DE20118997U1 - Stellantrieb für eine in ihrem Verdichtungsverhältnis einstellbare Kolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Description

Bezeichnung: Stellantrieb für eine in ihrem Verdichtungsverhältnis einstellbare Kolbenbrennkraftmaschine

Beschreibung

Bei normalen Hubkolbentriebwerken ist die Stellung des Kolbens im Zylinder ausschließlich von der Stellung der Kurbelwelle abhängig. Um betriebsabhängig das Verdichtungsverhältnis verändern zu können, hat man eine Veränderungsmöglichkeit dadurch geschaffen, daß jeweils das Pleuel in zwei Pleuelteile unterteilt wird, die über ein Mittelgelenk miteinander verbunden sind, und wobei ferner ein Lenkerarm am Pleuel angelenkt ist, dessen anderes Ende über einen am Maschinengehäuse verschiebbaren Anlenkungspunkt befestigt ist. Derartige Konstruktionen sind beispielsweise bekannt aus DE-A-29 35 073, DE-A-29 35 977, DE-A-30 30 612 sowie DE-A-37 12 391. Bei diesen Konstruktionen ist der Lenkerarm unmittelbar an das Mittelgelenk gekoppelt, so daß sich hier 0 erhebliche konstruktive und betriebstechnische Probleme ergeben. Das Mittelgelenk baut sehr breit und erreicht dabei ein hohes Gewicht, das bei den gegebenen Raumverhältnissen nicht mehr durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen werden kann. Insgesamt besteht der Nachteil dieser Konstruktionen darin, daß die bewegten Massen, nämlich Kolben und Pleuel, größer werden und damit auch größere Massenkräfte zu beherrschen sind.

Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man versucht, eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses dadurch zu schaffen, daß man die Kurbelwelle in Exzenterringen gelagert hat, die ihrerseits drehbar im Motorblock gelagert sind und die mit einem Stellantrieb in Verbindung stehen. Durch ein Verdrehen der Exzenterringe ist es möglich, die Lage der Kurbelwelle so zu verschieben, daß jeweils in der oberen Totpunktlage eines Kolbens dieser mehr oder weniger Abstand zur Zylinderdecke einhält. Hierzu ist in DE-A-30 04 402 vorgesehen, daß jeder

Exzenterring mit einem Zahnrad verbunden ist, das jeweils in ein Ritzel eingreift, das auf einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Stellwelle angeordnet ist, die mit einem Stellantrieb in Verbindung steht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis zu schaffen, die in bezug auf den Antrieb zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses kostruktiv einfacher aufgebaut und günstiger zu fertigen ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Kolbenbrennkraftmaschine mit den im Anspruch 1 angegebenen Merkmalen. Der Vorteil dieser Lösung besteht darin, daß der ohnehin als Anlasser benötigte Elektromotor, der während des Fahrbetriebs nicht mit der Kurbelwelle im Eingriff steht, als Stellantrieb zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses dient und entsprechend über die Motorsteuereinrichtung ansteuerbar ist.

Der Elektromotor kann hierbei für Rechtslauf und Linkslauf ansteuerbar sein. Ist jedoch ein Elektromotor vorgesehen, der nur in einer Drehrichtung antreibbar ist, dann ist es erforderlich, eine Schaltanordnung vorzusehen, die entsprechend den Vorgaben der Motorsteuerung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses für die Drehmomentübertragungsanordnung einen Rechtslauf oder Linkslauf ermöglicht.

Die Antriebswelle des Elektromotors steht grundsätzlich mit der Drehmomentübertragungsanordnung in Wirkverbindung. Soll jedoch der Elektromotor als Anlasser betätigt werden, dann wird die Antriebswelle gegenüber der Drehmomentübertragungsanordnung außer Eingriff gebracht und mit dem Schwungradzahnkranz an der Kurbelwelle in Eingriff gebracht, so daß der Anlaßvorgang durchgeführt werden kann. Die Gesamtanordnung ist hierbei zweckmäßigerweise so getroffen, daß vor Einleitung des Anlaßvorganges über die Motorsteuerung eine für den An-

laßvorgang optimale Einstellung der Verdichtung vorgenommen wird.

Weitere Merkmale und weitere Ausgestaltungen der Erfindung sind den Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung von Zeichnungen und Ausführungsbeispielen zu entnehmen. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung eines Vier-Zylindermotors zur Erläuterung des Grundprinzips,

Fig. 2 die einzelnen Komponenten des Stellantriebs der Ausführungsform gem. Fig. 1 in ihrer Zuordnung,

Fig.3 eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 2, Fig. 4 die Ausführungsform gem. Fig. 3 im Stellbetrieb,

Fig. 5 die Ausführungsform gem. Fig. 3 im Anlaßerbetrieb, 20

Fig. 6 eine perspektivische Schemadarstellung für eine abgewandelte Ausführungsform eines Stellantriebs,

Fig. 7 schematisch die Zuordnung der einzelnen Komponenten des Stellantriebs gem. Fig. 6

Wie die schematische Darstellung in Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Kurbelwelle! mit ihren Kurbelwellenlagern 2 in Exzenterringen 3 gelagert, die ihrerseits drehbar in entsprechenden Traglagern 4 eines angedeuteten Motorblocks gelagert sind. Mit der Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils die hier nur schematisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die Kurbelwelle 1 ist in einer Stellung gezeigt, in der die Kolben 6.1 und 6.4 sich in der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die Kolben 6.2 und 6.3 in der unteren Totpunktstellen befinden.

Bei dem Ausführungsbeispiel ist jeder Exzenterring 3 starr
mit einem Stellarm 8 verbunden, der an seinem freien Ende mit einem Zahnelement 9 versehen ist. Die Zahnelemente 9 stehen
jeweils mit einem Ritzelelement 10 im Eingriff, die mit einer im Motorblock seitlich und parallel zur Kurbelwelle 1 gelagerten
Stellwelle 11 verbunden sind. Die Stellwelle 11 ist
Teil einer Drehmomentubertragungsanordnung 12.

Eine Kolbenbrennkraftmaschine dieser Bauart hat den Vorteil,

daß durch die seitlich neben der Kurbelwelle 1 und parallel

dazu gelagerte Stellwelle 11 in einem Bereich des Motorblocks angeordnet werden kann, der durch die zwischen den Zylindern
einerseits und der Kurbelwelle andererseits wirksamen Kräfte
praktisch nicht belastet wird. Dies bietet den großen Vor-

teil, daß die für die Kraftdurchleitung ausgelegten Strukturen
des Motorblockes nicht gestört werden und dementsprechend ein bereits vorhandener Motorblock durch geringe und verhältnismäßig einfache Änderung der Form durch Zufügen des Lagerbereichs
für die Stellwelle 11 geändert werden kann. Die An-

Ordnung kann hierbei so getroffen werden, daß die äußeren Abmessungen des Kurbelgehäuses praktisch nicht verändert werden und somit für das Fahrzeug keine Vergrößerung des Motorraumes notwendig wird. Besonders zweckmäßig ist es hierbei, wenn die Stellwelle 11 mit ihrer Lagerung jeweils seitlich neben den

Hauptlagern angeordnet ist.

Durch Verdrehen der Stellwelle 11 um einen entsprechenden
Stellwinkel &agr; in jeweils eine der Richtungen des eingezeichneten
Doppelpfeiles werden die Exzenterringe 3 jeweils um ihre ortsfeste Drehachse 14 im Motorblock entsprechend verdreht und die exzentrisch in den Exzenterringen 3 gelagerte Kurbelwelle 1 mit ihren Kurbelwellenlagern 2 entsprechend nach oben oder nach unten angehoben bzw. abgesenkt. Hierdurch wird erreicht,
daß entsprechend einem Verschwenken der Exzenterringe 3 nach oben oder unten die Kolben 6 mit ihrem Kolbenboden

sich entsprechend näher oder entfernter vom Brennraumdach befinden und somit um dieses Maß das Verdichtungsverhältnis ge-

zielt verändert werden kann. In der jeweils durch die Betriebsbedingungen vorgegebenen Einstellungen wird dann die gesamte Anordnung über eine mit der Drehmomentübertragungsanordnung 12 verbundene, hier nicht näher dargestellt Feststellbremse gehalten. Der Schwenkwinkel oc wird über eine nicht näher dargestellte Sensorik der Motorsteuereinrichtung erfaßt.

Wie aus Fig. 1 und 2 ersichtlich, besteht die Drehmomentübertragsungsanordnung 12 im wesentlichen aus einem Getriebe 15 und der Stellwelle 11 mit ihren Ritzelelementen 10 und steht in Verbindung mit einem Elektromotor 16, dessen Antriebswelle 17 am Ende mit einem Anlasserritzel 18 versehen ist.

Der Elektromotor kann beispielsweise als konventioneller Anlassermotor ausgebildet und mit einem Schaltmagneten 19 versehen, so daß für den Anlasserbetrieb das Anlasserritzel 18 mit einem Zahnkranz 20 an einem mit der Kurbelwelle verbundenen Schwungrad SR in Eingriff bringbar ist. Der Elektromotor kann auch als Stellmotor ausgebildet sein.

Der Schaltmagnet 19 steht mit einer Motorsteuereinrichtung 21 in Verbindung, über die nicht nur der Schaltmagnet 19 und die Bestromung des Elektromotors 16 sondern auch zugehörige Schaltelemente der Drehmomentübertragungsanordnung 12 schaltbar sind. Bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel ist die Antriebswelle 17 des Elektromotors 16 über eine schematisch angeordnete schaltbare Kupplung/Bremse 22 am Getriebe 15 mit der Stellwelle 11 verbunden.

Die schaltbare Kupplung/Bremse 22 ist so ausgebildet, daß die Stellwelle 11 während des Motorbetriebes jeweils in der durch die Motorsteuerung 21 vorgegebenen Positionierung fixiert ist. Soll das Verdichtungsverhältnis verändert werden, dann wird die Bremse gelöst, so daß über den Elektromotor die Stellwelle 11 verdreht werden kann.

Für den Anlasserbetrieb bleibt die Bremse im Eingriff. Es wird jedoch die Kupplung gelöst und gleichzeitig das Antriebsritzel 18 über den Schaltmagneten 19 mit dem Zahnrad 20 in Eingriff gebracht, so daß der Motor angelassen werden kann.

Eine Bremse kann entfallen, wenn die Drehmomentübertragungsanordnung 12 selbstsperrend ausgebildet ist.

Die in Fig. 3 dargestellte Ausführungsform entspricht in ihrem Grundaufbau der Ausführungsform gem. Fig. 2, so daß gleiche Bauelemente mit den gleichen Bezugszeichen versehen sind.

Der Unterschied der Ausführungsform gem. Fig. 3 besteht im wesentlichen darin, daß das Antriebsritzel 18 über ein Zahnrad 15.1 und eine Nebenwelle 15.2 mit der Drehmomentübertragungsanordnung 12 in Wirkverbindung steht.

Für den Anlasserbetrieb wird über den Schaltmagneten 19 das Ritzel 18 am Zahnrad 15.1 außer Eingriff gebracht und mit dem Zahnkranz 2 0 am Schwungrad SR in Eingriff gebracht. Hierbei bleibt eine Bremse 22 im Eingriff und fixiert die vorgesehene Position.

5 Der vorbeschriebene Stellbetrieb ist in Fig. 4 dargestellt, während der Anlasserbetrieb in Fig. 5 dargestellt ist.

In Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausgestaltung des Stellantriebs schematisch dargestellt. Die Kolbenbrennkraftmaschine mit ihrer Verstellmechanik zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ist in gleicher Weise aufgebaut wie anhand von Fig. 1 beschrieben, so daß auf die Beschreibung hierzu verwiesen werden kann. Der Anlassermotor 16 entspricht in Aufbau und Funktion insbesondere der anhand von Fig. 3 beschriebenen Anordnung.

Der Unterschied besteht hierbei lediglich darin, daß in der Drehmomentübertragungsanordnung 12 ein Schneckengetriebe 23 vorgesehen ist, das im wesentlichen aus einem mit einer Schneckenradverzahnung 23.1 versehen Zahnelement 9.1 am Stellarm 8.1 eines Exzenterringes 3.1 und einer Stellschnecke 23.2 besteht, die quer zur Ausrichtung der Kurbelwelle 1 an der hier nicht näher dargestellten Ölwanne des Motors gelagert ist. Die Stellschnecke 23.2 steht beispielsweise über eine biegsame Welle 24 mit dem Zahnrad 15.1 in Verbindung, das mit dem Anlasserritzel 18 im Eingriff steht, das für den Anlasserbetrieb am Zahnrad 15.1 außer Eingriff und mit dem Schwungrad SR (hier nicht dargestellt) in Eingriff gebracht werden kann.

Das Schneckengetriebe ist selbstsperrend, so daß hier auf die Anordnung einer kuppelbaren Bremse verzichtet werden kann. Das Schneckengetriebe muß jedoch so ausgebildet sein, daß der Eingriffsbereich zwischen der Schnecke 23.2 und dem Schnekkenrad 23.1 spielfrei ist.

Die Anordnung gem. Fig. 6 läßt erkennen, daß die Schwenkbewegung für den Verstellvorgang auch nur über einen Stellarm 8 eingeleitet werden kann, da über die Kurbelwelle 1 alle anderen Exzenterringe 3 mitbewegt werden. Dementsprechend kann auch bei der Verstellanordnung gem. Fig. 1 auf die Anordnung von mehreren Ritzeln 10 auf der Stellwelle 11 verzichtet werden und nur eine ggf. kürzere Stellwelle mit nur einem Ritzel 10 vorgesehen werden.

Der Begriff "Schneckengetriebe" umfaßt statt der vorbeschriebenen Bauform auch eine Anordnung, bei der mit dem Stellarm 8.1 eine Stellmutter verbunden ist, die auf einer der Stellschnecke 23.2 entsprechenden Stellspindel geführt ist; der als Schneckenrad ausgebildete Teile 9.1 am Stellarm 8.1 entfällt dann.

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Die Stellmutter kann am Stellarm über einen Gleitstein angelenkt sein.

In einer anderen Ausfuhrungsform kann statt einer Stellmutter eine verschiebbare Zahnstange vorgesehen sein, die mit einem entsprechenden Zahnelement 9 am Stellarm 8 in Eingriff steht.

Anstelle der in Fig. 6 und 7 dargestellten biegsamen Welle 24 kann das Zahnrad 15.1 als Kegelrad ausgebildet sein und unmittelbar mit einem entsprechenden Kegelrad an der Stellschnecke bzw. der Stellspindel in Eingriff stehen.

Claims (7)

1. Kolbenbrennkraftmaschine mit in Reihe in einem Motorblock angeordneten Zylindern und darin geführten Kolben (6), die über Pleuel (5) mit einer Kurbelwelle (1) verbunden sind, deren Lager (2) in Exzenterringen (3) angeordnet sind, die ihrerseits in Traglagern (4) im Motorblock verdrehbar gelagert sind und von denen zumindest ein Exzenterring (3) mit einem Stellarm (8) verbunden ist, der mit seinem freien Ende über eine Drehmomentübertragungsanordnung (12) in Verbindung steht, die einen ansteuerbaren Elektromotor (16) aufweist, der mit seiner Antriebswelle (17) über eine Schaltanordnung als Anlasser mit einem Zahnrad 20 an der Kurbelwelle (1) oder als Stellantrieb mit der Drehmomentübertragungsanordnung (12) in Wirkverbindung bringbar ist, wobei die Kolbenbrennkraftmaschine eine Motorsteuereinrichtung (21) aufweist, über die der Elektromotor und die Schaltanordnung ansteuerbar sind.

2. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungsanordnung (12) bei Anlasserbetrieb außer Eingriff und mit einem Zahnrad (20) an der Kurbelwelle (1) in Eingriff bringbar ist.

3. Kolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, der Drehmomentübertragungsanordnung (12) eine ansteuerbare Bremseinrichtung (22) zugeordnet ist, die bei einer Betätigung des Elektromotors (16) als Stellantrieb in Los-Stellung bringbar ist.

4. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungsanordnung (12) ein Stirnradgetriebe aufweist.

5. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungsanordnung (12) eine im Motorblock gelagerte Stellwelle (11) aufweist, die wenigstens ein Ritzelelement (10) aufweist, das mit einem Zahnelement (9) am Stellarm (8) in Eingriff steht, und die mit dem Elektromotor (16) in Verbindung steht.

6. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehmomentübertragungsanordnung (12) ein Schneckengetriebe (23) aufweist.

7. Kolbenbrennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehachse der Stellschnecke (23.2) des Schneckengetriebes (23) quer zur Drehachse (14) der Exzenterringe (3) ausgerichtet ist.