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Die Erfindung betrifft einen Fahrzeugmotor mit einem Kurbeltrieb für eine variable Verdichtung.
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Der Kurbeltrieb ist in Form einer Kurbelwelle in herkömmlichen Fahrzeugmotoren in einem Kurbelwellengehäuse derart eingebaut, dass Verlängerungen der Kurbelwelle als Abtriebswellen auf beiden Seiten des Kurbelgehäuses herausragen. Dabei ist eine der herausragenden Verlängerungen der Kurbelwelle eine Abtriebswelle des Kurbelwellengehäuses und dient zum Antrieb für unterschiedliche Fahrzeugmotoraggregate. Das andere aus dem Gehäuse herausragende Ende der Kurbelwelle ist eine weitere Abtriebswelle des Kurbelwellengehäuses und dient zum Antrieb des Fahrzeuggetriebes über eine Kupplung.
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Diese Konstruktion der Kurbelwelle hat den Nachteil, dass über die Kurbelwellenfunktion eine Veränderung des Verdichtungsvolumens während der Fahrt von der Kurbelwelle aus nicht realisiert werden kann.
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Aufgabe der Erfindung ist es, einen Fahrzeugmotor mit einem Kurbeltrieb und mit variabler Verdichtung anzugeben, mit dem eine Änderung der Verdichtung während der Fahrt möglich ist.
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Diese Aufgabe wird mit dem Gegenstand des unabhängigen Anspruchs 1 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung ergeben sich aus den abhängigen Ansprüchen.
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Erfindungsgemäß wird ein Fahrzeugmotor mit einem Kurbeltrieb für eine variable Verdichtung geschaffen. Die Kurbelwelle des Kurbeltriebs ist in Lagerstangen einer Schwinge, die quer zu der Kurbelwelle angeordnet sind, zwischen einem ersten Ende und einem zweiten Ende der Lagerstangen gelagert. Die Lagerstangen sind mit dem ersten Ende in einem Kurbelwellengehäuse drehbar um eine erste Schwingenachse gelagert und mit dem zweiten Ende, in dem Kurbelwellengehäuse bewegbar. Die Kurbelwelle ist über die zweiten Enden der Lagerstangen der Schwinge in Richtung von Verbrennungszylindern auf und ab bewegbar, so dass sich das Verdichtungsvolumen in den Verbrennungszylindern des Fahrzeugmotors ändert.
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Mit diesem Fahrzeugmotor ist der Vorteil verbunden, dass der Wirkungsgrad des Fahrzeugmotors, der wesentlich vom Verdichtungsverhältnis abhängig ist und bisher bei Drosselung des Motors durch Verminderung des Verdichtungsgemisches reduziert ist, nun durch Anheben oder Absenken der Kurbelwelle in Ausrichtung auf die Verbrennungszylinder optimiert werden kann. Damit wird der Wirkungsgrad deutlich gegenüber herkömmlichen Fahrzeugmotoren verbessert und der Kraftstoffverbrauch reduziert, wobei durch die neue Lagerung der Kurbelwelle in den Lagerstangen der Schwinge die Optimierung während der Fahrt und bei laufendem Motor automatisch erfolgen kann.
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In einer Ausführungsform der Erfindung können sich die zweiten Enden der Lagerstangen auf einer in dem Kurbelwellengehäuse gelagerten Exenterwelle abstützen, wobei durch Drehen der Exenterwelle die zweiten Enden der Lagerstangen auf- und ab bewegbar sind. Da die Auf- und Abbewegung der Kurbelwelle nur wenige Millimeter erfordert, ist es möglich eine Exenterwelle parallel zu der Kurbelwelle vorzusehen, auf der sich die zweiten Enden der Lagerstangen abstützen und beim Drehen der Exenterwelle um ihre Achse die zweiten Enden der Lagerstangen eine Auf- und Abbewegung erfahren.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die ersten Enden der Lagerstangen auf einer ersten Schwingenwelle und die zweiten Enden der Lagerstange auf einer zweiten Schwingenwelle fixiert sind. Daraus ergibt sich eine stabile Schwinge aus zwei Wellen, deren Achsen parallel zu der Kurbelwellenachse angeordnet sind und den Lagerstangen, in denen die Kurbelwelle gelagert ist.
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Außerdem ist es vorgesehen, dass die zweite Schwingenwelle an Hubkolbenstangen von Hubkolbenzylindern drehbar gelagert ist und durch Hubkolben auf- und abbewegbar ist. das hat den Vorteil, dass mit Hilfe der Hubkolben die Kurbelwelle hydraulisch in Bezug auf die Verbrennungszylinder angehoben und abgesenkt werden kann, um eine optimale Verdichtung während des Fahrbetriebes zu erreichen.
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In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung weist die Kurbelwelle an mindestens einem Ende einen Zahnkranz auf, der mit einem Zahnkranz einer Abtriebswelle des Kurbelgehäuses kämmt. Die Achse der Abtriebswelle ist dabei fluchtend zu der ersten Schwingenachse angeordnet und ragt seitlich versetzt zu der Kurbelwelle aus dem Kurbelwellengehäuse heraus. Das seitlich versetzte Herausragen der Achse einer Abtriebswelle kann durch Versetzung der Aufhängung des Motors in der Fahrzeugkarosserie ausgeglichen werden.
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Sollen statt nur einem Abtrieb zwei Abtriebe aus dem Kurbelwellengehäuse herausragen, so tragen beide Ende der Kurbelwelle Zahnkränze. Diese Zahnkränze kämmen mit zwei Zahnkränzen von Abtriebswellen, wobei die Achsen der Abtriebswellen zu der ersten Schwingenachse wiederum fluchtend angeordnet sind und seitlich versetzt zu der Kurbelwelle aus dem Kurbelwellengehäuse herausragen. Damit stehen wie bisher zwei einander gegenüberliegende Abtriebswellen für den Anschluss von Fahrzeugmotoraggregaten und den Antrieb des Getriebes zur Verfügung. Die Kurbelwelle kann aufgrund der fluchtenden Anordnung der Abtriebswellen mit der ersten Schwingenwelle gegenüber den Zahnrädern bzw. der ersten Schwingenwelle bei uneingeschränkten Eingriff der sich kämmenden Zahnräder auf den Abtriebswellen und auf den Enden der Kurbelwelle auf- und ab bewegt werden.
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Die Schwinge weist dazu n + 1 Lagerstangen auf, wobei n gleich der Anzahl der Verbrennungszylinderkolben ist. Vorzugsweise ist die Anzahl der Hubkolben gleich der Anzahl der Verbrennungszylinderkolben, so dass für jedes Pleuellager auf der Kurbelwelle ein Hubkolben die Kräfte, die auf ein Pleuellager wirken, aufnimmt. Dazu weisen die Hubkolben Hubkolbenzylinder auf, die über Öldruckbohrungen und Öldruckleitungen an ein elektronisch gesteuertes Magnetventil angeschlossen sind. Über dieses elektronisch steuerbare Magnetventil kann dosiert das Ölvolumen im Hubkolbenzylinder erhöht oder erniedrigt werden, je nachdem um wieviele Millimeter die Kurbelwelle anzuheben oder abzusenken ist.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Abtriebswellen im Bereich der Kurbelwelle aus dem Kurbelwellengehäuse herausragen. Dieses würde einer Motorkonstruktion entsprechen, wie sie herkömmlich üblich ist. Im Kurbelwellengehäuse erfordert dies eine etwas aufwendigere Übertragung der Drehmomente über Zahnräder von der Kurbelwelle über eine Zwischenwelle zu einer Abtriebswelle, die im Bereich der Kurbelwelle aus dem Kurbelwellengehäuse herausragt. Die Abtriebswellen im Bereich der Kurbelwelle weisen deshalb jeweils einen Zahnkranz im Kurbelwellengehäuse auf, der mit jeweils einem Zahnkranz einer Zwischenwelle kämmt, wobei die Achsen der Zwischenwellen mit der ersten Schwingenachse fluchten und wobei die Zwischenwellen jeweils einen zweiten Zahnkranz aufweisen, der mit einem Zahnkranz an den jeweiligen Enden der Kurbelwelle kämmt.
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Der Vorteil dieses Fahrzeugmotors ist, dass er praktisch im Austausch zu herkömmlichen Fahrzeugmotoren in eine Fahrzeugkarosserie eingebaut werden kann. Jedoch ist zu berücksichtigen, dass das Kurbelwellengehäuse aufgrund der Mechanik zum Anheben und Absenken der Kurbelwelle einen etwas größeren Raumbedarf aufweist als bei herkömmlichen Fahrzeugmotoren.
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Weiterhin ist es vorgesehen, dass die Schwingenwellenlager Gleitlager aufweisen und mit der gleichen Technik mit einem Ölfilm versorgt werden, wie es schon bei den Pleuellagern in der Kurbelwelle bekannt ist. Dazu können die Schwingenwellen kraftschlüssig mit den Lagerstangen verbunden sein. Das hat den Vorteil, dass die gesamte Schwinge eine kompakte kraftschlüssig verbundene Struktur aufweist.
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Andererseits ist es auch möglich, die Schwingenwellen formschlüssig mit den Lagerstangen zu verbinden. In dem Fall wird durch den Formschluss die Stabilität der Schwinge nochmals vergrößert.
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In einer alternativen Ausführungsform der Erfindung ist die erste Schwingenwelle in dem Kurbelwellengehäuse durchgehend auf Gleitlagern gelagert und die ersten Enden der Lagerstangen sind mittels Gleitlager drehbar auf der ersten Schwingenwelle gelagert. Damit wird die erste Schwingenwelle nicht nur als konstruktive Struktur der Schwinge selbst eingesetzt, sondern zusätzlich kann sie als eine der aus dem Kurbelgehäuse herausragenden Abtriebswellen genutzt werden. Dabei ragt diese Abtriebswelle als Verlängerung der Schwingenwelle seitlich versetzt zu der Kurbelwellenachse aus dem Kurbelwellengehäuse heraus. Das gegenüberliegende Ende der Kurbelwelle kann genutzt werden, um entweder eine weitere Abtriebswelle ebenfalls seitlich aus dem Kurbelgehäuse herausragen zu lassen oder diese zweite Abtriebswelle im Bereich der Achse der Kurbelwelle aus dem Gehäuse herausragen zu lassen. Dieses ist nur eine Frage der Anzahl der Drehmoment übertragenden Zahnkränze, die am Ende der Kurbelwelle vorzusehen sind, wie es in den vorhergehenden Ausführungsformen bereits erörtert wurde.
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Die Erfindung wird nun anhand der beigefügten Figuren näher erläutert.
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch einen Fahrzeugmotor gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung;
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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3 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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4 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung;
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1 zeigt eine Prinzipskizze eines Querschnitts durch einen Fahrzeugmotor 1 gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung. Dieser Fahrzeugmotor 1 weist einen Kurbeltrieb 2 auf mit einer variablen Verdichtung. Die Kurbelwelle 5 des Kurbeltriebs 2 ist in Lagerstangen 6 einer Schwinge 7, die quer zu der Kurbelwelle 5 angeordnet sind, zwischen einem ersten Ende 8 und einem zweiten Ende 9 der Lagerstangen 6 gelagert. Die Lagerstangen 6 sind mit dem ersten Ende 8 an einem Kurbelwellengehäuse 10 drehbar um eine Schwingenachse 11 gelagert. Mit dem zweiten Ende 9 sind die Lagerstangen 6 an Hubkolbenstangen 12 von Hubkolben 13 mit einer zweiten Schwingenachse 15 in Bezug auf Hubkolbenstangen drehbar gelagert. In den Schwingenachsen 11 und 15 sind Schwingenwellen 16 bzw. 17 parallel zu der Kurbelwelle 5 ausgerichtet. Die Kurbelwelle 5 ist durch die Hubkolben 13 über die Lagerstangen 6 der Schwinge 7 in Richtung der Verbrennungszylinderkolben 19 auf und ab bewegbar, so dass sich das Verdichtungsvolumen 20 in Verbrennungszylindern 18 des Fahrzeugmotors 1 ändert.
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Um beispielsweise die Kurbelwelle 5 in Richtung des Verbrennungszylinderkolbens 19 anzuheben, wird das Ölvolumen in den Hubkolbenzylindern 14 über die Öldruckbohrungen 34 dadurch erhöht, dass ein elektronisch gesteuertes nicht gezeigtes Magnetventil über nicht gezeigte Öldruckleitungen von einem nicht gezeigten elastischen Öldruckspeicher Öl durch die Öldruckbohrungen 34 leitet. Soll hingegen das Verdichtungsvolumen erhöht werden, so kann das Ölvolumen aus den Hubkolbenzylindern 14 über die Öldruckbohrungen 34 durch Öffnen des Magnetventils vermindert werden. Damit ist der Vorteil verbunden, dass der Öldruck in dem elastischen Öldruckspeicher nicht durch eine Öldruckpumpe erzeugt werden muss, sondern der Hubkolben 13 erzeugt einen veränderten Druck in dem Öldruckspeicher bei Veränderung der Motorlast. Bei hoher Motorlast wird der Hubkolben 13 nach unten gedrückt und der Druck in dem Öldruckspeicher wird automatisch erhöht. Bei niedriger Motorlast wird der Hubkolben durch den zuvor im elastischen Öldruckspeicher aufgebauten Druck nach oben gedrückt. Dieser Vorgang wird elektronisch über ein Magnetventil gesteuert, um jeweils die optimale Verdichtung zu erzielen.
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2 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dazu weist die Kurbelwelle 5 an einem Ende 21 einen Zahnkranz 22 auf. Der Zahnkranz 22 kämmt mit dem Zahnkranz 25 einer Abtriebswelle 30, wobei die Achse der Abtriebswelle 30 zu der ersten Schwingenachse 11 fluchtend angeordnet ist und seitlich versetzt zu der Kurbelwelle 5 aus dem Kurbelwellengehäuse 10 herausragt. Eine ähnliche Anordnung befindet sich in dieser Längsseitenansicht auch auf dem zweiten Ende 42 der Kurbelwelle 5. Auch hier ist ein Zahnkranz 26 auf dem Ende der Kurbelwelle 42 angeordnet, der mit einem Zahnkranz 29 einer zweiten Abtriebswelle 32 kämmt, deren Achse 33 mit der ersten Schwingenachse 11 fluchtend ausgerichtet ist, so dass auch diese zweite Abtriebswelle 32 seitlich gegenüber der Kurbelwelle 5 versetzt aus dem Kurbelwellengehäuse 10 herausragt.
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Um zu erreichen, dass wie bei herkömmlichen Fahrzeugmotoren die Abtriebswellen in etwa im Bereich der Kurbelwellenachse aus dem Kurbelwellengehäuse 10 herausragen, sind weitere Zahnräder oder Zahnkränze zur Drehmomentübertragung in den Bereich der Kurbelwelle von dem Bereich der ersten Schwingenachse 11 in den Bereich der Kurbelwelle 5 erforderlich. Dieses zeigt die nächste Figur.
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3 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Dabei sind in dieser Ausführungsform der Erfindung die Abtriebswellen 30 und 32 im Bereich der Kurbelwelle 5 aus dem Kurbelwellengehäuse 10 herausragend angeordnet. Die Abtriebswellen 30 und 32 weisen dazu innerhalb des Kurbelwellengehäuses 10 jeweils einen Zahnkranz 23 bzw. 27 auf, der mit jeweils einem Zahnkranz 24 bzw. 28 einer Zwischenwelle 35 bzw. 36 kämmt. Dabei sind die Achsen 37 und 38 der Zwischenwellen 35 und 36 mit der ersten Schwingenachse 11 fluchtend angeordnet. Die Zwischenwellen 35 und 36 weisen jeweils einen zweiten Zahnkranz 25 bzw. 29 auf, der jeweils mit einem der Zahnkränze 22 bzw. 26 der Enden 21 bzw. 42 der Kurbelwelle 5 kämmt.
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Da in 2 eine Kurbelwelle für einen Vierzylindermotor gezeigt ist, ist die Anzahl der Lagerstangen 6 der Schwinge 7 mit n + 1, also 5, deshalb gewählt, damit jedes Pleuellager 43 von einem Paar der Lagerstangen 6 getragen wird. Für jedes Pleuellager 43 ist unter der zweiten Schwingenwelle 17 ein Hubkolben 13 mit Hubkolbenstange und Hubkolbenzylinder angeordnet, so dass in dieser Ausführungsform der Erfindung vier Hubkolben 13 eingesetzt sind. Die Schwingenwellenlager 39 sind sowohl für die erste Schwingenwelle 16 als auch für die zweite Schwingenwelle 17 als Gleitlager ausgebildet und werden nach dem gleichen Prinzip mit einem Ölfilm versorgt wie die Pleuellager 43 der Kurbelwelle 5.
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Die Schwinge selbst, die aus den beiden Schwingenwellen 16 und 17 sowie den fünf mittig teilbaren Lagerstangen 6 gebildet ist, bildet durch eine kraftschlüssige Verbindung zwischen den Lagerstangen 6 und den Schwingenwellen 16 und 17 eine stabile Konstruktion, die in der Lage ist, die gesamte Kurbelwelle mit Hilfe der Hubkolben 13 anzuheben oder abzusenken.
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4 zeigt eine Prinzipskizze eines Längsschnitts durch ein Kurbelwellengehäuse 10 gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung. Diese Ausführungsform unterscheidet sich von den vorhergehenden dadurch, dass die erste Schwingenwelle 16 nicht mehr kraftschlüssig mit den Lagerstangen 6 verbunden ist, sondern die Lagerstangen 6 sind über Gleitlager 41 in Bezug auf die Schwingwelle 16 drehbar gelagert sind. Auch gegenüber dem Kurbelwellengehäuse 10 ist die erste Schwingenwelle 16 wie bisher mittels Gleitlagern 39 gelagert, so dass sich die Schwingenwelle 16 nun frei drehen kann und seitlich versetzt zur Kurbelwelle nach außen geführt ist und dort eine Abtriebwelle 31 bildet.
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Mit der Abtriebswelle 31 können beispielsweise die Nockenwelle oder andere Aggregate des Kraftfahrzeugmotors über die seitlich herausgeführte drehbare erste Schwingenwelle 16 angetrieben werden. Die Abtriebswelle 32 im Bereich des zweiten Endes 42 der Kurbelwelle 5 wie es 4 zeigt, durch eine Übersetzung mit vier zueinander kämmenden Zahnrädern in dem Bereich der Kurbelwelle 5 aus dem Kurbelwellengehäuse 10 herausgeführt werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Fahrzeugmotor
- 2
- Kurbeltrieb (1. Ausführungsform)
- 3
- Kurbeltrieb (2. Ausführungsform)
- 4
- Kurbeltrieb (3. Ausführungsform)
- 5
- Kurbelwelle
- 6
- Lagerstange
- 7
- Schwinge
- 8
- erstes Ende der Lagerstange
- 9
- zweites Ende der Lagerstange
- 10
- Kurbelwellengehäuse
- 11
- erste Schwingenachse
- 12
- Hubkolbenstange
- 13
- Hubkolben
- 14
- Hubkolbenzylinder
- 15
- zweite Schwingenachse
- 16
- erste Schwingenwelle
- 17
- zweite Schwingenwelle
- 18
- Verbrennungszylinder
- 19
- Verbrennungszylinderkolben
- 20
- Verdichtungsvolumen
- 21
- erstes Ende der Kurbelwelle
- 22
- Zahnkranz am ersten Ende der Kurbelwelle
- 23
- Zahnkranz einer Abtriebswelle am ersten Ende
- 24
- Zahnkranz einer ersten Zwischenwelle
- 25
- Zahnkranz einer ersten Zwischenwelle
- 26
- Zahnkranz am zweiten Ende der Kurbelwelle
- 27
- Zahnkranz einer Abtriebswelle am zweiten Ende
- 28
- Zahnkranz einer zweiten Zwischenwelle
- 29
- Zahnkranz einer zweiten Zwischenwelle
- 30
- erste Abtriebswelle
- 31
- Achse der ersten Abtriebswelle
- 32
- zweite Abtriebswelle
- 33
- Achse der zweiten Abtriebswelle
- 34
- Öldruckbohrung
- 35
- Zwischenwelle
- 36
- Zwischenwelle
- 37
- Achse der Zwischenwelle
- 38
- Achse der Zwischenwelle
- 39
- Schwingenwellenlager (Gleitlager)
- 41
- Gleitlager zwischen erster Schwingenwelle und erstem Ende der Lagerstangen
- 43
- Pleuellager
