EP3267011A1 - Device for changing a compression ratio of a reciprocating piston combustion engine - Google Patents
Device for changing a compression ratio of a reciprocating piston combustion engine Download PDFInfo
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- EP3267011A1 EP3267011A1 EP17172625.0A EP17172625A EP3267011A1 EP 3267011 A1 EP3267011 A1 EP 3267011A1 EP 17172625 A EP17172625 A EP 17172625A EP 3267011 A1 EP3267011 A1 EP 3267011A1
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- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
- F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
- F02B75/00—Other engines
- F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
- F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
Definitions
- the invention relates to a device for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine having the features of the preamble of patent claim 1.
- a variable compression ratio opens up consumption and performance potentials by adapting it to the load condition of the internal combustion engine, which remain unused with a fixed compression ratio.
- crank mechanism has a crankshaft, with both sides rotatably mounted crank pin, each with a connecting rod and a sliding in a cylinder of the reciprocating internal combustion engine arranged piston in Active compound stand. This results in the conversion of the rotational movement of the crankshaft into a bidirectional translational movement of the pistons in the cylinders with a defined lifting height.
- a rotatable, externally toothed eccentric is arranged, with the aid of which the lifting height of the piston adjustable, and the compression ratio is variable.
- an externally toothed first gear is provided for rotating the eccentric, which is rotatably connected axially with a second gear via a shaft arranged parallel to the crankshaft.
- This gear interacts with an internally toothed gear, which is rotatable by a worm.
- a disadvantage of this configuration is a significant weakening of the load-bearing structure of the crankshaft, in particular in the region of the main bearing, by the necessary for Phasenwinkel-, or compression adjustment synchronization transmission from the crankcase to the eccentric bearing shells. This leads to a reduction in the achievable increased efficiency of the internal combustion engine associated with the compression adjustment and to an increase in the frictional losses due to increased bearing diameters, whereby essential parts of the achievable potential are again consumed by the variable compression ratio of the internal combustion engine.
- the reciprocating internal combustion engine has a crank mechanism with a crankshaft with at least one crank pin rotatably mounted on both sides, with a connecting rod and a piston movably movably arranged in a cylinder of the reciprocating internal combustion engine Active connection stands up to the conversion of a rotational movement of the crankshaft in a bidirectional, translational movement of the piston with a defined lifting height.
- a rotatable, externally toothed eccentric is arranged to change the lifting height of the piston, wherein an externally toothed first gear is provided for rotating the eccentric axially parallel with a second gear via a crankshaft and with her circumferentially arranged shaft is rotatably connected, which is arranged on a meshing, rotatable by an actuating element third gear, wherein the shaft is arranged parallel and radially spaced from the crankshaft.
- the object of the present invention is o. G. To avoid disadvantages.
- a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, which acts around the load-bearing crankshaft structures outside and at the same time ensures the necessary speed ratios.
- the rotatably mounted in the crankcase gears (third and fourth gear) move only in the adjustment of the compression ratio, but not constantly due to the rotation of the crankshaft.
- the device itself is stored here to save space rotatably mounted in the crankcase.
- the proposed device according to claim 1 is suitable for a single-cylinder reciprocating internal combustion engine.
- the embodiment according to claim 2 is suitable for a multi-cylinder reciprocating internal combustion engine.
- the embodiment according to claim 3 is particularly compact.
- the drives of the third or fourth gear according to claim 4 are particularly preferred embodiments.
- the arrangement acc. Claim 5 is particularly compact and can be integrated with only minor changes in an existing crankcase.
- the embodiment according to claim 6 is a variant.
- Fig. 1 schematically shows an inventive device for varying a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with two cylinders.
- the reciprocating internal combustion engine has a crank mechanism 1, with a dashed crankshaft 2 with two mutually rotatably mounted crank pins 3, 3 ', each with a connecting rod 4, 4' and one in a cylinder 5, 5 'of the reciprocating internal combustion engine Bidirectionally sliding movably arranged pistons 6, 6 'are in operative connection.
- a crankshaft axis is numbered 2 '. This part of the device is used to convert a rotational movement of the crankshaft 2 in a bidirectional, translational movement of the piston 6, 6 'with a defined lifting height.
- a rotatable, externally toothed eccentric 7, 7 ' is in each case a rotatable, externally toothed eccentric 7, 7 'arranged to change the lifting height of the piston 6, 6'.
- an externally toothed first gear 8 is provided, which is axially connected in rotation with a second gear via a parallel to the crankshaft 2 arranged Weller10.
- the second gear 9 is rotatably connected in this embodiment via the third gear 12 with a fourth gear 13 having a larger outer diameter than the revolving second gear 9.
- the fourth gear 13 is rotatably adjustable in this embodiment via an actuating element 11.
- the third and fourth gear 12, 13 are rotatably mounted in a crankcase of the reciprocating internal combustion engine.
- the eccentric 7 is rotated and thus changes the compression ratio of the internal combustion engine.
- the shaft 10 is arranged parallel to and radially outwardly spaced from the crankshaft 2. In this case, the rotational movement of the crankshaft 2 and the adjusting movement of the fourth gear 13 can take place simultaneously and at different speeds.
- This basic adjustment mechanism or this device for changing the compression ratio of the reciprocating internal combustion engine can be used for a reciprocating internal combustion engine with a cylinder.
- a reciprocating internal combustion engine is shown with two cylinders, engages in the outer toothing of the eccentric 7, a fifth gear 14 which rotatably on a parallel to the crankshaft axis 2 'arranged second Shaft 15 rotatably connected to a sixth gear 14 ', which transmits the adjustment of the fifth gear 14 to an outer toothing of the second eccentric 7'.
- the fourth gear 13 can be omitted and the actuator 11 acts directly on the third gear 12 a.
- Fig. 1 is the second shaft 14 disposed in an axial through hole of the crankshaft 2 coaxial with the crankshaft 2, which allows a very space-saving design.
- the third or fourth gear 12, 13 may be rotated by the actuator 11 via a seventh gear or a rack or a worm or a slider.
- Fig. 2 shows a device for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with six cylinders.
- the two middle cylinders again show the same kinematics as Fig. 1 however, adjacent to the two middle cylinders on each side there are two further non-numbered cylinders with the same crank mechanism, each having a drive-through with a second shaft 15, for varying the compression ratio of the four other non-numbered cylinders.
- the cylinder 6 of the reciprocating internal combustion engine a high compression 16 and the cylinder 6 'has a low compression 17.
- Fig. 3 schematically shows an end view of the inventive device for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine for a specific embodiment, as shown in the FIGS. 1 and 2 can be used.
- the gears have the following numbers of teeth: Eccentric 7: 55 teeth First gear 8: 15 teeth Second gear 9 36 teeth Third gear 12: 66 teeth Fourth gear 13: 148 teeth
- the directions of rotation of the individual gears to a larger compression ratio out are indicated schematically by arrows.
- the cylinder direction is upwards, d. H. in the direction of the crank pin, and the eccentric third
- Fig. 4 shows schematically an end view of a device according to the invention for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine for a second specific embodiment. It essentially applies to Fig. 3 said, but in this second embodiment between the first gear 8 and the fifth gear 14, an intermediate gear 19 is arranged, which consists in this embodiment of only a single gear.
- Fig. 5 shows a technical embodiment of the inventive device for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine.
- the crankshaft 2 and a crankcase are not shown.
- Fig. 5 are three storage rollers 20 for the fourth gear 13 can be seen, with which the fourth gear 13 is rotatably mounted radially outwardly relative to the crankcase of the reciprocating internal combustion engine.
- three storage rollers 20 are provided for a statically determined storage.
- Fig. 5 is the device Space-saving between two cylinders 5, 5 'of the reciprocating internal combustion engine arranged, whereby they can be integrated into an existing crankcase without much rework.
- crank pin connected in series sliding bearing can be even lower than that of an original Hubzapfenschleitlager from the prior art, namely, if the sum of the two bearing clearance can remain greater than that of the original one sliding bearing (the friction is proportional to the relative speed squared divided by the bearing clearance).
- a valve lift adjustment device eg BMW Valvetronic
- a variable compression ratio with a variable valve train, for example, from the German patent application DE 10 2006 015 887 A1 known.
- the numbers of teeth are chosen so that the bearing shell (eccentric 7) with the desired speed around the crank pin 3 of the crankshaft 2 rotates.
- the adjusting wheel (fourth gear 13) is stationary, the phase angle of the rotation and thus the compression of the reciprocating internal combustion engine remain constant.
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Abstract
Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Kurbeltrieb mit einer Kurbelwelle mit zumindest einem beiderseits drehbeweglich gelagerten Hubzapfen, der mit einem Pleuel und einem in einem Zylinder der Hubkolben-Brennkraftmaschine schiebebeweglich angeordneten Kolben in Wirkverbindung steht, zur Wandlung einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle in eine bidirektionale, translatorische Bewegung des Kolbens mit einer definierten Hubhöhe, wobei zwischen dem Hubzapfen und einem Pleuelauge des Pleuels ein drehbeweglicher, außenverzahnter Exzenter angeordnet ist zur Veränderung der Hubhöhe des Kolbens, wobei zur Verdrehung des Exzenters ein außenverzahntes erstes Zahnrad vorgesehen ist, das axial mit einem zweiten Zahnrad über eine zur Kurbelwelle parallel angeordnete Welle drehfest verbunden ist, welches auf einem, von einem Stellelement verdrehbaren dritten Zahnrad kämmend angeordnet ist, wobei die Welle parallel und radial beabstandet zu einer Drehachse der Kurbelwelle angeordnet ist.Device for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with a crank mechanism with a crankshaft with at least one both sides rotatably mounted crank pin, which is operatively connected to a connecting rod and a piston in a cylinder of the reciprocating internal combustion engine piston arranged to convert a rotational movement of the crankshaft in a bidirectional, translational movement of the piston with a defined lifting height, between the crank pin and a connecting rod of the connecting rod a rotatable externally toothed eccentric is arranged to change the lifting height of the piston, wherein an externally toothed first gear is provided for rotating the eccentric, the axially is rotatably connected to a second gear via a shaft arranged parallel to the crankshaft, which is arranged on a, rotatable by an actuating element third gear meshing, wherein the shaft parallel and radia l is arranged spaced from a rotational axis of the crankshaft.
Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann die Vorrichtung platzsparend, ohne große Veränderungen in ein herkömmliches Kurbelgehäuse integriert werden. Due to the inventive design, the device can be integrated to save space, without major changes in a conventional crankcase.
Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.The invention relates to a device for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine having the features of the preamble of patent claim 1.
Ein variables Verdichtungsverhältnis erschließt Verbrauchs- und Leistungspotentiale durch Anpassung desselben an den Lastzustand der Brennkraftmaschine, die bei einem unveränderlichen Verdichtungsverhältnis ungenutzt bleiben.A variable compression ratio opens up consumption and performance potentials by adapting it to the load condition of the internal combustion engine, which remain unused with a fixed compression ratio.
Bekannt ist auch die Verwendung einer exzentrischen Lagerschale im großen Pleuelauge zur Darstellung eines variablen Verdichtungsverhältnisses oder Kompressionsverhältnisses, die mit halber Kurbelwellendrehzahl gleichsinnig umläuft. Das Verdichtungsverhältnis ist dann durch die Verstellung des Phasenwinkels der Lagerschale einstellbar.Also known is the use of an eccentric bearing shell in the large connecting rod to represent a variable compression ratio or compression ratio, which rotates in the same direction at half crankshaft speed. The compression ratio is then adjustable by adjusting the phase angle of the bearing shell.
Aus der
Nachteilig bei dieser Ausgestaltung ist eine wesentliche Schwächung der lasttragenden Struktur der Kurbelwelle, insbesondere im Bereich der Hauptlager, durch das zur Phasenwinkel-, oder Verdichtungsverstellung notwendige Synchronisationsgetriebe vom Kurbelgehäuse zu den exzentrischen Lagerschalen. Dies führt zu einer Reduzierung der mit der Verdichtungsverstellung verbundenen erreichbaren erhöhten Leistungsfähigkeit der Brennkraftmaschine und zu einer Erhöhung der Reibverluste durch vergrößerte Lagerdurchmesser, wodurch wesentliche Teile des erreichbaren Potentials durch das variable Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine wieder aufgezehrt werden.A disadvantage of this configuration is a significant weakening of the load-bearing structure of the crankshaft, in particular in the region of the main bearing, by the necessary for Phasenwinkel-, or compression adjustment synchronization transmission from the crankcase to the eccentric bearing shells. This leads to a reduction in the achievable increased efficiency of the internal combustion engine associated with the compression adjustment and to an increase in the frictional losses due to increased bearing diameters, whereby essential parts of the achievable potential are again consumed by the variable compression ratio of the internal combustion engine.
Weiter ist aus der europäischen Patentanmeldung
Nachteilig an dieser Ausgestaltung ist die stirnseitige Verstellung des Kompressionsverhältnisses, die viel Bauraum benötigt. Ferner lässt sich diese Vorrichtung nicht in ein bestehendes Kurbelgehäuse integrieren.A disadvantage of this configuration is the frontal adjustment of the compression ratio, which requires a lot of space. Furthermore, this device can not be integrated into an existing crankcase.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteile zu vermeiden.The object of the present invention is o. G. To avoid disadvantages.
Diese Aufgabe wird durch das Merkmal im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.This object is achieved by the feature in the characterizing part of patent claim 1.
Es wird erfindungsgemäß eine Vorrichtung (ein Synchronisationsgetriebe) zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgeschlagen, welche um die lasttragenden Kurbelwellenstrukturen außen herum agiert und gleichzeitig die notwendigen Drehzahlverhältnisse sicherstellt. Hierbei bewegen sich die im Kurbelgehäuse drehbar gelagerten Zahnräder (drittes und viertes Zahnrad) nur bei der Verstellung des Kompressionsverhältnisses, nicht jedoch ständig aufgrund der Drehung der Kurbelwelle. Die Vorrichtung selber ist hierbei Platz sparend drehbar im Kurbelgehäuse gelagert.It is inventively proposed a device (a synchronization gear) for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, which acts around the load-bearing crankshaft structures outside and at the same time ensures the necessary speed ratios. Here, the rotatably mounted in the crankcase gears (third and fourth gear) move only in the adjustment of the compression ratio, but not constantly due to the rotation of the crankshaft. The device itself is stored here to save space rotatably mounted in the crankcase.
Die nach Patentanspruch 1 vorgeschlagene Vorrichtung ist geeignet für eine Einzylinder-Hubkolben-Brennkraftmaschine.The proposed device according to claim 1 is suitable for a single-cylinder reciprocating internal combustion engine.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 2 ist für eine mehrzylindrige Hubkolben-Brennkraftmaschine geeignet.The embodiment according to
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 3 baut besonders kompakt.The embodiment according to
Die Antriebe des dritten oder vierten Zahnrades gemäß Patentanspruch 4 sind besonders bevorzugte Ausführungsbeispiele.The drives of the third or fourth gear according to
Die Anordnung gem. Patentanspruch 5 baut besonders kompakt und kann mit nur geringen Änderungen in ein vorhandenes Kurbelgehäuse integriert werden.The arrangement acc.
Die Ausgestaltung gemäß Patentanspruch 6 ist eine Ausführungsvariante.The embodiment according to
Im Folgenden ist die Erfindung anhand von drei Ausführungsbeispielen in fünf Figuren näher erläutert.
- Fig. 1
- zeigt schematisch eine erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern.
- Fig. 2
- zeigt schematisch eine zweite erfindungsgemäße Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit sechs Zylindern.
- Fig. 3
- zeigt schematisch eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine für ein erstes konkretes Ausführungsbeispiel.
- Fig. 4
- zeigt schematisch eine Stirnansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine für ein zweites konkretes Ausführungsbeispiel.
- Fig. 5
- zeigt eine technische Ausführung der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses einer Hubkolben-Brennkraftmaschine, wobei die Kurbelwelle nicht dargestellt ist.
- Fig. 1
- schematically shows a device according to the invention for varying a compression ratio for a reciprocating internal combustion engine with two cylinders.
- Fig. 2
- schematically shows a second device according to the invention for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with six cylinders.
- Fig. 3
- schematically shows an end view of a device according to the invention for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine for a first specific embodiment.
- Fig. 4
- shows schematically an end view of a device according to the invention for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine for a second specific embodiment.
- Fig. 5
- shows a technical embodiment of the inventive device for varying the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine, wherein the crankshaft is not shown.
Im Folgenden gelten für gleiche Bauelemente in den
Als Verdichtungsverhältnis ε bezeichnet man das Verhältnis eines gesamten Zylinderraumes einer Brennkraftmaschine vor der Verdichtung zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung.
- VH = Hubraum (Kolbenhub * Kolbenfläche)
- VK = Kompressionsvolumen
- V H = displacement (piston stroke * piston area)
- V K = compression volume
Die Hubkolben-Brennkraftmaschine weist einen Kurbeltrieb 1 auf, mit einer gestrichelt dargestellten Kurbelwelle 2 mit zwei beiderseits drehbeweglich gelagerten Hubzapfen 3, 3', die jeweils mit einem Pleuel 4, 4' und jeweils einem in einem Zylinder 5, 5' der Hubkolben-Brennkraftmaschine bidirektional schiebebeweglich angeordneten Kolben 6, 6' in Wirkverbindung stehen. Eine Kurbelwellenachse ist mit 2' beziffert. Dieser Teil der Vorrichtung dient zur Wandlung einer rotatorischen Bewegung der Kurbelwelle 2 in eine bidirektionale, translatorische Bewegung der Kolben 6, 6' mit einer definierten Hubhöhe. Zwischen den Hubzapfen 3, 3' und nicht bezifferten Pleuelaugen der Pleuel 4, 4' ist jeweils ein drehbeweglicher, außen verzahnter Exzenter 7, 7' angeordnet zur Veränderung der Hubhöhe der Kolben 6, 6'. Zum Verdrehen des Exzenters 7 ist ein außen verzahntes erstes Zahnrad 8 vorgesehen, das axial mit einem zweiten Zahnrad über eine zur Kurbelwelle 2 parallel angeordnete Weller10 drehfest verbunden ist. Das zweite Zahnrad 9 ist in diesem Ausführungsbeispiel über das dritte Zahnrad 12 drehfest mit einem vierten Zahnrad 13 verbunden, welches einen größeren Außendurchmesser aufweist als das umlaufende zweite Zahnrad 9. Das vierte Zahnrad 13 ist in diesem Ausführungsbeispiel über ein Stellelement 11 drehbeweglich verstellbar. Das dritte und vierte Zahnrad 12, 13 sind drehbar in einem Kurbelgehäuse der Hubkolben-Brennkraftmaschine gelagert. Durch die Verstellung des vierten Zahnrades 13 wird, wie bereits gesagt, der Exzenter 7 verdreht und somit das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine verändert. Erfindungsgemäß ist die Welle 10 parallel und radial nach außen beabstandet zur Kurbelwelle 2 angeordnet. Dabei kann die Drehbewegung der Kurbelwelle 2 und die Verstellbewegung des vierten Zahnrades 13 gleichzeitig und unterschiedlich schnell erfolgen.The reciprocating internal combustion engine has a crank mechanism 1, with a
Dieser grundsätzliche Verstellmechanismus bzw. diese Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses der Hubkolben-Brennkraftmaschine kann für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einem Zylinder Verwendung finden.This basic adjustment mechanism or this device for changing the compression ratio of the reciprocating internal combustion engine can be used for a reciprocating internal combustion engine with a cylinder.
Da jedoch im vorliegenden Ausführungsbeispiel eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit zwei Zylindern dargestellt ist, greift in die Außenverzahnung des Exzenters 7 ein fünftes Zahnrad 14 ein, welches drehfest über eine parallel zur Kurbelwellenachse 2' angeordnete zweite Welle 15 drehfest mit einem sechsten Zahnrad 14' verbunden ist, welche die Verstellbewegung des fünften Zahnrades 14 auf eine Außenverzahnung des zweiten Exzenters 7' überträgt.However, since in the present embodiment, a reciprocating internal combustion engine is shown with two cylinders, engages in the outer toothing of the eccentric 7, a
In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann das vierte Zahnrad 13 entfallen und das Stellelement 11 wirkt direkt auf das dritte Zahnrad 12 ein.In a further embodiment, the
In dem Ausführungsbeispiel in
In dem in
Die Drehrichtungen der einzelnen Zahnräder zu einem größeren Kompressionsverhältnis hin sind durch Pfeile schematisch eingezeichnet. Die Zylinderrichtung ist dabei nach oben, d. h. in Richtung des Hubzapfens, bzw. des Exzenters 3.The directions of rotation of the individual gears to a larger compression ratio out are indicated schematically by arrows. The cylinder direction is upwards, d. H. in the direction of the crank pin, and the eccentric third
Die Drehrichtungen der einzelnen Zahnräder zu einem größeren Kompressionsverhältnis hin sind wiederum durch Pfeile schematisch eingezeichnet.The directions of rotation of the individual gears to a larger compression ratio are again shown schematically by arrows.
Mit anderen Worten, zusammengefasst gesagt:In other words, in summary:
Es wird somit ein Synchronisationsgetriebe vorgeschlagen, welches um die lasttragenden Kurbelwellenstrukturen außen herum agiert und die notwendigen Drehzahlverhältnisse sicherstellt. Hierbei bewegen sich die in dem Kurbelgehäuse gelagerten Zahnräder 12, 13 nur während der Verstellung des Kompressionsverhältnisses, nicht jedoch ständig aufgrund der Drehung der Kurbelwelle 2. Zwischen zwei Kröpfungen der Kurbelwelle erfolgt die Synchronisation durch die Mitte des Grundlagerzapfens der Kurbelwelle 2, da dieser ohnehin oft hohl ist, da an dieser Stelle der Kurbelwelle kaum eine Last übertragen wird.It is thus proposed a synchronization gear, which acts around the load-bearing crankshaft structures outside and ensures the necessary speed ratios. Here, the mounted in the crankcase gears 12, 13 move only during the adjustment of the compression ratio, but not constantly due to the rotation of the
Somit ist ein System vorgeschlagen, welches keine Reibungsnachteile durch einen größeren Kurbelwellendurchmesser generiert.Thus, a system is proposed which generates no friction disadvantages by a larger crankshaft diameter.
Bei geeigneter Dimensionierung der Gleitlager innen und außen an der exzentrischen Lagerschale (Breite x Durchmesser3 sind innen und außen in etwa gleich), drehen sich diese von selbst mit der halben Kurbelwellendrehzahl, so dass im Mittel keine Antriebsenergie anfällt. Die Summe der Reibung der in diesen beiden je Hubzapfen in Reihe geschalteten Gleitlager kann sogar geringer sein, als das eine ursprüngliche Hubzapfengleitlager aus dem Stand der Technik, sofern nämlich die Summe der beiden Lagerspiele größer bleiben kann als das des ursprünglichen einen Gleitlagers (die Reibleistung ist proportional zur Relativdrehzahl im Quadrat geteilt durch das Lagerspiel).With a suitable dimensioning of the plain bearings inside and outside on the eccentric bearing shell (width x diameter 3 are approximately the same inside and outside), these rotate by themselves with half the crankshaft speed, so that on average no drive energy is obtained. The sum of the friction of the two in each case crank pin connected in series sliding bearing can be even lower than that of an original Hubzapfenschleitlager from the prior art, namely, if the sum of the two bearing clearance can remain greater than that of the original one sliding bearing (the friction is proportional to the relative speed squared divided by the bearing clearance).
Da die Stellung des kurbelgehäuseseitigen Stellelements 11 eindeutig das eingestellte Kompressionsverhältnis wiederspiegelt (im Unterschied zu bekannten Systemen, die nur einen Anschlag aufweisen und das System sich unter den wirkenden Kräften selbst verstellen kann), kann eine Ventilhubverstellvorrichtung (z. B. BMW Valvetronic) eine mechanische Koppelung von Ventilhub oder Phasenwinkel des Ventilhubs mit dem Verdichtungsverhältnis erfolgen. Ein Beispiel für die Kombination von einem variablen Verdichtungsverhältnis mit einem variablen Ventiltrieb ist beispielsweise aus der deutschen Offenlegungsschrift
Somit werden erfindungsgemäß Verbrauchsvorteile zu üblichen Hubkolben-Brennkraftmaschinen mit bauraumkonformer Technologie bei sehr geringer Verstellenergie erschlossen. Weiter ist eine maximale Nutzung des Potentials des variablen Verdichtungsverhältnisses durch direkte, kontinuierliche sowie schnelle Einstellbarkeit erzielt.Thus, according to the invention, consumption advantages for conventional reciprocating internal combustion engines with space-conforming technology are developed at very low adjustment energy. Further, maximum utilization of the potential of the variable compression ratio is achieved by direct, continuous and quick adjustability.
Es wird weiter ein Stellantrieb zwischen zwei Zylindern 5, 5' vorgeschlagen, bestehend aus einem verdrehbaren, zwecks Montage um die einstückige Kurbelwelle 2 geteilten Stellrad (viertes Zahnrad 13), das z. B. mittels Lagerungsrollen 20 im Kurbelgehäuse gelagert ist, siehe
Mit dessen inneren Zahnrad (drittes Zahnrad 12) kämmt ein Zahnrad (zweites Zahnrad 9) einer in der Kurbelwelle 2 gelagerten, umlaufenden Abnehmerwelle (Welle 10), während deren zweites Zahnrad (erstes Zahnrad 8) in die Verzahnung der einzustellenden Lagerschale (Exzenter 7) eingreift und somit direkt auf eine der miteinander synchronisierten Lagerschalen (Exzenter 7, zweiter Exzenter 7') drehzahl- und phasenstellend wirkt.With its inner gear (third gear 12) meshes a gear (second gear 9) mounted in the
Die Zähnezahlen sind so gewählt, dass die Lagerschale (Exzenter 7) mit der gewünschten Geschwindigkeit um den Hubzapfen 3 der Kurbelwelle 2 rotiert. Bei stehendem Stellrad (viertes Zahnrad 13) bleibt der Phasenwinkel der Rotation und somit die Verdichtung der Hubkolben-Brennkraftmaschine konstant.The numbers of teeth are chosen so that the bearing shell (eccentric 7) with the desired speed around the
Diese kann durch Verdrehen desselben, z.B. mittels eines Schneckentriebs und eines darauf wirkenden Stellmotors, im Kurbelgehäuse eingestellt werden. Damit ergibt sich ein eindeutiger Zusammenhang zwischen dem Winkel des Stellrades (viertes Zahnrad 13) im Kurbelgehäuse und der eingestellten Verdichtung.This can be adjusted by turning the same, for example by means of a worm drive and a servomotor acting on it, in the crankcase. This results in a clear relationship between the angle of the setting wheel (fourth gear 13) in the crankcase and the set compression.
- 1.1.
- Kurbeltriebcrankshaft
- 2.Second
- Kurbelwellecrankshaft
- 2'2 '
- Kurbelwellenachsecrankshaft axis
- 3.Third
- Hubzapfencrank pins
- 3'3 '
- zweiter Hubzapfensecond crankpin
- 4.4th
- Pleuelpleuel
- 4'4 '
- zweites Pleuelsecond connecting rod
- 5.5th
- Zylindercylinder
- 5'5 '
- zweiter Zylindersecond cylinder
- 6.6th
- Kolbenpiston
- 6'6 '
- zweiter Kolbensecond piston
- 7.7th
- Exzentereccentric
- 7'7 '
- zweiter Exzentersecond eccentric
- 8.8th.
- erstes Zahnradfirst gear
- 9.9th
- zweites Zahnradsecond gear
- 10.10th
- Wellewave
- 11.11th
- Stellelementactuator
- 12.12th
- drittes Zahnradthird gear
- 13.13th
- viertes Zahnradfourth gear
- 14.14th
- fünftes Zahnradfifth gear
- 14'14 '
- sechstes Zahnradsixth gear
- 15.15th
- zweite Wellesecond wave
- 16.16th
- hohe Verdichtunghigh compression
- 17.17th
- niedrige Verdichtunglow compression
- 18.18th
- KurbelwellenhauptlagerMain bearing
- 19.19th
- Zwischengetriebeintermediate gear
- 20.20th
- LagerungsrolleLagerungsrolle
Claims (6)
dadurch gekennzeichnet, dass das vierte Zahnrad (13) in einem Innenraum eines Kurbelgehäuse der Hubkolben-Brennkraftmaschine drehbar gelagert ist.Device for modifying a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with a crank mechanism (1) with a crankshaft (2) with at least one crank pin (3) rotatably mounted on both sides and connected to a connecting rod (4) and a cylinder (5) of the piston piston Internal combustion engine sliding movably arranged piston (6) is in operative connection, for converting a rotational movement of the crankshaft (2) in a bidirectional, translational movement of the piston (6) with a defined lifting height, wherein between the crank pin (3) and a connecting rod eye of the connecting rod ( 4) a rotatable, externally toothed eccentric (7) is arranged to change the lifting height of the piston (6), wherein the rotation of the eccentric (7) an externally toothed first gear (8) is provided which axially with a second gear (9) via one to the crankshaft (2) arranged in parallel shaft (10) is rotatably connected, which on one of a control element (11) rotatable d ritten toothed wheel (12) is arranged, wherein the shaft (10) parallel and radially outwardly spaced to a rotation axis crankshaft (2) is arranged, wherein a fourth gear (13) is provided, which is non-rotatably connected to the third gear (12), wherein the fourth gear (13) has a larger outer diameter than the third gear (12) and the fourth gear (13) of the adjusting element (11) is rotatable,
characterized in that the fourth gear (13) is rotatably mounted in an interior of a crankcase of the reciprocating internal combustion engine.
dadurch gekennzeichnet, dass zur Verdrehung des zweiten Exzenters (7') ein außenverzahntes fünftes Zahnrad (14) vorgesehen ist, das axial mit einem sechsten Zahnrad (14') über eine zur Kurbelwelle parallel angeordnete zweite Welle (15) drehfest verbunden ist, wobei das sechste Zahnrad (13) mit dem außenverzahnten Exzenter (7) in Wirkverbindung ist.Device according to claim 1, wherein the crankshaft (2) has a second crank pin (3 ') which is connected to a second connecting rod (4') and a second piston (6 ') movably movably arranged in a second cylinder (5') of the reciprocating piston engine. ) is in operative connection, for converting the rotational movement of the crankshaft (2) into a bidirectional, translational movement of the second piston (6 ') with a defined lifting height, wherein between the second crank pin (3') and a second connecting rod eye of the second connecting rod ( 4 ') a rotatable, externally toothed second eccentric (7') is arranged to change the lifting height of the second piston (6 '),
characterized in that for the rotation of the second eccentric (7 ') an externally toothed fifth gear (14) is provided, which is rotatably connected to a sixth gear (14') via a parallel to the crankshaft second shaft (15), wherein the sixth gear (13) with the externally toothed eccentric (7) is in operative connection.
dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Welle (15) in einer axialen Durchgangsbohrung der Kurbelwelle (2) koaxial zur Kurbelwelle (2) angeordnet ist.Device according to claim 2,
characterized in that the second shaft (15) in an axial through hole of the crankshaft (2) is arranged coaxially with the crankshaft (2).
dadurch gekennzeichnet, dass das dritte oder das vierte Zahnrad (12, 13) von dem Stellelement (11) über ein siebtes Zahnrad oder eine Zahnstange oder eine Schnecke oder einen Schieber verdrehbar ist.Device according to one of the claims 1 to 3,
characterized in that the third or the fourth gear (12, 13) of the adjusting element (11) via a seventh gear or a rack or a worm or a slider is rotatable.
dadurch gekennzeichnet, dass das Stellelement (11) und das dritte Zahnrad (12) und das vierte Zahnrad (13) zwischen dem ersten Zylinder (5) und dem zweiten Zylinder (5') angeordnet sind.Device according to one of the claims 2 to 4,
characterized in that the actuator (11) and the third gear (12) and the fourth gear (13) between the first cylinder (5) and the second cylinder (5 ') are arranged.
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem ersten Zahnrad 8 und dem fünften Zahnrad 14 ein Zwischengetriebe 19 angeordnet ist.Device according to one of the claims 1 to 5,
characterized in that between the first gear 8 and the fifth gear 14, an intermediate gear 19 is arranged.
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