DE102009006633A1 - Internal combustion engine with extended expansion stroke and adjustable compression ratio - Google Patents

Internal combustion engine with extended expansion stroke and adjustable compression ratio Download PDF

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    • F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine (1) mit einer Kurbelwelle (6) und einer von der Kurbelwelle (6) angetriebenen Exzenterwelle (12), die zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben (4) der Brennkraftmaschine (1) durch Pleuel (14) und Koppelglieder (19) mit der Kurbelwelle (6) verbunden ist. Um es auf einfache Weise zu ermöglichen, das Verdichtungsverhältnis (ε) im Betrieb der Brennkraftmaschine (1) zu verändern, ist erfindungsgemäß eine Phasenverstelleinrichtung (21) vorgesehen, mit der sich die gegenseitige Phasenbeziehung der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12) verstellen lässt.The invention relates to an internal combustion engine (1) having a crankshaft (6) and an eccentric shaft (12) driven by the crankshaft (6) for prolonging an expansion stroke of pistons (4) of the internal combustion engine (1) by connecting rods (14) and coupling links (19) is connected to the crankshaft (6). In order to make it possible in a simple manner to change the compression ratio (ε) during operation of the internal combustion engine (1), a phase adjustment device (21) is provided according to the invention with which the mutual phase relationship of the crankshaft (6) and the eccentric shaft (12) is adjusted leaves.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.The The invention relates to an internal combustion engine according to the Preamble of claim 1.

Derartige Brennkraftmaschinen sind zum Beispiel aus der US-A-4 517 931 oder aus der EP-A-1 760 289 bekannt und werden häufig als Brennkraftmaschinen mit verlängertem Expansionshub oder wie in der US-A-4 517 931 bzw. der EP-A-1 760 289 als Brennkraftmaschinen mit variablem Kolbenhub (stroke variable engine) bezeichnet, wobei jedoch diese letztere Bezeichnung eigentlich unzutreffend ist, da sich der Kolbenhub der aus der US-A-4 517 931 bzw. der EP-A-1 760 289 bekannten Brennkraftmaschine im Betrieb der Brennkraftmaschine nicht verändern lässt.Such internal combustion engines are for example from US-A-4 517 931 or from the EP-A-1 760 289 are known and often as internal combustion engines with extended expansion stroke or as in the US-A-4 517 931 or the EP-A-1 760 289 referred to as internal combustion engines with variable piston stroke (stroke variable engine), but this latter designation is actually incorrect, since the piston stroke of the US-A-4 517 931 or the EP-A-1 760 289 known internal combustion engine during operation of the internal combustion engine can not change.

Grundsätzlich ist es jedoch nicht nur bei konventionellen Brennkraftmaschinen sondern auch bei Brennkraftmaschinen mit verlängerter Expansion von Vorteil, wenn man das Verdichtungsverhältnis im Betrieb der Brennkraftmaschine verändern oder verstellen kann, weil sich unter anderem durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses bei niedriger und mittlerer Last der Kraftstoffverbrauch verringern lässt. Zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses wurde bereits eine ganze Reihe von möglichen Maßnahmen vorgeschlagen, die jedoch zumeist sehr aufwendig zu realisieren sind.in principle However, it is not only in conventional internal combustion engines but also in internal combustion engines with extended expansion beneficial when considering the compression ratio in operation the engine can change or adjust, because, among other things, by increasing the compression ratio low and medium load reduces fuel consumption. To change the compression ratio has already been quite a number of possible measures proposed, but mostly to realize very expensive are.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass sich das Verdichtungsverhältnis im Betrieb der Brennkraftmaschine auf verhältnismäßig einfache Weise verändern lässt.outgoing This is the object of the invention, an internal combustion engine of the type mentioned above to improve that the compression ratio during operation of the internal combustion engine change in a relatively simple way leaves.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die Brennkraftmaschine eine Phasenverstelleinrichtung umfasst, mit der sich die gegenseitige Phasenbeziehung der Kurbelwelle und der Exzenterwelle bei Bedarf verändern lässt.These The object is achieved according to the invention that the internal combustion engine comprises a phase adjustment device, with which the mutual phase relationship of the crankshaft and the If necessary, the eccentric shaft can be changed.

Der Erfindung liegt die Erkenntnis zugrunde, dass eine Veränderung der Phasenbeziehung der Exzenterwelle und der Kurbelwelle, d. h. eine Veränderung der Phasenlage der Exzenterwelle in Bezug zu derjenigen der Kurbelwelle, zu einer Veränderung der Lage des oberen Totpunkts beim Zünden (ZOT) und damit zu einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses führt, die sich bei Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art mit Vorteil zur gezielten Verstellung des Verdichtungsverhältnisses nutzen lässt.Of the Invention is based on the finding that a change the phase relationship of the eccentric shaft and the crankshaft, d. H. a change in the phase position of the eccentric shaft in relation to that of the crankshaft, to a change in position of the top dead center during ignition (ZOT) and thus to a Change in the compression ratio leads, which in internal combustion engines of the type mentioned with Advantage for targeted adjustment of the compression ratio use.

Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Phasenverstelleinrichtung eine Verstellung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle und der Exzenterwelle in zwei verschiedene Endstellungen gestattet, wodurch der konstruktive Aufwand für die Herstellung der Phasenverstelleinrichtung geringer ist als für eine Verstellung der gegenseitigen Phasenbeziehung in beliebige Stellungen.A preferred embodiment of the invention provides that the phase adjustment a Adjustment of the mutual phase relationship of the crankshaft and allows the eccentric shaft in two different end positions, whereby the design effort for the production of Phase adjustment is less than for an adjustment the mutual phase relationship in any position.

Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung beträgt ein Drehwinkel zwischen den beiden Endstellungen etwa 15 bis 20 Grad und vorzugsweise etwa 17 bis 18 Grad, wodurch sich durch Umschaltung der Phasenverstelleinrichtung zwischen den beiden Endstellungen wahlweise ein Verdichtungsverhältnis ε von etwa 9 bzw. von etwa 12 einstellen lässt.According to one further advantageous embodiment of the invention a rotation angle between the two end positions about 15 to 20 Degrees, and preferably about 17 to 18 degrees, resulting in switching the phase adjustment between the two end positions optionally a compression ratio ε of about 9 or of about 12 can be set.

Eine weitere bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Phasenverstelleinrichtung ein von der Kurbelwelle angetriebenes Antriebselement, ein drehfest mit der Exzenterwelle verbundenes Abtriebselement sowie einen Stellantrieb umfasst, mit dem sich die Phasenbeziehung zwischen dem Antriebselement und dem Abtriebselement verändern lässt.A Another preferred embodiment of the invention provides that the Phase adjusting a driven by the crankshaft Drive element, a non-rotatably connected to the eccentric shaft Output element and an actuator includes, with which the Phase relationship between the drive element and the output element can change.

Der Stellantrieb kann zweckmäßig entweder ein hydraulischer oder elektromechanischer Stellantrieb sein. Ein hydraulischer Stellantrieb wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo eine Phasenverstelleinrichtung in Flügelzellenbauweise verwendet wird, bei der das Antriebselement einen äußeren Rotor und das Abtriebselement einen inneren Rotor umfasst, der mittels des Stellantriebs um ein begrenztes Maß in Bezug zum äußeren Rotor verdrehbar und zweckmäßig in den beiden Endstellung arretierbar ist.Of the Actuator may be appropriate either a hydraulic or electromechanical actuator. A hydraulic actuator is preferably used where a Phasenverstelleinrichtung is used in vane-type construction, in which the drive element an outer rotor and the output element a inner rotor, by means of the actuator by a limited amount in Rotatable relative to the outer rotor and appropriate can be locked in the two end position.

Ein elektromechanischer Stellantrieb wird vorzugsweise dort eingesetzt, wo eine Phasenverstelleinrichtung in Axialkolbenbauweise oder in Form eines Dreiwellengetriebes verwendet wird, das beispielsweise ein Taumelscheibengetriebe, ein Doppel- und/oder Innenexzentergetriebe, ein Zykloidgetriebe oder ein Harmonic-Drive-Getriebe sein kann. In diesem Fall umfasst die Phasenverstelleinrichtung neben der Kurbelwelle bzw. dem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement und der Exzenterwelle bzw. dem mit der Exzenterwelle verbundenen Abtriebselement zweckmäßig ein über eine Stellwelle mit dem Stellantrieb verbundenes Stellorgan, das durch Stromzufuhr zum Stellantrieb verdreht werden kann, um die Phasenbeziehung zwischen der Kurbelwelle und der Exzenterwelle bzw. dem von der Kurbelwelle angetriebenen Antriebselement und dem mit der Exzenterwelle verbundenen Abtriebselement zu verändern.One electromechanical actuator is preferably used there, where a Phasenverstelleinrichtung in axial piston design or in Form of a three-shaft transmission is used, for example a swash plate mechanism, a double and / or inner eccentric gear, a cycloidal or a harmonic drive gear can be. In this case, the phase adjuster is adjacent to the crankshaft or the driven by the crankshaft drive element and the Eccentric shaft or connected to the eccentric shaft output element expedient one with a control shaft the actuator connected actuator, which by supplying power to Actuator can be twisted to the phase relationship between the crankshaft and the eccentric shaft or the crankshaft driven drive element and connected to the eccentric shaft To change the output element.

Um bei einer Viertakt-Brennkraftmaschine zu gewährleisten, dass der Expansions- und Ausstoßhub, d. h. der Kolbenhub beim Expansions- und Ausstoßtakt, größer ist als der Ansaug- und Verdichtungshub, d. h. der Kolbenhub beim Ansaug- und Verdichtungstakt, sieht eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung der Erfindung vor, dass die Kurbelwelle die Exzenterwelle mit einem Untersetzungsverhältnis von 2:1 und mit entgegengesetzter Drehrichtung treibt.In order to ensure a four-stroke internal combustion engine that the expansion and exhaust stroke, ie the piston stroke in the expansion and exhaust stroke, is greater than the intake and compressor tion stroke, ie the piston stroke during the intake and compression stroke, provides a further advantageous embodiment of the invention that the crankshaft drives the eccentric shaft with a reduction ratio of 2: 1 and with opposite direction of rotation.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Es zeigenin the The following is the invention with reference to an illustrated in the drawing Embodiment explained in more detail. Show it

1 eine perspektivische Ansicht von Teilen einer Brennkraftmaschine mit verlängertem Expansionshub und verstellbarem Verdichtungsverhältnis; 1 a perspective view of parts of an internal combustion engine with extended expansion stroke and adjustable compression ratio;

2 eine perspektivische Stirnseitenansicht von wesentlichen, zur Verlängerung des Expansionshubs dienenden Teilen der Brennkraftmaschine aus 1; 2 a perspective end view of essential, serving to extend the expansion stroke parts of the internal combustion engine 1 ;

3 eine teilweise weggeschnittene Stirnseitenansicht der Brennkraftmaschine mit wesentlichen, zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses dienenden Teilen; 3 a partially cut away end view of the internal combustion engine with essential, for the adjustment of the compression ratio serving parts;

4 eine teilweise weggeschnittene Stirnseitenansicht aus der entgegengesetzten Richtung wie 3; 4 a partially cut away end view from the opposite direction as 3 ;

5 eine Darstellung der Verschiebung des oberen Totpunkts der Kolben der Brennkraftmaschine beim Zünden (ZOT) und beim Ladungswechsel (LOT) in Abhängigkeit von einer Phasenverschiebung zwischen der Kurbelwelle und einer Exzenterwelle der Brennkraftmaschine; 5 a representation of the shift of the top dead center of the pistons of the internal combustion engine during ignition (ZOT) and the charge cycle (LOT) in response to a phase shift between the crankshaft and an eccentric shaft of the internal combustion engine;

6 eine Darstellung von Hubkurven der Kolben der Brennkraftmaschine über den Kurbelwinkel bei zwei verschiedenen Verdichtungsverhältnissen. 6 a representation of lift curves of the piston of the internal combustion engine via the crank angle at two different compression ratios.

Die in der Zeichnung nur teilweise dargestellte Viertakt-Brennkraftmaschine 1 weist ein Zylinderkurbelgehäuse 2 mit mehreren Zylindern 3 auf, in denen jeweils ein Kolben 4 auf und ab beweglich ist.The only partially shown in the drawing four-stroke internal combustion engine 1 has a cylinder crankcase 2 with several cylinders 3 on, in each of which a piston 4 is movable up and down.

Wie am besten in 1, 3 und 4 dargestellt, sind die Kolben 4 durch Kolbenpleuel 5 mit einer Kurbelwelle 6 der Brennkraftmaschine 1 verbunden, die in Wellenlagern des Zylin derkurbelgehäuses 2 um eine Drehachse 7 drehbar gelagert ist. Das obere Ende jedes Kolbenpleuels 5 ist gelenkig mit dem zugehörigen Kolben 4 verbunden, während sein unteres gabelförmige Stirnende 8 auf entgegengesetzten Endabschnitten 9 eines Bolzens 10 gelagert ist. Der Bolzen 10 steht in axialer Richtung der Kurbelwelle 6 nach entgegengesetzten Seiten über ein zwischen zwei Schenkel des gabelförmigen Stirnendes 8 des Kolbenpleuels 5 eingreifendes freies Ende eines kurzen Hubarms 11 eines an der Kurbelwelle 6 montierten Koppelgliedes 19 über.How best in 1 . 3 and 4 shown, are the pistons 4 through piston connecting rod 5 with a crankshaft 6 the internal combustion engine 1 connected in the shaft bearings of the cylin derkurbelgehäuses 2 around a rotation axis 7 is rotatably mounted. The upper end of each piston rod 5 is articulated with the associated piston 4 connected while its lower bifurcated frontal end 8th on opposite end sections 9 a bolt 10 is stored. The bolt 10 is in the axial direction of the crankshaft 6 on opposite sides over a between two legs of the forked front end 8th of Kolbenpleuels 5 engaging free end of a short lift arm 11 one on the crankshaft 6 mounted coupling link 19 above.

Im Unterschied zu konventionellen Brennkraftmaschinen, bei denen der Kolbenhub über sämtliche Takte hinweg dieselbe Länge besitzt, ist bei der dargestellten Brennkraftmaschine 1 die Hubhöhe der Kolben 4 während des Expansions- und Ausstoßtaktes länger als während des Ansaug- und Verdichtungstaktes, wie am besten in 6 dargestellt. In dieser Figur zeigt die Kurve KW1 den Kolbenweg von einem der Kolben 4 der Brennkraftmaschine 1 über den Kurbelwinkel der Kurbelwelle 6 bei einem Verdichtungsverhältnis von ε = 9 bezogen auf den Ansaughub, wobei ein Kolbenweg von 0 dem oberen Totpunkt (OT) des Kolbens 5 entspricht.In contrast to conventional internal combustion engines, in which the piston stroke has the same length over all cycles, is in the illustrated internal combustion engine 1 the lifting height of the pistons 4 during the expansion and exhaust stroke longer than during the intake and compression stroke, as best in 6 shown. In this figure, the curve KW1 shows the piston travel of one of the pistons 4 the internal combustion engine 1 over the crank angle of the crankshaft 6 at a compression ratio of ε = 9 with respect to the intake stroke, wherein a piston stroke of 0 is the top dead center (TDC) of the piston 5 equivalent.

Wie aus 6 ersichtlich ist, bewegt sich der Kolben 4 nach der Zündung des Kraftstoff-Luft-Gemischs im Brennraum des Zylinders 3 bei einem Kurbelwinkel von 360 Grad während des Expansions- und Ausstoßtaktes beiderseits des mit VI bezeichneten Bereichs im Zylinder 3 erheblich weiter nach unten als während des der Zündung vorangehenden Ansaug- und Verdichtungstaktes, der sich beiderseits des mit II bezeichneten Bereichs erstreckt. Mit anderen Worten wird der untere Totpunkt (UT) während des Expansions- und Ausstoßtakts nach unten verschoben, wodurch das Verdichtungsverhältnis ε während des Expansions- und Ausstoßtaktes größer als das Verdichtungsverhältnis ε während des Ansaug- und Verdichtungstaktes wird. Dabei ist das Verdichtungsverhältnis in bekannter Weise definiert als

Figure 00040001
wobei Vh das Hubvolumen und Vc das Kompressionsvolumen ist.How out 6 it can be seen, the piston moves 4 after the ignition of the fuel-air mixture in the combustion chamber of the cylinder 3 at a crank angle of 360 degrees during the expansion and exhaust stroke on either side of the area in the cylinder labeled VI 3 significantly further down than during the ignition preceding compression and compression stroke, which extends on either side of the area designated II. In other words, the bottom dead center (UT) is shifted downward during the expansion and exhaust stroke, whereby the compression ratio ε during the expansion and exhaust stroke becomes larger than the compression ratio ε during the intake and compression stroke. The compression ratio is defined in a known manner as
Figure 00040001
where V h is the stroke volume and V c is the compression volume.

Da das Hubvolumen Vh während des Expansions- und Ausstoßtaktes ebenfalls größer als das Hubvolumen Vh während des Ansaug- und Verdichtungstaktes ist, ergeben sich bei der Brennkraftmaschine 1 mit verlängertem Expansionshub unterschiedliche Verdich tungsverhältnisse ε bezogen auf den Expansions- oder Ausdehnungshub und bezogen auf den Ansaughub.Since the stroke volume V h during the expansion and exhaust stroke is also greater than the stroke volume V h during the intake and compression stroke, resulting in the internal combustion engine 1 with extended expansion stroke different compression ratios ε related to the expansion or expansion stroke and based on the intake stroke.

Um die in 6 dargestellte alternierende Kolbenhubkurve KW1 mit verlängerter Expansion zu erhalten, wird der durch die Drehung der Kurbelwelle 6 hervorgerufenen Bewegung der Kolbenpleuel 5 eine zusätzliche Bewegungskomponente überlagert.To the in 6 Obtained shown alternate piston stroke KW1 with extended expansion, which is due to the rotation of the crankshaft 6 caused movement of Kolbenpleuel 5 an additional component of motion superimposed.

Dies erfolgt mit Hilfe einer Exzenterwelle 12, die eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle parallele Drehachse 13 aufweist, neben und unterhalb der Kurbelwelle 6 im Zylinderkurbelgehäuse 2 drehbar gelagert ist und sich mit umgekehrter Drehrichtung wie die Kurbelwelle 6 dreht. Die Exzenterwelle 12 wird einerseits von der Kurbelwelle 6 über ein Zahnraduntersetzungsgetriebe mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle 6 drehend angetrieben und ist andererseits mit der Kurbelwelle 6 über eine der Anzahl der Kolbenpleuel 5 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 14 verbunden, die ungefähr parallel zu den Kolbenpleueln 5 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 6 und der Exzenterwelle 12 etwa in derselben Ebene wie die Kolbenpleuel 5 angeordnet sind.This is done by means of an eccentric shaft 12 one to the axis of rotation 7 the crankshaft parallel axis of rotation 13 has, beside and below the crankshaft 6 in the cylinder crankcase 2 is rotatably mounted and with the reverse direction of rotation like the crankshaft 6 rotates. The eccentric shaft 12 on the one hand by the crankshaft 6 via a gear reducer at half the speed of the crankshaft 6 driven in rotation and on the other hand with the crankshaft 6 over one of the number of Kolbenpleuel 5 corresponding number of Anlenkpleueln 14 connected, which are approximately parallel to the Kolbenpleueln 5 aligned and in the axial direction of the crankshaft 6 and the eccentric shaft 12 approximately in the same plane as the Kolbenpleuel 5 are arranged.

Das Zahnraduntersetzungsgetriebe zum Antreiben der Exzenterwelle 12 umfasst ein erstes, drehfest auf der Kurbelwelle 6 montiertes Zahnrad 15 und ein zweites auf der Exzenterwelle 12 montiertes Zahnrad 16, die miteinander im Zahneingriff stehen. Um das gewünschte Untersetzungsverhältnis von 2:1 zu erzielen, beträgt die Zähnezahl des zweiten Zahnrades 16 das Doppelte der Zähnezahl des ersten Zahnrades 15.The gear reduction gear for driving the eccentric shaft 12 includes a first, rotationally fixed on the crankshaft 6 mounted gear 15 and a second on the eccentric shaft 12 mounted gear 16 meshing with each other. To achieve the desired reduction ratio of 2: 1, the number of teeth of the second gear is 16 twice the number of teeth of the first gear 15 ,

Wie am besten in 3 und 4 dargestellt, ist das untere Ende von jedem Anlenkpleuel 14 schwenkbar auf einem Wellenabschnitt 17 der Exzenterwelle 12 gelagert, der in Bezug zur Drehachse 13 der Exzenterwelle 12 exzentrisch ist. Das obere Ende von jedem Anlenkpleuel 14 greift oberhalb der Exzenterwelle 12 zwischen zwei Schenkel 18 eines gabelförmigen Stirnendes eines zur Seite hin über die Kurbelwelle 6 überstehenden längeren Arms des Koppelgliedes 19 ein, wo es auf einem die Schenkel 18 verbindenden Drehzapfen 20 mit einer zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 6 parallelen Schwenkachse schwenkbar gelagert ist. Die zu den einzelnen Zylindern 3 der Brennkraftmaschine 1 zugehörigen exzentrischen Wellenabschnitte 17 sind in Umfangsrichtung der Exzenterwelle 12 um einen Splitwinkel gegeneinander versetzt, um der Zündfolge der Zylinder 3 Rechnung zu tragen. Dadurch wird erreicht, dass derjenige Zylinder 3, in dem das Kraftstoff/Luft-Gemisch gerade gezündet wird, den Expansionshub länger macht.How best in 3 and 4 is the lower end of each Anlenkpleuel 14 swiveling on a shaft section 17 the eccentric shaft 12 mounted, in relation to the axis of rotation 13 the eccentric shaft 12 is eccentric. The upper end of each Anlenkpleuel 14 engages above the eccentric shaft 12 between two legs 18 a forked front end of a side over the crankshaft 6 protruding longer arm of the coupling member 19 one where it is on one's thighs 18 connecting pivot 20 with one to the axis of rotation 7 the crankshaft 6 is mounted pivotably parallel pivot axis. The to the individual cylinders 3 the internal combustion engine 1 associated eccentric shaft sections 17 are in the circumferential direction of the eccentric shaft 12 offset by a split angle to the firing order of the cylinder 3 Take into account. This ensures that the one cylinder 3 in which the fuel / air mixture is just being ignited, making the expansion stroke longer.

Abgesehen von dem verlängerten Expansionshub kann durch die beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 5 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder 3 während der Drehung der Kurbelwelle 6 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 4 und Zylinderwänden der Zylinder 3 führt und somit auch eine Verbesserung des Wirkungsgrades der Energieübertragung von den Kolben 4 auf die Kurbelwelle 6 zur Folge hat.Apart from the extended expansion stroke can also be the inclination of Kolbenpleuel by the arrangement described 5 in relation to the cylinder axis of the associated cylinder 3 during the rotation of the crankshaft 6 can be reduced, resulting in a reduction of the piston side forces and thus the friction forces between the pistons 4 and cylinder walls of the cylinders 3 leads and thus an improvement in the efficiency of energy transfer from the piston 4 on the crankshaft 6 entails.

Um darüber hinaus auch noch eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ε der Brennkraftmaschine 1 zu ermöglichen, ist zwischen der Kurbelwelle 6 und der Exzenterwelle 12 eine Phasenverstelleinrichtung 21 vorgesehen, mit der sich die Phasenbeziehung zwischen der Exzenterwelle 12 und der Kurbelwelle 6 bzw. die Phasenlage der Exzenterwelle 12 in Bezug zur Kurbelwelle 6 verstellen lässt.In addition, also an adjustment of the compression ratio ε of the internal combustion engine 1 to allow is between the crankshaft 6 and the eccentric shaft 12 a phase adjuster 21 provided with which the phase relationship between the eccentric shaft 12 and the crankshaft 6 or the phase position of the eccentric shaft 12 in relation to the crankshaft 6 can be adjusted.

Bei der in der Zeichnung dargestellten Brennkraftmaschine 1 ist die Phasenverstelleinrichtung 21 in Flügelzellenbauart ausgebildet. Wie am besten in 3 dargestellt, umfasst die Phasenverstelleinrichtung 21 einen hohlen äußeren Rotor 22, der drehfest mit dem Zahnrad 16 verbunden ist, und einen im Inneren des hohlen äußeren Rotors 22 angeordneten inneren Rotor 23, der drehfest mit der Exzenterwelle 12 verbunden ist. Der innere Rotor 23 weist eine Mehrzahl von radial nach außen überstehenden Flügeln 24 auf, die dichtend gegen den inneren Umfang des hohlen äußeren Rotors 22 anliegen, während der äußere Rotor 22 eine Mehrzahl von radial nach innen überstehenden Vorsprüngen 25 aufweist, die dichtend gegen den äußeren Umfang einer Nabe 26 des inneren Rotors 23 anliegen. Auf entgegengesetzten Seiten der Flügel 24 des inneren Rotors 23 werden zwischen diesen und den Vorsprüngen 25 des äußeren Rotors 22 zwei Gruppen von Öldruckkammern 27, 28 begrenzt, in die mittels eines hydraulischen Stellantriebs (nicht dargestellt) Drucköl zugeführt werden kann, um den inneren und äußeren Rotor 23, 22 in Bezug zueinander zwischen zwei Endstellungen zu verdrehen. Die gegenseitige Verdrehung der beiden Rotoren 22, 23 in Bezug zueinander wird in den beiden Endstellungen durch das gegenseitige Anschlagen der Flügel 24 des inneren Rotors 23 und der Vorsprünge 25 des äußeren Rotors 22 begrenzt, wobei der Drehwinkel zwischen den Endstellungen etwa 17 bis 18 Grad beträgt.In the internal combustion engine shown in the drawing 1 is the phase adjuster 21 designed in Flügelzellenbauart. How best in 3 illustrated, includes the phase adjustment 21 a hollow outer rotor 22 , which rotates with the gear 16 is connected, and one inside the hollow outer rotor 22 arranged inner rotor 23 , which rotates with the eccentric shaft 12 connected is. The inner rotor 23 has a plurality of radially outwardly projecting wings 24 on, sealing against the inner circumference of the hollow outer rotor 22 abut while the outer rotor 22 a plurality of radially inwardly protruding projections 25 having, sealing against the outer circumference of a hub 26 of the inner rotor 23 issue. On opposite sides of the wings 24 of the inner rotor 23 be between these and the protrusions 25 the outer rotor 22 two groups of oil pressure chambers 27 . 28 limited, in which by means of a hydraulic actuator (not shown) pressure oil can be supplied to the inner and outer rotor 23 . 22 to rotate in relation to each other between two end positions. The mutual rotation of the two rotors 22 . 23 in relation to each other is in the two end positions by the mutual striking of the wings 24 of the inner rotor 23 and the projections 25 the outer rotor 22 limited, wherein the angle of rotation between the end positions is about 17 to 18 degrees.

Das gegenseitige Verdrehen des inneren und äußeren Rotors 23, 22 durch Zufuhr von Drucköl in eine der beiden Gruppen von Öldruckkammern 27, 28 und die Abfuhr von Drucköl aus der anderen Gruppe von Öldruckkammern 28, 27 führt zu einer Veränderung der Phasenbeziehung zwischen der Exzenterwelle 12 und der Kurbelwelle 6. Dies hat eine Veränderung der Ausrichtung der Anlenkpleuel 14 in Bezug zu den Kolbenpleu eln 5 zur Folge, wodurch sich der obere Totpunkt beim Zünden (ZOT) und der oberen Totpunkt beim Ladungswechsel (LOT) entlang von zwei entgegengesetzt geneigten Kurven verschieben, wie in 5 dargestellt.The mutual rotation of the inner and outer rotor 23 . 22 by supplying pressurized oil into one of the two groups of oil pressure chambers 27 . 28 and the removal of pressure oil from the other group of oil pressure chambers 28 . 27 leads to a change in the phase relationship between the eccentric shaft 12 and the crankshaft 6 , This has a change in the orientation of the Anlenkpleuel 14 in relation to the piston splice 5 As a result, top dead center on ignition (ZOT) and top dead center on charge cycle (LOT) shift along two oppositely inclined curves, as in FIG 5 shown.

Wie man 5 entnehmen kann, ist für eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε bezogen auf den Ansaughub zwischen einem Wert von ε = 9 und einem Wert von ε = 12 eine Veränderung der Phasenlage der Exzenterwelle 12 in Bezug zur Kurbelwelle 6 von etwa 17 bis 18 Grad erforderlich, wobei das Verdichtungsverhältnis ε zunimmt, wenn die Phasenlage der Exzenterwelle 12 in Bezug zur Kurbelwelle 6 in negativer Richtung, d. h. in Richtung eines Nachlaufs der Exzenterwelle 12, verschoben wird, während das Verdichtungsverhältnis ε abnimmt, wenn die Phasenlage der Exzenterwelle 12 in Bezug zur Kurbelwelle 6 in positiver Richtung, d. h. in Richtung eines Vorlaufs der Exzenterwelle 12, verschoben wird.How one 5 For a change in the compression ratio ε relative to the intake stroke between a value of ε = 9 and a value of ε = 12, a change in the phase position of the eccentric shaft can be taken 12 in relation to the crankshaft 6 required by about 17 to 18 degrees, wherein the compression ratio ε increases when the phase angle of the eccentric shaft 12 in relation to the crankshaft 6 in the negative direction, ie in the direction of a caster of the eccentric shaft 12 , postponed is, while the compression ratio ε decreases when the phase angle of the eccentric shaft 12 in relation to the crankshaft 6 in the positive direction, ie in the direction of a forward path of the eccentric shaft 12 , is postponed.

6 zeigt anhand der Kurve KW2 die Auswirkungen einer Phasenverstellung der Exzenterwelle 12 in negativer Richtung um 17 bis 18 Grad ausgehend von der Kolbenhubkurve KW1, die sich bei einem Verdichtungsverhältnis von ε = 9 bezogen auf den Ansaughub ergibt. Wie man durch Vergleich der Kurve KW2 mit der Kurve KW1 sieht, verschiebt sich durch eine solche Verstellung der Kolbenweg am oberen Totpunkt beim Zünden (ZOT) nach oben, wodurch sich an Stelle eines Verdichtungsverhältnisses von ε = 9 (Kurve KW1) ein Verdichtungsverhältnis von ε = 12 (Kurve KW2) bezogen auf den Ansaughub ergibt. 6 shows on the basis of the curve KW2 the effects of a phase adjustment of the eccentric shaft 12 in the negative direction by 17 to 18 degrees, starting from the piston stroke curve KW1, which results at a compression ratio of ε = 9 with respect to the intake stroke. As can be seen by comparison of the curve KW2 with the curve KW1, displaced by such an adjustment, the piston stroke at top dead center during ignition (ZOT) upwards, whereby instead of a compression ratio of ε = 9 (curve KW1) a compression ratio of ε = 12 (curve KW2) with respect to the intake stroke.

Das in 6 ebenfalls sichtbare Absinken des oberen Totpunkts beim Ladungswechsel (LOT) ist für den letzteren lediglich von untergeordneter Bedeutung.This in 6 Visible drops in top dead center during the charge cycle (LOT) are only of secondary importance for the latter.

11
BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22
Zylinderkurbelgehäusecylinder crankcase
33
Zylindercylinder
44
Kolbenpiston
55
KolbenpleuelKolbenpleuel
66
Kurbelwellecrankshaft
77
Drehachse Kurbelwelleaxis of rotation crankshaft
88th
gabelförmiges Stirnende Kolbenpleuelbifurcated Front end plunger
99
Endabschnitte Bolzenend bolt
1010
Bolzenbolt
1111
Hubarmlifting arm
1212
Exzenterwelleeccentric shaft
1313
Drehachse Exzenterwelleaxis of rotation eccentric shaft
1414
UntersetzungsgetriebeReduction gear
1515
Zahnradgear
1616
Zahnradgear
1717
exzentrischer Wellenabschnitteccentric shaft section
1818
Schenkel Koppelarmleg coupling arm
1919
Koppelgliedcoupling member
2020
Schwenkzapfenpivot pin
2121
Phasenverstelleinrichtungphase adjustment
2222
äußerer Rotorouter rotor
2323
innerer Rotorinternal rotor
2424
Flügel innerer Rotorwing inner rotor
2525
Vorsprünge äußerer RotorProjections outside rotor
2626
Nabe innerer Rotorhub inner rotor
2727
ÖldruckkammergruppeOil pressure chamber group
2828
ÖldruckkammergruppeOil pressure chamber group

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Claims (18)

Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle und einer von der Kurbelwelle angetriebenen Exzenterwelle, die zur Verlängerung eines Expansionshubs von Kolben der Brennkraftmaschine durch Pleuel und Koppelglieder mit der Kurbelwelle verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Phasenverstelleinrichtung (21) zur Veränderung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12).Internal combustion engine with a crankshaft and an eccentric shaft driven by the crankshaft, which is connected to the crankshaft for prolonging an expansion stroke of pistons of the internal combustion engine by connecting rods and coupling elements, characterized by a phase adjustment device ( 21 ) for changing the mutual phase relationship of the crankshaft ( 6 ) and the eccentric shaft ( 12 ). Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (21) zwischen der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12) angeordnet ist.Internal combustion engine according to claim 1, characterized in that the phase adjustment device ( 21 ) between the crankshaft ( 6 ) and the eccentric shaft ( 12 ) is arranged. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (21) eine Veränderung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12) zwischen zwei Endstellungen gestattet.Internal combustion engine according to claim 1 or 2, characterized in that the phase adjustment device ( 21 ) a change in the mutual phase relationship of the crankshaft ( 6 ) and the eccentric shaft ( 12 ) between two end positions. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Drehwinkel zwischen den beiden Endstellungen etwa 15 bis 20 Grad und vorzugsweise etwa 17 bis 18 Grad beträgt.Internal combustion engine according to claim 3, characterized that a rotation angle between the two end positions about 15 to 20 degrees and preferably about 17 to 18 degrees. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12) um den Drehwinkel zwischen den beiden Endstellungen eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses (ε) zwischen etwa 9 und etwa 12 bewirkt.Internal combustion engine according to claim 3 or 4, characterized in that the change in the mutual phase relationship of the crankshaft ( 6 ) and the eccentric shaft ( 12 ) causes the rotational angle between the two end positions an adjustment of the compression ratio (ε) between about 9 and about 12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 3 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Veränderung der gegenseitigen Phasenbeziehung der Kurbelwelle (6) und der Exzenterwelle (12) eine Verschiebung des oberen Totpunkts beim Zünden (ZOT) und dadurch eine Verstellung des Verdichtungsverhältnisses (ε) bewirkt.Internal combustion engine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the change in the mutual phase relationship of the crankshaft ( 6 ) and the eccentric shaft ( 12 ) causes a shift of the top dead center during ignition (ZOT) and thereby an adjustment of the compression ratio (ε). Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (21) ein von der Kurbelwelle (6) angetriebenes Antriebselement (22) und ein drehfest mit der Exzenterwelle (12) verbundenes Abtriebselement (23) umfasst.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the phase adjustment device ( 21 ) one of the crankshaft ( 6 ) driven drive element ( 22 ) and a rotationally fixed with the eccentric shaft ( 12 ) connected output element ( 23 ). Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung (21) einen Stellantrieb umfasst.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the phase adjustment device ( 21 ) comprises an actuator. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellantrieb ein hydraulischer oder elektromechanischer Stellantrieb ist.Internal combustion engine according to claim 8, characterized that the actuator is a hydraulic or electromechanical Actuator is. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement einen äußeren Rotor (22) und das Abtriebselement einen inneren Rotor (23) umfasst, der mittels des Stellantriebs um ein begrenztes Maß in Bezug zum äußeren Rotor (22) verdrehbar ist.Internal combustion engine according to one of claims 7 to 9, characterized in that the drive element has an outer rotor ( 22 ) and the output element an inner rotor ( 23 ) which, by means of the actuator, is limited in relation to the outer rotor ( 22 ) is rotatable. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Phasenverstelleinrichtung ein Dreiwellengetriebe umfasst, das neben der Kurbelwelle und der Exzenterwelle eine mit dem Stellantrieb verbundene Stellwelle aufweist.Internal combustion engine according to one of the preceding Claims, characterized in that the phase adjustment includes a three-shaft transmission, in addition to the crankshaft and the eccentric shaft having a control shaft connected to the actuator. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe ein Taumelscheibengetriebe ist.Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that that the three-shaft gear is a swash plate gear. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe ein Doppel- und/oder Innenexzentergetriebe ist.Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that that the three-shaft gear is a double and / or Innenexzentergetriebe is. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe ein Zykloidgetriebe ist.Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that that the three-shaft gear is a cycloidal gear. Brennkraftmaschine nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Dreiwellengetriebe ein Harmonic-Drive-Getriebe ist.Internal combustion engine according to claim 11, characterized in that that the three-shaft transmission is a harmonic drive transmission. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (6) die Exzenterwelle (12) mit einem Untersetzungsverhältnis von 2:1 treibt.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshaft ( 6 ) the eccentric shaft ( 12 ) with a reduction ratio of 2: 1. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (6) die Exzenterwelle (12) mit entgegengesetzter Drehrichtung treibt.Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the crankshaft ( 6 ) the eccentric shaft ( 12 ) with opposite direction of rotation. Brennkraftmaschine nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Expansionshub und ein Ausstoßhub der Kolben (4) größer als ein Ansaug- und Verdichtungshub sindInternal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the expansion stroke and an exhaust stroke of the piston ( 4 ) are greater than a suction and compression stroke
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