DE102011017197A1

DE102011017197A1 - Reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011017197A1
Application number: DE201110017197
Authority: DE
Inventors: Dr.-Ing. Fieweger Klaus; Dipl.-Ing. Finkbeiner Hansjörg; Gernot Kurtzer; Dipl.-Ing. Lengfeld Markus; Dipl.-Ing. Schröer Dietmar; Dipl.-Ing. Seidel Georg; Dipl.-Ing. Gaisberg-Helfenberg Alexander von
Original assignee: Daimler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-04-15
Publication date: 2012-10-18
Also published as: WO2012139607A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis, mit wenigstens einem Hebelelement, welches an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert ist, mit einer um eine Drehachse (14) drehbaren Stellwelle (12), mit welcher das Hebelelement gelenkig verbunden ist, und mit einem Getriebe (18), über welches ein Drehmoment zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses auf die Stellwelle (12) übertragbar ist, wobei das Getriebe (18) als leistungsverzeigtes Getriebe (18) ausgebildet ist.The invention relates to a reciprocating piston internal combustion engine with at least one variably adjustable compression ratio, with at least one lever element, which is rotatably mounted on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating piston internal combustion engine relative to the crank pin, with an adjusting shaft (12) rotatable about an axis of rotation (14). , with which the lever element is connected in an articulated manner, and with a gear (18) via which a torque for setting the compression ratio can be transmitted to the actuating shaft (12), the gear (18) being designed as a power-shifted gear (18).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis gemäß Patentanspruch 1.The invention relates to a reciprocating internal combustion engine with at least one variably adjustable compression ratio according to claim 1.

Die DE 10 2008 050 826 A1 offenbart eine Verstellvorrichtung zur Lageveränderung einer in Exzenterlagern gelagerten Kurbelwelle, welche die Einstellung eines variablen Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors gestattet. Die Verstellvorrichtung umfasst einen Rotationsantrieb mit einer Abtriebswelle, eine Verstellwelle und mindestens einen Schwenkhebel, welcher jeweils über eine erste Untersetzungsstufe mit der Verstellwelle gekoppelt ist und mit mindestens einem der Exzenterlager fest verbunden ist. Durch eine Verdrehung der Verstellwelle wird das Exzenterlager über den Schwenkhebel synchron verstellt, wodurch die Kurbelwelle ihre relative Lage zum Verbrennungsraum ändert. Dabei ist vorgesehen, dass der Rotationsantrieb ein Getriebemotor mit einem elektrischen Stellmotor und einer integrierten zweiten Untersetzungsstufe ist.The DE 10 2008 050 826 A1 discloses an adjusting device for changing the position of a bearing in eccentric bearings crankshaft, which allows the setting of a variable compression ratio of an internal combustion engine. The adjusting device comprises a rotary drive with an output shaft, an adjusting shaft and at least one pivot lever, which is coupled in each case via a first reduction stage with the adjusting shaft and is fixedly connected to at least one of the eccentric bearings. By a rotation of the adjusting the eccentric bearing is adjusted synchronously via the pivot lever, whereby the crankshaft changes their relative position to the combustion chamber. It is provided that the rotary drive is a geared motor with an electric servomotor and an integrated second reduction stage.

Der DE 297 19 343 U1 ist eine Kolbenbrennkraftmaschine mit in Reihe in einem Motorblock angeordneten Zylindern und mit Kolben, die über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind. Lager der Kurbelwelle sind in Exzenterringen angeordnet, die ihrerseits in geteilten, mit jeweils einem Lagerdeckel abgeschlossenen Traglagern im Motorblock verschwenkbar gelagert sind und die jeweils mit einem Schwenkhebel versehen sind. Die Lagerdeckel sind jeweils mit einem Fenster versehen, durch das jeweils der Schwenkhebel des zugeordneten Exzenterrings hindurchgeführt ist. Ferner ist eine die freien Enden aller Schwenkhebel verbindende Koppelstange vorgesehen, die mit einem Stellantrieb in Verbindung steht.Of the DE 297 19 343 U1 is a reciprocating internal combustion engine with cylinders arranged in series in an engine block and pistons which are connected via connecting rods with a crankshaft. Bearings of the crankshaft are arranged in eccentric rings, which in turn are pivotally mounted in split, each with a bearing cap bearing bearings in the engine block and which are each provided with a pivoting lever. The bearing caps are each provided with a window through which each of the pivot lever of the associated eccentric ring is passed. Further, a connecting rod connecting the free ends of all the pivot lever is provided which is in communication with an actuator.

Aus der DE 100 51 271 A1 ist eine Kolbenbrennkraftmaschine bekannt, welche in Reihe in einem Motorblock angeordnete Zylinder und darin geführte Kolben umfasst. Die Kolben sind über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden, deren Lager in Exzenterringen angeordnet sind. Die Exzenterringe sind ihrerseits in Traglagern im Motorblock verdrehbar gelagert. Zumindest ein Teil der Exzenterringe ist jeweils mit einem Stellarm verbunden, der an seinem freien Ende ein Zahnelement aufweist, das jeweils mit einem Ritzelelement in Eingriff steht. Das Ritzelelement ist mit einer im Motorblock seitlich und parallel zur Kurbelwelle gelagerten Stellwelle verbunden, die mit einem Stellantrieb in Verbindung steht, wobei das Ritzelelement durch zwei Ritzel gebildet wird, von denen das erste Ritzel fest mit der Stellwelle verbunden ist und das zweite Ritzel relativ zum ersten Ritzel verdrehbar und federnd verspannbar angeordnet ist.From the DE 100 51 271 A1 For example, a piston internal combustion engine is known which comprises cylinders arranged in series in an engine block and pistons guided therein. The pistons are connected by connecting rods with a crankshaft whose bearings are arranged in eccentric rings. The eccentric rings are in turn rotatably mounted in support bearings in the engine block. At least a part of the eccentric rings is in each case connected to an actuating arm, which has a toothed element at its free end, which in each case engages with a pinion element. The pinion element is connected to a mounted in the engine block laterally and parallel to the crankshaft actuating shaft, which is in communication with an actuator, wherein the pinion element is formed by two pinions, of which the first pinion is fixedly connected to the actuating shaft and the second pinion relative to first pinion rotatable and resiliently arranged is arranged.

Die bekannten Brennkraftmaschinen weisen allesamt einen unerwünscht hohen Bauraumbedarf auf.The known internal combustion engines all have an undesirably high space requirement.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis bereitzustellen, welche einen reduzierten Bauraumbedarf aufweist.It is therefore an object of the present invention to provide a reciprocating internal combustion engine with at least one variably adjustable compression ratio, which has a reduced space requirement.

Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nicht-trivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.This object is achieved by a reciprocating internal combustion engine having the features of patent claim 1. Advantageous embodiments with expedient and non-trivial developments of the invention are specified in the remaining claims.

Eine erfindungsgemäße Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine weist wenigstens ein variabel einstellbares Verdichtungsverhältnis auf und umfasst wenigstens ein Hebelelement, welches an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert ist.A reciprocating internal combustion engine according to the invention has at least one variably adjustable compression ratio and comprises at least one lever element which is rotatably mounted on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine relative to the crank pin.

Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine umfasst ferner eine um eine Drehachse drehbare Stellwelle, mit welcher das Hebelelement gelenkig verbunden ist. Darüber hinaus ist ein Getriebe vorgesehen, über welches ein Drehmoment zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses auf die Stellwelle übertragbar ist. Das Getriebe ist dabei als leistungsverzweigtes Getriebe ausgebildet. Dadurch ist eine hohe Leistungsdichte insbesondere des Getriebes zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses darstellbar. Dies führt insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zur Lösung und/oder zur Vermeidung von Package-Problemen.The reciprocating internal combustion engine further comprises a rotatable about an axis of rotation control shaft, with which the lever element is pivotally connected. In addition, a transmission is provided, via which a torque for adjusting the compression ratio can be transmitted to the control shaft. The transmission is designed as a power-split transmission. As a result, a high power density of the transmission in particular for setting or adjusting the compression ratio can be represented. This leads in particular in a space-critical area such as an engine compartment of a motor vehicle, in particular a passenger car, with the reciprocating internal combustion engine to solve and / or to avoid package problems.

Infolge der Darstellung der besonders hohen Leistungsdichte des leistungsverzweigten Getriebes kann auch die Anzahl an Übertragungselementen bzw. Übertragungsgliedern zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses gering gehalten wird. Auch dies führt zu einem besonders geringen Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Ferner hält dies die Kosten sowie das Gewicht der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering. Insbesondere das geringe Gewicht führt zu einem sehr geringen Kraftstoffverbrauch, was mit geringen CO₂-Emissionen einhergeht. Insbesondere sind infolge der hohen Leistungsdichte keine weiteren und zusätzlichen Übertragungsglieder zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses zwischen dem Getriebe und dem Hebelelement vorgesehen und von Nöten, was dem geringen Bauraumbedarf zugute kommt.Due to the representation of the particularly high power density of the power-split transmission, the number of transmission elements or transmission members for adjusting the compression ratio can be kept low. This also leads to a particularly low space requirement of the reciprocating internal combustion engine according to the invention. Furthermore, this keeps the cost and weight of the reciprocating internal combustion engine particularly low. In particular, the low weight leads to very low fuel consumption, which is associated with low CO ₂ emissions. In particular, due to the high power density no further and additional transmission elements for adjusting the compression ratio between the transmission and the lever element are provided and needed, which benefits the small space requirement.

Die Stellwelle ist beispielsweise als Exzenterwelle ausgebildet und umfasst wenigstens einen Exzenter, mit welchem das Hebelelement zumindest mittelbar gelenkig verbunden ist. Dies hält den Bauraumbedarf zur Darstellung des variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnisses besonders gering. The control shaft is formed, for example, as an eccentric shaft and comprises at least one eccentric, with which the lever element is connected at least indirectly articulated. This keeps the space required for the representation of the variably adjustable compression ratio particularly low.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe zumindest im Wesentlichen koaxial zur Stellwelle angeordnet. Dies hält den Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering. Ferner kann dadurch die Anzahl an Übertragungsgliedern zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses gering gehalten werden. Insbesondere sind zwischen dem Getriebe und der Stellwelle keine zusätzlichen Übertragungsglieder von Nöten und vorgesehen. Dadurch weist das Getriebe sowie die gesamte Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen besonders hohen Wirkungsgrad auf, da das Verdichtungsverhältnis verlustarm und sehr effizient eingestellt bzw. verstellt werden kann. Die geringe Anzahl an Übertragungsgliedern führt auch zu einem nur sehr geringen Spiel zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses. So kann das Verdichtungsverhältnis besonders effizient und verlustarm eingestellt werden. Dies halt den Energiebedarf und damit den Kraftstoffverbrauch sowie die CO₂-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering.In an advantageous embodiment of the invention, the transmission is arranged at least substantially coaxially with the actuating shaft. This keeps the space requirement of the reciprocating internal combustion engine according to the invention particularly low. Furthermore, the number of transfer members for adjusting or adjusting the compression ratio can thereby be kept low. In particular, no additional transmission links are required and provided between the transmission and the control shaft. As a result, the transmission and the entire reciprocating internal combustion engine have a particularly high efficiency, since the compression ratio can be set and adjusted with little loss and very efficiently. The small number of transfer elements also leads to only a very small game for adjusting the compression ratio. Thus, the compression ratio can be set particularly efficient and low loss. This keeps the energy requirements and thus the fuel consumption and the CO ₂ emissions of the reciprocating internal combustion engine particularly low.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Motor, insbesondere ein Elektromotor vorgesehen, mittels welchem die Stellwelle über das Getriebe antreibbar ist. So kann das Verdichtungsverhältnis besonders präzise und schnell eingestellt werden. Dadurch ist es ermöglicht, das Verdichtungsverhältnis besonders schnell, d. h. in einer besonders kurzen Zeit, an unterschiedliche und sich ändernde Betriebspunkte und somit an thermodynamische Erfordernisse der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine anzupassen. Dadurch kann die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einem nur sehr geringen Kraftstoffverbrauch betrieben werden.In a further advantageous embodiment of the invention, a motor, in particular an electric motor is provided, by means of which the actuating shaft can be driven via the transmission. So the compression ratio can be adjusted very precisely and quickly. This makes it possible, the compression ratio particularly fast, d. H. in a particularly short time to adapt to different and changing operating points and thus to thermodynamic requirements of the reciprocating internal combustion engine. As a result, the reciprocating internal combustion engine can be operated with only a very low fuel consumption.

Vorteilhafterweise ist der Stellmotor zumindest im Wesentlichen koaxial zu der Stellwelle angeordnet. Dies führt zu einem besonders geringen Bauraumbedarf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine. Ferner kann dadurch die Anzahl an Übertragungsgliedern zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses besonders gering gehalten werden, was dem Wirkungsgrad der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine zugute kommt.Advantageously, the servo motor is arranged at least substantially coaxially with the actuating shaft. This leads to a particularly low space requirement of the reciprocating internal combustion engine. Furthermore, the number of transmission members for adjusting or adjusting the compression ratio can be kept particularly low, which benefits the efficiency of the reciprocating internal combustion engine.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als Planetengetriebe ausgebildet. Dadurch ist ein besonders kompaktes leistungsverzweigtes Getriebe mit einer sehr hohen Leistungsdichte dargestellt. Dadurch kann der Bauraumbedarf sowie der Energiebedarf zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses besonders gering gehalten werden. Ferner weist das Planetengetriebe nur geringe Kosten auf, was mit geringen Gesamtkosten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einher geht.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the transmission is designed as a planetary gear. This represents a particularly compact power-split transmission with a very high power density. As a result, the space requirement and the energy consumption for adjusting or adjusting the compression ratio can be kept particularly low. Furthermore, the planetary gear has only low costs, which is associated with low overall costs of the reciprocating internal combustion engine.

Bei einer besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Getriebe als Wolfrom-Getriebe ausgebildet. Dadurch weist das Getriebe eine besonders hohe Leistungsdichte auf, was den Bauraumbedarf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering hält. Das Wolfrom-Getriebe weist beispielsweise zumindest zwei innenverzahnte Hohlräder auf, welche eine voneinander unterschiedliche Anzahl an Zähnen umfassen. Die Hohlräder kämmen dabei mit wenigstens einem Planetenrad des Wolfrom-Getriebes. Dadurch ist eine besonders hohe Leistungsdichte des Getriebes dargestellt, sodass dieses einen nur sehr geringen Bauraumbedarf aufweist und dabei sehr hohe Leistungen bzw. Drehmomente übertragen kann.In a particularly advantageous embodiment of the invention, the transmission is designed as a Wolfrom gear. As a result, the transmission has a particularly high power density, which keeps the space requirement of the reciprocating internal combustion engine particularly low. The Wolfrom gear has, for example, at least two internally toothed ring gears, which comprise a mutually different number of teeth. The ring gears mesh with at least one planetary gear of the Wolfrom transmission. As a result, a particularly high power density of the transmission is shown, so that this has only a very small space requirement and can transmit very high powers or torques.

Ein weiterer Vorteil der hohen Leistungsdichte des Getriebes ist, dass dadurch der Stellmotor, insbesondere der Elektromotor, hinsichtlich seiner Dimensionen sowie seiner Leistungsaufnahme gering ausgebildet werden kann. Dies führt einerseits zu einem besonders geringen Bauraumbedarf der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine.Another advantage of the high power density of the transmission is that thereby the servo motor, in particular the electric motor, can be made small in terms of its dimensions and its power consumption. On the one hand, this leads to a particularly low space requirement of the reciprocating internal combustion engine.

Andererseits kann dadurch der Energieaufwand zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses mittels des Motors gering gehalten werden. Damit einher gehen ein nur geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe CO₂-Emissionen.On the other hand, thereby the energy consumption for setting or adjusting the compression ratio by means of the engine can be kept low. This is accompanied by low fuel consumption and low CO ₂ emissions.

Vorteilhafterweise weist wenigstens ein Planetenrad des als Planetengetriebe ausgebildeten Getriebes einen größeren Durchmesser auf als ein Sonnenrad des Getriebes. Diese Ausführungsform birgt den Vorteil, dass miteinander in Eingriff stehende Zähne jeweiliger Verzahnungen des Getriebes, welche zumindest zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses hohe Kräfte und/oder Drehmomente übertragen und dementsprechend hoch belastet sind, auf besonders großen Radien bzw. Durchmessern insbesondere gegenüber weniger stark belasteten, miteinander in Eingriff stehenden Zähne jeweiliger Verzahnungen des Getriebes, angeordnet sind. Somit kann das Getriebe auch besonders hohe Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses über eine hohe Lebensdauer der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine hinweg übertragen und entsprechend hohe Belastungen zumindest im Wesentlichen schadfrei ertragen. Damit weist das Getriebe eine besonders hohe Funktionserfüllungssicherheit auf. Dadurch ist es ermöglicht, dass das Verdichtungsverhältnis der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch über eine hohe Lebensdauer dieser hinweg präzise und bedarfsgerecht eingestellt und an die thermodynamischen Verhältnisse angepasst werden kann. Dies kommt dem niedrigen Kraftstoffverbrauch sowie den geringen CO₂-Emissionen zugute.Advantageously, at least one planetary gear formed as a planetary gear transmission has a larger diameter than a sun gear of the transmission. This embodiment has the advantage that mutually meshing teeth of respective gears of the transmission, which at least for setting or adjusting the compression ratio high forces and / or torques transmitted and are therefore highly loaded, especially on relatively large radii or diameters less loaded, mutually engaging teeth of respective gears of the transmission, are arranged. Thus, the transmission can also transmit particularly high forces and / or torques for adjusting the compression ratio over a long service life of the reciprocating internal combustion engine and endure correspondingly high loads at least substantially without damage. Thus, the transmission has a particularly high functional performance safety. This makes it possible for that Compression ratio of the reciprocating internal combustion engine can be set precisely and according to need over a long service life of these and adapted to the thermodynamic conditions. This benefits low fuel consumption and low CO ₂ emissions.

Vorteilhafterweise ist eine Mehrzahl von Planetenrädern vorgesehen, welche einen größeren Durchmesser aufweisen als das Sonnenrad. Dadurch kann das als Planetengetriebe ausgebildete Getriebe besonders hohe Kräfte und/oder Momente übertragen und weist gleichzeitig einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf.Advantageously, a plurality of planet gears is provided which have a larger diameter than the sun gear. As a result, the transmission designed as a planetary gear can transmit particularly high forces and / or torques and at the same time has only a very small space requirement.

Ist das Getriebe selbsthemmend ausgebildet, so ist dies insofern vorteilhaft, als dadurch auf eine Bremseinrichtung zum Halten des eingestellten Verdichtungsverhältnisses nicht vorgesehen und nicht notwendigerweise von Nöten ist. Das eingestellte Verdichtungsverhältnis kann bei der erfindungsgemäßen Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine auch ohne die Bremseinrichtung gegen aus Verbrennungen in einem Brennraum, insbesondere einem Zylinder, der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine resultierenden Kräfte und/oder Momente infolge der selbsthemmenden Ausgestaltung des Getriebes zumindest im Wesentlichen konstant gehalten werden. Dadurch weist die erfindungsgemäße Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine einen besonders geringen Bauraumbedarf und ein geringes Gewicht auf. Ebenso weist die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine dadurch eine besonders geringe Teileanzahl auf, was die Kosten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering hält.If the transmission is designed to be self-locking, this is advantageous insofar as it does not provide for a brake device for holding the set compression ratio and is not necessarily necessary. The set compression ratio can be kept at least substantially constant in the reciprocating internal combustion engine according to the invention even without the braking device against resulting from burns in a combustion chamber, in particular a cylinder, the reciprocating internal combustion engine forces and / or moments due to the self-locking design of the transmission. As a result, the reciprocating internal combustion engine according to the invention has a particularly low space requirement and low weight. Likewise, the reciprocating internal combustion engine thereby has a particularly low number of parts, which keeps the cost of the reciprocating internal combustion engine low.

Bei einer weiteren besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist ein Abtriebszahnrad des Getriebes zumindest im Wesentlichen direkt in einem Außenumfangsbereich der Stellwelle auf dieser angeordnet und mit der Stellwelle drehfest verbunden. Dadurch ist die Stellwelle zumindest teilweise auf einer Ausgangsseite des Getriebes in dieses integriert, da die Stellwelle somit teilweise als Ausgangswelle des Getriebes fungiert. Dies hält den Bauraumbedarf, die Teileanzahl, das Gewicht und die Kosten der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine besonders gering.In a further particularly advantageous embodiment of the invention, an output gear of the transmission is arranged at least substantially directly in an outer peripheral region of the control shaft on this and rotatably connected to the actuating shaft. As a result, the control shaft is at least partially integrated on an output side of the transmission in this, since the control shaft thus partially acts as an output shaft of the transmission. This keeps the space requirements, the number of parts, the weight and the cost of the reciprocating internal combustion engine particularly low.

Alternativ oder zusätzlich kann vorgesehen sein, dass eine Abtriebswelle des Getriebes koaxial zur Stellwelle angeordnet ist. Auch dadurch kann der Bauraumbedarf des Getriebes und damit der gesamten Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine gering gehalten werden.Alternatively or additionally, it can be provided that an output shaft of the transmission is arranged coaxially to the control shaft. This also allows the space requirement of the transmission and thus the entire reciprocating internal combustion engine can be kept low.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in den Figuren alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen und/oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.Further advantages, features and details of the invention will become apparent from the following description of preferred embodiments and from the drawing. The features and feature combinations mentioned above in the description as well as the features and feature combinations mentioned below in the description of the figures and / or shown alone in the figures can be used not only in the respectively indicated combination but also in other combinations and / or alone, without the To leave frame of the invention.

Die Zeichnung zeigt in:The drawing shows in:

1 eine Prinzipdarstellung einer Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, mit einem Getriebe, welches als leistungsverzweigtes Getriebe ausgebildet ist; und 1 a schematic diagram of an adjusting device for variably setting at least one compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, with a transmission which is designed as a power-split transmission; and

2 eine Prinzipdarstellung einer weiteren Ausführungsform der Stelleinrichtung gemäß 1, wobei das leistungsverzweigte Getriebe als Wolfrom-Getriebe ausgebildet ist. 2 a schematic diagram of another embodiment of the adjusting device according to 1 , wherein the power-split transmission is designed as a Wolfrom transmission.

Die 1 zeigt eine Stelleinrichtung 10 für eine als Hubkolbenmaschine ausgebildete Verbrennungskraftmaschine. Die Hubkolbenmaschine weist eine Mehrzahl von Brennräumen auf, welche als Zylinder ausgebildet sind. In den Zylindern ist ein jeweiliger Kolben relativ zu den Zylindern translatorisch verschiebbar aufgenommen. Die jeweiligen Kolben sind gelenkig mit einem Pleuel verbunden, welches wiederum gelenkig mit einem Hebelelement der Stelleinrichtung 10 gelenkig verbunden ist. Das Hebelelement ist an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine relativ zu dem Hubzapfen drehbar gelagert. Durch diese gelenkige Kupplung des Kolbens über das Pleuel und das Hebelelement mit der Kurbelwelle können translatorische Bewegungen des Kolbens bzw. der Kolben in eine Drehbewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden.The 1 shows an adjusting device 10 for a trained as a reciprocating engine internal combustion engine. The reciprocating engine has a plurality of combustion chambers, which are designed as cylinders. In the cylinders, a respective piston is received translationally displaceable relative to the cylinders. The respective pistons are pivotally connected to a connecting rod, which in turn articulates with a lever element of the adjusting device 10 articulated is connected. The lever element is rotatably mounted on a crank pin of a crankshaft of the reciprocating engine relative to the crank pin. By this articulated coupling of the piston via the connecting rod and the lever element with the crankshaft translational movements of the piston or the piston can be converted into a rotational movement of the crankshaft.

Das einerseits mit dem Pleuel gelenkig gekoppelte Hebelelement ist andererseits mit einem Nebenpleuel gelenkig verbunden. Das einerseits gelenkig mit dem Hebelelement verbundene Nebenpleuel ist andererseits an einen Exzenter einer als Exzenterwelle ausgebildeten Stellwelle 12 relativ zu dem Exzenter drehbar gelagert.The one hand with the connecting rod articulated lever element on the other hand articulated to a Nebenpleuel. The auxiliary connecting rod, which is pivotally connected to the lever element on the one hand, is, on the other hand, connected to an eccentric of an actuating shaft designed as an eccentric shaft 12 rotatably mounted relative to the eccentric.

Die als Exzenterwelle ausgebildete Stellwelle 12 Stelleinrichtung 10 ist dabei an einem Gehäuse der Hubkolbenmaschine und/oder der Stelleinrichtung 10 relativ zu dem Gehäuse um eine Drehachse 14 drehbar gelagert. Ein Verdrehen der Stellwelle 12 um die Drehachse 14 bewirkt ein Verdrehen des Hebelelements relativ zu dem Hubzapfen, was wiederum eine translatorische Verschiebung des Kolbens in dem Zylinder relativ zu diesem bewirkt. So kann das Verdichtungsverhältnis bzw. können die Verdichtungsverhältnisse der entsprechenden Zylinder variabel eingestellt werden.The control shaft designed as an eccentric shaft 12 setting device 10 is on a housing of the reciprocating engine and / or the adjusting device 10 relative to the housing about an axis of rotation 14 rotatably mounted. A rotation of the control shaft 12 around the axis of rotation 14 causes a rotation of the lever member relative to the crank pin, which in turn causes a translational displacement of the piston in the cylinder relative thereto. So the compression ratio or can Compression ratios of the corresponding cylinder can be set variably.

Die Stelleinrichtung 10 ermöglicht es somit in Folge der variablen Einstellbarkeit des Verdichtungsverhältnisses bzw. der Verdichtungsverhältnisse, diese an thermodynamische Erfordernisse der Hubkolbenmaschine anzupassen. So kann die Hubkolbenmaschine mit einem nur sehr geringen Kraftstoffverbrauch betrieben werden, was mit geringen CO₂-Emissionen einher geht.The adjusting device 10 Thus, as a result of the variable adjustability of the compression ratio or the compression ratios, it makes it possible to adapt them to thermodynamic requirements of the reciprocating engine. Thus, the reciprocating engine can be operated with a very low fuel consumption, which is associated with low CO ₂ emissions.

Zum Verdrehen der Stellwelle 12 um die Drehachse 14 umfasst die Stelleinrichtung 10 einen Elektromotor 16. Zwischen dem Elektromotor 16 und der Verstellwelle 12 sind Drehmomente zum Einstellen bzw. Verstellen des Verdichtungsverhältnisses übertragbar. Dies bedeutet, dass der Elektromotor 16 ein Drehmoment zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses auf die Welle 12 überträgt bzw. in diese einleitet.For turning the control shaft 12 around the axis of rotation 14 includes the adjusting device 10 an electric motor 16 , Between the electric motor 16 and the adjusting shaft 12 torques for setting or adjusting the compression ratio can be transmitted. This means that the electric motor 16 a torque for adjusting the compression ratio to the shaft 12 transmits or initiates in this.

In einem Drehmomentenfluss zwischen dem Elektromotor 16 und der Stellwelle 12 ist zwischen dem Elektromotor 16 und der Stellwelle 12 ein leistungsverzweigtes Getriebe 18 der Stelleinrichtung 10 angeordnet, welches beispielsweise als Planetengetriebe ausgebildet ist.In a torque flow between the electric motor 16 and the control shaft 12 is between the electric motor 16 and the control shaft 12 a power-split transmission 18 the adjusting device 10 arranged, which is formed for example as a planetary gear.

Der Elektromotor 16 und das Getriebe 18 sind über eine um die Drehachse 14 drehbare Verbindungswelle 20 miteinander gekoppelt bzw. koppelbar. So kann das von dem Elektromotor 16 aufzubringende bzw. aufgebrachte Drehmoment zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses in das Getriebe 18 eingeleitet werden.The electric motor 16 and the gearbox 18 are about one about the axis of rotation 14 rotatable connecting shaft 20 coupled or coupled together. That's how it works from the electric motor 16 applied torque for adjusting the compression ratio in the transmission 18 be initiated.

Das Getriebe weist dabei eine von Eins (1) unterschiedliche Übersetzung auf, sodass das Getriebe 18 das eingeleitete Drehmoment des Elektromotors 16 in ein dazu wesentlich höheres Drehmoment umwandeln (übersetzen) kann. Dies bedeutet, dass der Elektromotor 16 nur lediglich geringe Drehmomente aufbringen muss, um das Verdichtungsverhältnis einzustellen bzw. zu verstellen. Dadurch kann der Elektromotor 16 besonders klein hinsichtlich seiner Dimensionen sowie seiner Leistungsaufnahme ausgebildet werden. Dies kommt einem geringen Bauraumbedarf sowie einem geringen Energiebedarf der Stelleinrichtung 10 und damit der gesamten Hubkolbenmaschine zugute. Dadurch können Package-Probleme insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, mit der Hubkolbenmaschine vermieden und/oder gelöst werden.The gearbox has one of one ( 1 ) Different translation, so that the transmission 18 the introduced torque of the electric motor 16 in a much higher torque to convert (translate) can. This means that the electric motor 16 only has to apply low torques to adjust or adjust the compression ratio. This allows the electric motor 16 be made particularly small in terms of its dimensions and its power consumption. This comes in a small space requirement and a low energy consumption of the adjusting device 10 and thus the entire reciprocating engine benefit. As a result, package problems, in particular in a space-critical area such as an engine compartment of a motor vehicle, in particular a passenger car, can be avoided and / or released with the reciprocating engine.

Dem geringen Bauraumbedarf der Stelleinrichtung 10 und damit der gesamten Hubkolbenmaschine kommt weiterhin zugute, dass das Getriebe 18 als leistungsverzweigtes Getriebe ausgebildet ist. Dadurch weist das Getriebe 18 eine besonders hohe Leistungsdichte auf. Das Getriebe 18 kann somit ausgangsseitig, d. h. auf Seiten der Stellwelle 12, besonders hohe Drehmomente bereitstellen. Dabei weist es jedoch einen nur sehr geringen Bauraumbedarf auf.The small space requirement of the adjusting device 10 and thus the entire reciprocating engine continues to benefit from the transmission 18 is designed as a power-split transmission. This indicates the gearbox 18 a particularly high power density. The gear 18 can thus the output side, ie on the part of the control shaft 12 to provide extra high torques. However, it has only a very small space requirement.

Um den Bauraumbedarf der Stelleinrichtung 10 besonders gering zu halten, ist die Stellwelle 12 bevorzugt drehfest und zumindest im Wesentlichen direkt mit einem Abtriebselement des Getriebes 10 verbunden. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein Zahnrad als das Abtriebselement des Getriebes 18 in einem Außenumfangsbereich der Stellwelle 12 auf dieser angeordnet und drehfest mit der Stellwelle 12 verbunden ist.To the space requirement of the adjusting device 10 To keep particularly low, is the control shaft 12 preferably rotationally fixed and at least substantially directly with an output member of the transmission 10 connected. It can be provided that a gear as the output element of the transmission 18 in an outer peripheral region of the actuating shaft 12 arranged on this and non-rotatably with the control shaft 12 connected is.

Die Stelleinrichtung 10 umfasst ferner optional eine Bremse 22, welche über eine Verbindungswelle 24 mit dem Elektromotor 16, mit dem Getriebe 18 und mit der Stellwelle 12 gekoppelt oder koppelbar ist. Die Bremse 22 dient dazu, das eingestellte Verdichtungsverhältnis gegen aus den Zylindern in Folge von Verbrennungsvorgängen resultierenden und auf die Stelleinrichtung 10 wirkenden Kräfte und/oder Drehmomente zumindest im Wesentlichen auf einem konstanten Wert zu halten.The adjusting device 10 further optionally includes a brake 22 , which have a connecting shaft 24 with the electric motor 16 , with the gearbox 18 and with the control shaft 12 coupled or can be coupled. The brake 22 serves to set the set compression ratio against the cylinders resulting from combustion and on the actuator 10 acting forces and / or torques at least substantially to a constant value.

Wie der 1 zu entnehmen ist, ist die Bremse 22 in einem Drehmomentenfluss ausgehend von den Zylindern über die Stellwelle 12 hin zum Elektromotor 16 stromab des Elektromotors 16 sowie des Getriebes 18 angeordnet. So können insbesondere schwellende und/oder wechselnde Drehmomente und/oder Kräfte aus den Zylindern durch das Getriebe 18 und den Elektromotor 16, insbesondere durch dessen Massenträgheit, gedämpft werden. Dies halt die auf die Bremse 22 wirkenden Belastungen gering. So kann auch die Bremse 22 gering hinsichtlich ihrer Dimensionen, sowie ihrer Leistungsaufnahme klein ausgebildet werden. Dies kommt dem geringen Bauraumbedarf der Hubkolbenmaschine besonders zugute.Again 1 it can be seen, is the brake 22 in a torque flow from the cylinders via the control shaft 12 towards the electric motor 16 downstream of the electric motor 16 as well as the transmission 18 arranged. Thus, in particular swelling and / or changing torques and / or forces from the cylinders through the gearbox 18 and the electric motor 16 , in particular by its inertia, are damped. This holds the brakes 22 acting loads low. So can the brake 22 small in terms of their dimensions, as well as their power consumption are small. This is the low space requirement of the reciprocating engine particularly beneficial.

Ist das leistungsverzweigte Getriebe 18 selbsthemmend ausgebildet, so kann die Bremse 22 entfallen. Das eingestellte Verdichtungsverhältnis wird dann durch die Selbsthemmung des Getriebes 18 gehalten. Dadurch weist die Stelleinrichtung einen besonders geringen Bauraumbedarf auf, was den Bauraumbedarf der gesamten Hubkolbenmaschine besonders gering hält.Is the power split transmission 18 self-locking, so can the brake 22 omitted. The set compression ratio is then by the self-locking of the transmission 18 held. As a result, the adjusting device has a particularly low space requirement, which keeps the space requirement of the entire reciprocating engine particularly low.

Wie der 1 zu entnehmen ist, sind sowohl der Elektromotor 16, das Getriebe 18 als auch die Bremse 22 koaxial zur Stellwelle 12 bezogen auf die Drehachse 14 angeordnet. Dadurch sind keine weiteren Zwischenglieder zwischen der Stellwelle 12 und dem Elektromotor 16, insbesondere zwischen der Stellwelle 12 und dem Getriebe 18, von Nöten und vorgesehen. Bei diesen Zwischengliedern handelt es sich beispielsweise um Schwenkhebel, eine zusätzliche Stellwelle oder dergleichen. Dies führt zu einer besonders hohen Leistungsdichte der Stelleinrichtung 10, was mit einem besonders geringen Bauraumbedarf einhergeht. Ferner weist die Stelleinrichtung 10 und damit die gesamte Hubkolbenmaschine ein nur sehr geringes Spiel auf, sodass das Verdichtungsverhältnis besonders effizient und verlustarm eingestellt bzw. verstellt werden kann.Again 1 it can be seen, are both the electric motor 16 , The gear 18 as well as the brake 22 coaxial with the control shaft 12 related to the axis of rotation 14 arranged. As a result, there are no further intermediate links between the control shaft 12 and the electric motor 16 , in particular between the control shaft 12 and the transmission 18 , of necessity and provided. These intermediate links are, for example, pivoting levers, an additional control shaft or the like. This leads to a particularly high power density of the adjusting device 10 , which is associated with a particularly small space requirement. Furthermore, the adjusting device 10 and thus the entire reciprocating engine only a very small game, so that the compression ratio can be adjusted or adjusted particularly efficient and low loss.

Die 2 zeigt eine weitere Ausführungsform der Stelleinrichtung 10 gemäß 1, bei welcher das Getriebe 18 als Wolfrom-Getriebe ausgebildet ist. Das Wolfrom-Getriebe weist ein Sonnenrad 26 sowie Planetenräder 28 auf, welche mit dem Sonnenrad 26 über jeweilige Verzahnungen im Eingriff stehen. Das Wolfrom-Getriebe weist ferner zwei Hohlräder 30 und 32 auf, wobei das Hohlrad 30 an einem Gehäuse der Stelleinrichtung 10 und/oder der Hubkolbenmaschine festgelegt oder festlegbar ist und sich nicht um die Drehachse 14 drehen kann. Wie der 2 zu entnehmen ist, ist die Verstellwelle 12 mit dem Wolfrom-Getriebe gekoppelt, sodass die besonders hohen, durch das Wolfrom-Getriebe darstellbaren Drehmomente auf die Stellwelle 12 übertragen werden können. Dabei ist die koaxiale Anordnung des Getriebes 18 und der Stellwelle 12 weiterhin gegeben.The 2 shows a further embodiment of the adjusting device 10 according to 1 in which the transmission 18 is designed as a tungsten gear. The Wolfrom gearbox has a sun gear 26 as well as planet wheels 28 on which with the sun wheel 26 are engaged via respective gears. The Wolfrom transmission also has two ring gears 30 and 32 on, with the ring gear 30 on a housing of the adjusting device 10 and / or the reciprocating engine is fixed or fixable and not about the axis of rotation 14 can turn. Again 2 it can be seen, is the adjusting shaft 12 Coupled with the Wolfrom gear, so that the particularly high, represented by the Wolfrom gear torques on the control shaft 12 can be transmitted. Here is the coaxial arrangement of the transmission 18 and the control shaft 12 continue to be given.

Wie der 2 ferner zu entnehmen ist, weisen die Planetenräder 28 sowie die Hohlräder 30 und 32 besonders große jeweilige Durchmesser auf, insbesondere im Vergleich zum Sonnenrad 26. Dadurch sind hoch belastete Zahneingriffe von miteinander in Eingriff stehenden Zähnen jeweiliger Verzahnungen der Planetenräder 28 und der Hohlräder 30 und 32, insbesondere bezüglich der Drehachse 14, auf besonders großen Radien bzw. Durchmessern angeordnet. So können auch besonders hohe, durch das Wolfrom-Getriebe 18 dargestellte Drehmomente über eine hohe Lebensdauer der Hubkolbenmaschine hinweg zumindest im Wesentlichen schadfrei übertragen werden. Dadurch kann das Verdichtungsverhältnis auch über eine hohe Lebensdauer der Hubkolbenmaschine hinweg effizient an die thermodynamischen Erfordernisse der Hubkolbenmaschine angepasst werden.Again 2 it can also be seen, have the planet gears 28 and the ring gears 30 and 32 particularly large respective diameter, in particular compared to the sun gear 26 , As a result, highly loaded tooth engagement of meshing teeth of respective gears of the planet gears 28 and the ring gears 30 and 32 , in particular with respect to the axis of rotation 14 , arranged on particularly large radii or diameters. So can also be particularly high, through the Wolfrom gearbox 18 Torques shown are transmitted over a long service life of the reciprocating piston away at least substantially free of damage. As a result, the compression ratio can also be efficiently adapted to the thermodynamic requirements of the reciprocating piston engine over a long service life of the reciprocating piston engine.

Das Wolfrom-Getriebe erlaubt dabei die Darstellung besonders hoher Übersetzungen in lediglich einer Stufe, was der Leistungsdichte und damit dem geringen Bauraumbedarf der Stelleinrichtung 10 zugute kommt. Auch die Stelleinrichtung 10 gemäß 2 umfasst die Bremse 22, welche bei einer selbsthemmenden Ausgestaltung des Getriebes 18 jedoch entfallen kann.The Wolfrom gearbox allows the display of particularly high ratios in only one stage, what the power density and thus the low space requirement of the actuator 10 benefits. Also the adjusting device 10 according to 2 includes the brake 22 which in a self-locking design of the transmission 18 but can be omitted.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

1010: Stelleinrichtungsetting device
1212: Stellwelleactuating shaft
1414: Drehachseaxis of rotation
1616: Elektromotorelectric motor
1818: Getriebetransmission
2020: Verbindungswelleconnecting shaft
2222: Bremsebrake
2424: Verbindungswelleconnecting shaft
2626: Sonnenradsun
2828: Planetenradplanet
3030: Hohlradring gear
3232: Hohlradring gear

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102008050826 A1 [0002]
DE 29719343 U1 [0003]
DE 10051271 A1 [0004]

Claims

Reciprocating internal combustion engine with at least one variably adjustable compression ratio, with at least one lever element, which is rotatably mounted on a crankpin of a crankshaft of the reciprocating internal combustion engine relative to the crankpin, with a about an axis of rotation ( 14 ) rotatable actuating shaft ( 12 ), with which the lever element is articulated, and with a transmission ( 18 ), via which a torque for adjusting the compression ratio to the control shaft ( 12 ) is transferable, wherein the transmission ( 18 ) as a power-driven transmission ( 18 ) is trained.

Reciprocating internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the transmission ( 18 ) at least substantially coaxial with the actuating shaft ( 12 ) is arranged.

Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 1 or 2, characterized in that a motor ( 16 ), in particular an electric motor ( 16 ), is provided, by means of which the actuating shaft ( 12 ) via the gearbox ( 18 ) is drivable.

Reciprocating internal combustion engine according to claim 3, characterized in that the engine ( 16 ) at least substantially coaxial with the actuating shaft ( 12 ) is arranged.

Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 18 ) as a planetary gear ( 18 ) is trained.

Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 18 ) as Wolfrom gear ( 18 ) is trained.

Reciprocating internal combustion engine according to one of claims 5 or 6, characterized in that at least one planetary gear ( 28 ) of the transmission ( 18 ) has a larger diameter than a sun gear ( 26 ) of the transmission ( 18 ).

Reciprocating internal combustion engine according to claim 5, characterized in that a plurality of planetary gears ( 28 ) is provided, which have a larger diameter than the sun gear ( 26 ).

Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 18 ) is self-locking.

Reciprocating internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a driven gear of the transmission ( 18 ) at least substantially directly in an outer peripheral region of the actuating shaft ( 12 ) arranged on this and with the control shaft ( 12 ) is rotatably connected.