwirkender Schwingungsbelastungen vorgesehen ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that at least one with the adjusting device ( 12 ; 112 ) and / or the actuating device ( 20 ) in operative connection damping unit ( 24 ; 136 ) for damping by the operation of the internal combustion engine on the actuator ( 12 ; 112 ) acting vibration loads is provided. Anordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die mindestens eine Dämpfungseinheit (24) und die mindestens eine Federeinheit (22; 138) in Reihe und/oder parallel zueinander geschaltet mit der Stelleinrichtung (12; 112) und/oder der Betätigungseinrichtung (20; 120) in Wirkverbindung stehen.Arrangement according to claim 8, characterized in that the at least one damping unit ( 24 ) and the at least one spring unit ( 22 ; 138 ) in series and / or in parallel with the adjusting device ( 12 ; 112 ) and / or the actuating device ( 20 ; 120 ) are in operative connection. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (112; 212) eine exzentrische Lageranordnung (126) für die Kurbelwelle (114, 214) ist, welche die Kurbelwelle (114, 214) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses um eine parallel zur Drehachse der Kurbelwelle (114; 214) verlaufende Exzenterachse (128) derart schwenkt, dass sich der Abstand der Drehachse der Kurbelwelle (114, 214) zu den Zylindern des Verbrennungsmotors zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses ändert, und dass die Betätigungseinrichtung (120; 220) mit der exzentrischen Lageranordnung (126) zum Schwenken der exzentrischen Lageranordnung (126) um die Exzenterachse (128) in Wirkverbindung steht.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the adjusting device ( 112 ; 212 ) an eccentric bearing arrangement ( 126 ) for the crankshaft ( 114 . 214 ), which is the crankshaft ( 114 . 214 ) for adjusting the compression ratio about a parallel to the axis of rotation of the crankshaft ( 114 ; 214 ) extending eccentric axis ( 128 ) such that the distance of the axis of rotation of the crankshaft ( 114 . 214 ) to the cylinders of the internal combustion engine for adjusting the compression ratio changes, and that the actuator ( 120 ; 220 ) with the eccentric bearing arrangement ( 126 ) for pivoting the eccentric bearing assembly ( 126 ) about the eccentric axis ( 128 ) is in operative connection. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit mindestens eine konzentrisch zur Exzenterachse der Lageranordnung angeordnete Bogenfeder ist, welche mit der Lageranordnung zum Speichern und Abgeben potentieller Energie gekoppelt ist und sich vorzugsweise reibungsbehaftet in einem Gehäuse abstützt.Arrangement according to claim 10, characterized that the spring unit at least one concentric with the eccentric axis the bearing assembly arranged bow spring is, which with the bearing assembly is coupled to store and release potential energy and preferably frictionally supported in a housing. Anordnung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die exzentrische Lageranordnung (126) aus mehreren Lagerelementen (130) für die Kurbelwelle (114) gebildet ist, dass jedes Lagerelement (130) durch eine Verstellwelle (134) mit der gemeinsamen Betätigungseinrichtung (120) gekoppelt ist, und dass die Federeinheit (122) mit der Verstellwelle (134) gekoppelt ist.Arrangement according to claim 10, characterized in that the eccentric bearing arrangement ( 126 ) of several bearing elements ( 130 ) for the crankshaft ( 114 ) is formed, that each bearing element ( 130 ) by an adjusting shaft ( 134 ) with the common actuator ( 120 ), and that the spring unit ( 122 ) with the Ver adjusting shaft ( 134 ) is coupled. Anordnung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinheit mindestens eine an der Verstellwelle (134) vorgesehene Bogenfeder (138) ist, welche mit der Verstellwelle (134) gekoppelt ist und sich, vorzugsweise reibungsbehaftet, in einem Gehäuse (136) abstützt.Arrangement according to claim 12, characterized in that the spring unit at least one of the adjusting shaft ( 134 ) provided bow spring ( 138 ), which with the adjusting shaft ( 134 ) is coupled and, preferably frictionally, in a housing ( 136 ) is supported. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine Dämpfungseinheit (24) in Form mindestens eines an der Bogenfeder (138) vorgesehenen Reibungselementes ausgebildet ist, mit welchem sich die Bogenfeder (138) in dem Gehäuse (136) abschnittsweise abstützt.Arrangement according to claim 13, characterized in that a damping unit ( 24 ) in the form of at least one on the bow spring ( 138 ) provided frictional element is formed, with which the bow spring ( 138 ) in the housing ( 136 ) is supported in sections. Anordnung nach Anspruch 12, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens einer der Federeinheiten eine konzentrisch zur Verstellwelle (134) angeordnete Spiralfeder (122) ist, welche mit der Verstellwelle (134) gekoppelt ist und sich in einem Gehäuse (136) abstützt.Arrangement according to claim 12, 13 or 14, characterized in that at least one of the spring units concentric with the adjusting ( 134 ) arranged spiral spring ( 122 ), which with the adjusting shaft ( 134 ) and in a housing ( 136 ) is supported. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (220) mindestens einen pneumatisch oder hydraulisch betätigten Linearaktuator (246) aufweist, dessen Betätigungskolben (248) mit mindestens einer Federeinheit (222) derart gekoppelt ist, dass die Betätigungseinrichtung (220) die Federeinheit (222) vorspannt, wenn die Betätigungseinrichtung (220) die Stelleinrichtung (212) zum Vermindern des Verdichtungsverhältnisses verstellt.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device ( 220 ) at least one pneumatically or hydraulically actuated linear actuator ( 246 ), whose actuating piston ( 248 ) with at least one spring unit ( 222 ) is coupled in such a way that the actuating device ( 220 ) the spring unit ( 222 ) when the actuating device ( 220 ) the adjusting device ( 212 ) to reduce the compression ratio. Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungseinrichtung (20) mindestens einen Stellmotor aufweist, dessen Motorwelle zum Verstellen der Stelleinrich tung (12) mit dieser in Wirkverbindung steht, und dass die Motorwelle mit der Federeinheit (22) gekoppelt ist.Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the actuating device ( 20 ) has at least one servomotor whose motor shaft for adjusting the Stelleinrich device ( 12 ) is in operative connection with this, and that the motor shaft with the spring unit ( 22 ) is coupled. Verbrennungsmotor mit einer Anordnung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses.Internal combustion engine with an arrangement according to one of the preceding claims for altering the Compression ratio.
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