DE102011103685A1

DE102011103685A1 - Internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011103685A1
Application number: DE201110103685
Authority: DE
Inventors: Oswald Friedmann
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2010-06-21
Filing date: 2011-06-09
Publication date: 2011-12-22
Also published as: DE112011102077A5; CN102947619A; WO2011160619A1; CN102947619B

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine bestehend aus mehreren Teileinheiten mit jeweils parallel zueinander angeordneten Kurbelwellenteilen, an denen jeweils zumindest ein Kolben mittels eines Pleuels auf einer Kröpfung des Kurbelwellenteils aufgenommen ist, wobei eine erste Teileinheit während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent betrieben und zumindest eine zweite Teileinheit abschaltbar ist. Um die Kurbelwellenteile der Teileinheiten spielfrei miteinander koppeln und eine Abkoppelung unter Verzicht auf zwischen den Kurbelwellenteilen angeordneten Kupplungen durchführen zu können, sind die Kurbelwellenteile mittels einer ersten Pleuelstange und einer mittels Anlenkhebeln um einen vorgegebenen Winkel um deren Drehachsen versetzt zur ersten angeordneten zweiten Pleuelstange, die auf jeweils einem Hubzapfen der Kurbelwellenteile verdrehbar aufgenommen sind, miteinander zwangsgekoppelt und die Teileinheiten voneinander durch Verlagerung eines Hubzapfens koaxial zu einer Drehachse des diesem Hubzapfen zugeordneten Kurbelwellenteils drehentkoppelbar vorgesehen.The invention relates to an internal combustion engine consisting of several sub-units, each with crankshaft parts arranged parallel to one another, on each of which at least one piston is accommodated by means of a connecting rod on a crank of the crankshaft part, a first sub-unit being operated permanently during operation of the internal combustion engine and at least one second sub-unit being switched off is. In order to be able to couple the crankshaft parts of the sub-units with one another without play and to be able to decouple them without the need for clutches arranged between the crankshaft parts, the crankshaft parts are offset by means of a first connecting rod and one by means of linkage levers by a predetermined angle about their axes of rotation to the first, second connecting rod, which is on each crank pin of the crankshaft parts are rotatably received, forcibly coupled to one another and the sub-units are provided rotatably decoupled from one another by shifting a crank pin coaxially to an axis of rotation of the crankshaft part assigned to this crank pin.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine bestehend aus mehreren Teileinheiten mit jeweils parallel zueinander angeordneten Kurbelwellenteilen, an denen jeweils zumindest ein Kolben mittels eines Pleuels auf einer Kröpfung des Kurbelwellenteils aufgenommen ist, wobei eine erste Teileinheit während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent betrieben und zumindest eine zweite Teileinheit abschaltbar ist.The invention relates to an internal combustion engine comprising a plurality of subunits each having crankshaft parts arranged parallel to one another, on each of which at least one piston is received on a crank of the crankshaft part by means of a connecting rod, a first subunit being permanently operated during operation of the internal combustion engine and at least one second subunit being able to be switched off is.

Brennkraftmaschinen setzen chemisch durch Verbrennung von im Treibstoff gespeicherte Energie in kinetische Energie um, indem in einer Hubkolben-Brennkraftmaschine an einer Kurbelwelse mittels Pleueln aufgenommene Kolben nach dem Zwei- oder Viertaktprinzip unter Verdrehung der Kurbelwelle in den Zylindern auf- und ab bewegt werden. Insbesondere in Kraftfahrzeugen müssen Brennkraftmaschinen einen breiten Leistungsbereich aufweisen, um die Leistungsanforderungen verschiedener Betriebsarten wie Fahrten in der Stadt, Überland- und Autobahnfahrten abdecken zu können. Dabei sind die meisten Brennkraftmaschinen für eine durchschnittliche Leistungsanforderung überdimensioniert und werden daher bei einem verschlechterten Wirkungsrad betrieben, der einen erhöhten Treibstoffbedarf zur Folge hat. Um den Wirkungsgrad im Teillastbereich zu verbessern, wird vorgeschlagen, einzelne Zylinder der Brennkraftmaschine abzuschalten, das heißt, nicht zu befeuern, indem keine Treibstoffzuführung in diese Zylinder erfolgt und die Ventile zur Steuerung des Gaswechsels geöffnet werden. In derartigen Ausführungsformen müssen die Pleuel und Kolben der abgeschalteten Zylinder unter entsprechendem Energieaufwand Weiterbetrieben werden, so dass der Wirkungsgrad derartiger Brennkraftmaschinen noch verbessert werden kann.Internal combustion engines chemically convert into kinetic energy by combustion of energy stored in the fuel by reciprocating pistons, which are received in a reciprocating internal combustion engine on a crankshaft by means of connecting rods, up and down in accordance with the two- or four-stroke principle while rotating the crankshaft in the cylinders. In particular, in motor vehicles, internal combustion engines must have a wide power range to cover the power requirements of various modes such as city driving, overland and highway driving. Most internal combustion engines are oversized for an average power requirement and are therefore operated at a degraded rate of effect resulting in increased fuel demand. In order to improve the efficiency in the partial load range, it is proposed to disable individual cylinders of the internal combustion engine, that is, not to fuel by no fuel supply into these cylinders and the valves are opened to control the gas exchange. In such embodiments, the connecting rods and pistons of the deactivated cylinders must continue to be operated with a corresponding expenditure of energy, so that the efficiency of such internal combustion engines can be improved even further.

Zur weiteren Erhöhung des Wirkungsgrads ist aus der DE 31 45 381 A1 eine Hubkolben-Brennkraftmaschine bekannt, die in zwei Teileinheiten unterteilt ist, die jeweils einen Teil der Arbeitszylinder der Brennkraftmaschine enthalten, deren Pleuel und Kolben mit einem Kurbeiwellenteil verbunden sind. Die Kurbelwellenteile der beiden Teileinheiten sind mittels einer Kupplung miteinander koppelbar, so dass unter Volllast und geschlossener Kupplung beide Teileinheiten kombiniert werden und im Teillastbereich eine Teileinheit durch Öffnen der Kupplung abgekoppelt wird. Die Abkoppelung erfolgt mittels einer Axialverlagerung der abkoppelbaren Teileinheit, wobei deren Kurbelwellenteil sowie die Pleuel auf den Kurbelwellenkröpfungen in axialen Loslagern gelagert werden müssen. Dabei muss für eine exakte Positionierung der Kurbelwelle gegenüber dem Gehäuse der Brennkraftmaschine und der Pleuel auf dieser gegenüber den in dem Gehäuse laufenden Kolben gesorgt werden. Die Zu- und Abschaltung der beiden Teileinheiten der Brennkraftmaschine wird mittels einer Vorrichtung zur Axialverschiebung erzielt, die unter Volllast mit zusätzlicher Energie betrieben werden muss, die wiederum den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine verschlechtert.To further increase the efficiency is from the DE 31 45 381 A1 a reciprocating internal combustion engine is known, which is divided into two subunits, each containing a part of the working cylinder of the internal combustion engine, the connecting rods and pistons are connected to a Kurbeiwellenteil. The crankshaft parts of the two subunits can be coupled to one another by means of a clutch, so that under full load and closed clutch both subunits are combined and in the part load range a subunit is decoupled by opening the clutch. The decoupling takes place by means of an axial displacement of the decoupled subunit, wherein the crankshaft part and the connecting rod on the crankshaft cranks must be stored in axial movable bearings. It must be provided for an exact positioning of the crankshaft relative to the housing of the internal combustion engine and the connecting rod on this opposite the piston running in the housing. The connection and disconnection of the two subunits of the internal combustion engine is achieved by means of a device for axial displacement, which must be operated at full load with additional energy, which in turn degrades the efficiency of the internal combustion engine.

Aus der nicht vorveröffentlichten deutschen Patentanmeldung Nr. 10 2010 012 279.3 ist im Weiteren eine Brennkraftmaschine bekannt, bei der zwei Teileinheiten mit Kurbelwellenteilen ausgebildet sind, die miteinander formschlüssig mittels einer Linearführung verbindbar sind. Eine Abkoppelung der Teileinheiten voneinander erfolgt aus einem bei einem Vollbetriebszustand beider Teileinheiten mit einer koaxialen Anordnung der Kurbelwellenteile und einem durch einen gegenüber der gemeinsamen Drehachse um einen vorgegebenen Hub radial verlagerten Formschluss der Linearführung durch radiales Verlagern des Kurbelwellenteils der abzuschaltenden Teileinheit. Die Verlagerung des Kurbelwellenteils gegenüber dem anderen Kurbelwellenteil erfolgt an eine Position, bei der der Formschluss der Linearführung in die Drehachse der verbleibenden antreibenden Teileinheit verlagert ist, so dass der Hub der Linearführung gegenüber der Drehachse zu Null wird und kein Drehmoment über die Linearführung übertragen wird und die radial verlagerte Teileinheit daher abgeschaltet ist. Diese Kinematik kann für Brennkraftmaschinen mit parallel zueinander angeordneten Kurbelwellenteilen nicht angewendet werden.From the not pre-published German Patent Application No. 10 2010 012 279.3 In addition, an internal combustion engine is known, in which two subunits are formed with crankshaft parts which can be positively connected to one another by means of a linear guide. A decoupling of the subunits from each other takes place from a in a full operating state of both subunits with a coaxial arrangement of the crankshaft parts and by a relation to the common axis of rotation radially displaced by a predetermined stroke positive engagement of the linear guide by radially displacing the crankshaft part of the disconnected subunit. The displacement of the crankshaft part relative to the other crankshaft part takes place at a position in which the positive locking of the linear guide is displaced in the axis of rotation of the remaining driving subunit, so that the stroke of the linear guide relative to the axis of rotation is zero and no torque is transmitted through the linear guide and the radially displaced subunit is therefore switched off. This kinematics can not be applied to internal combustion engines with crankshaft parts arranged parallel to one another.

Aufgabe der Erfindung ist daher, eine aus mehreren Teileinheiten mit parallel angeordneten Kurbelwellenteilen bestehende Brennkraftmaschine vorzuschlagen, in der unter Verzicht auf die Verwendung von Reibungskupplungen eine Verbindung zwischen den Kurbelwellenteilen vorgesehen ist, die eine Abschaltung zumindest einer Teileinheit ermöglicht.The object of the invention is therefore to propose an existing of several subunits with parallel crankshaft parts internal combustion engine in which waiving the use of friction clutches a connection between the crankshaft parts is provided, which allows a shutdown of at least one subunit.

Die Aufgabe wird durch eine Brennkraftmaschine bestehend aus mehreren Teileinheiten mit jeweils parallel zueinander angeordneten Kurbelwellenteilen, an denen jeweils zumindest ein Kolben mittels eines Pleuels auf einer Kröpfung des Kurbelwellenteils aufgenommen ist, gelöst, wobei eine erste Teileinheit während des Betriebs der Brennkraftmaschine permanent betrieben und zumindest eine zweite Teileinheit abschaltbar ist, die Kurbelwellenteile mittels einer ersten Pleuelstange und einer mittels Anlenkhebeln um einen vorgegebenen Winkel um deren Drehachsen versetzt zur ersten angeordneten zweiten Pleuelstange, die auf jeweils einem Hubzapfen der Kurbelwellenteile verdrehbar aufgenommen sind, miteinander zwangsgekoppelt sind und die Teileinheiten voneinander durch Verlagerung eines Hubzapfens koaxial zu einer Drehachse des diesem Hubzapfen zugeordneten Kurbelwellenteils drehentkoppelbar sind.The object is achieved by an internal combustion engine comprising a plurality of subunits each having crankshaft parts arranged parallel to one another, on each of which at least one piston is received on a crank of the crankshaft part by means of a connecting rod, a first subunit being permanently operated during operation of the internal combustion engine and at least one second subunit is switched off, the crankshaft parts by means of a first connecting rod and by means of articulation levers about a predetermined angle about the axes of rotation offset from the first arranged second connecting rod, which are rotatably received on a respective crank pin of the crankshaft parts, forcibly coupled together and the subunits from each other by shifting a Hubzapfens coaxial with a rotational axis of the crank pin associated with this crankshaft part are dreautkoppelbar.

Die bezüglich ihrer Kurbelwellenteile parallel angeordneten Teileinheiten können eine reihen- oder V-förmige Anordnung der Zylinder aufweisen. Bei einer Anordnung der Zylinder in V-Form können zwei Pleuel auf einer Kröpfung der Kurbelwellenteile vorgesehen sein. Die Brennkraftmaschine kann nach dem Diesel- oder Otto-Prinzip ausgebildet sein und über mittels Nockenwellen oder einzeln gesteuerte Ventile zum Gasaustausch verfügen. Pro Teileinheit können zwei bis sechs Zylinder vorgesehen sein. The partial units arranged in parallel with respect to their crankshaft parts may have a row or V-shaped arrangement of the cylinders. In an arrangement of the cylinder in V-shape, two connecting rods may be provided on a crank of the crankshaft parts. The internal combustion engine may be designed according to the diesel or petrol principle and have gas exchange via camshafts or individually controlled valves. Each subunit can have two to six cylinders.

Durch die Koppelung der Kurbelwellenteile mittels zweier Pleuelstangen wird beispielsweise gegenüber der Verwendung von Zahnrädern oder Ketten ein besonders geringes Umfangsspiel zwischen den Kurbelwellenteilen erzielt. Um den Totpunkt und einer bezüglich der Drehrichtung unbestimmten Position bei lediglich einer zwischen den Kurbelwellenteilen vorgesehenen Pleuelstange bei in Linie zu den Drehachsen angeordneten Hubzapfen wird die zweite Pleuelstange bezogen auf die Drehachse der Kurbelwellenteile winkelversetzt angeordnet, die bei der genannten Position der ersten Pleuelstange die Drehrichtung und Drehmomentübertragung fortsetzt. Hierbei kann ein Winkelversatz größer 0° vorgesehen werden. Es hat sich allerdings wegen des vorteilhaften Krafthebels als vorteilhaft erwiesen, wenn die Pleuelstangen in Umfangsrichtung um die Drehachsen um 90° versetzt sind. Dabei greifen die Anlenkhebel der zweiten Pleuelstange einerseits an den Hubzapfen der Kurbelwellenteile und andererseits jeweils an einem Ende der Pleuelstange verdrehbar an. Die Länge der Anlenkhebel bestimmt dabei den Winkelversatz der beiden Pleuelstangen gegeneinander.By coupling the crankshaft parts by means of two connecting rods, for example, compared to the use of gears or chains a particularly small circumferential clearance between the crankshaft parts is achieved. To the dead center and a position indeterminate with respect to the direction of rotation with only one connecting rod provided between the crankshaft connecting rods arranged in line with the axes of rotation crank pin, the second connecting rod is arranged angularly offset with respect to the axis of rotation of the crankshaft parts, at the said position of the first connecting rod, the direction of rotation and Torque transmission continues. In this case, an angle offset greater than 0 ° can be provided. However, it has proved to be advantageous because of the advantageous power lever, when the connecting rods are offset in the circumferential direction about the axes of rotation by 90 °. In this case, engage the lever of the second connecting rod on the one hand to the crank pin of the crankshaft parts and on the other hand in each case rotatably at one end of the connecting rod. The length of the linkage determines the angular offset of the two connecting rods against each other.

Zur Abkoppelung beziehungsweise Abschaltung einer Teileinheit wird dabei der verlagerbare Hubzapfen eines Kurbelwellenteils in koaxiale Position dessen Drehachse gebracht, so dass der Hubzapfen keinen Drehantrieb der Pleuelstangen ausübt und damit die beiden durch die Pleuelstangen zwangsgekoppelten Teileinheiten voneinander abgekoppelt werden. Es kann daher eine Teileinheit Weiterbetrieben werden, während die andere abgeschaltet wird. Zur Vermeidung einer Verzwängung der Pleuelstangen werden diese während einer Verlagerung des Hubzapfens auf einem konstanten effektiven Achsabstand geführt. Dies bedeutet, dass eine Verlagerung des Hubzapfens auf einer um die Drehachse des anderen Kurbelwellenteils gezogenen Kreisbahn erfolgt. Der auf dem einen Kurbelwellenteil angeordnete verlagerbare Hubzapfen wird also nicht linear von seiner dem Hub des Hubzapfens des anderen Kurbelwellenteils während des Betriebs beider Teileinheiten entsprechenden Hubposition in die Position der Drehachse des Kurbelwellenteils verlagert sondern auf einer Kreisbahn um die Drehachse des anderen Kurbelwellenteils auf diese Weise bleibt der effektive Achsabstand während einer Verlagerung des Hubzapfens erhalten und es kann ein Abschalten einer Teileinheit kontinuierlich bei laufender Brennkraftmaschine erfolgen.To decouple or shutdown of a subunit of the movable crankpin of a crankshaft part is brought in a coaxial position whose axis of rotation, so that the crank pin does not rotate the connecting rods and thus the two forcibly coupled by the connecting rods subunits are decoupled from each other. Therefore, one subunit can be continued while the other is shut down. To avoid a Verzwängung the connecting rods they are guided during a displacement of the crank pin at a constant effective center distance. This means that a displacement of the crank pin takes place on a drawn around the axis of rotation of the other crankshaft part circular path. The displaceable crankpin arranged on one crankshaft part is therefore not displaced linearly from its stroke position corresponding to the stroke of the crankpin of the other crankshaft part during the operation of both subunits to the position of the rotational axis of the crankshaft part but remains in this way on a circular path about the rotational axis of the other crankshaft part the effective center distance obtained during a displacement of the crank pin and it can be done a shutdown of a subunit continuously while the internal combustion engine.

Gemäß dem erfinderischen Gedanken erfolgt die Verlagerung des verlagerbaren Hubzapfens mittels einer Linearführung, bei der ein Führungsteil fest an dem Kurbelwellenteil und ein Gleitschieber, der den Hubzapfen enthält, linear verlagerbar in dem Führungsteil aufgenommen ist. Zur Ausnutzung der Corioliskraft beim Ankoppeln der abgekoppelten Teileinheit kann der Gleitschieber bei abgeschalteter Teileinheit einen Schwerpunkt außerhalb der Drehachse deren Kurbelwellenteils aufweisen. Hierzu kann der Gleitschieber an dem dem Hubzapfen gegenüberliegenden Ende eine Zusatzmasse aufweisen. Während einer Rückverlagerung des Hubzapfens aus der Position der Drehachse in die beabstandete Position erfährt hierbei die radial außen liegende Zusatzmasse des Gleitschiebers infolge der einsetzenden Drehbewegung der Linearführung eine Drehbeschleunigung im Sinne einer Pirouette, so dass diese aus dem sich verringernden Radius des Masseteils gebildete Moment der Hubzapfenverlagerung zunutze kommt und die Verlagerungskraft wie Aktorkraft verringert wird.According to the inventive concept, the displacement of the displaceable crank pin takes place by means of a linear guide, in which a guide member is fixedly received on the crankshaft part and a slide, which contains the crankpin, linearly displaceable in the guide member. To utilize the Coriolis force when coupling the decoupled subunit of the slide can have switched off subunit a focus outside the axis of rotation of the crankshaft part. For this purpose, the slide can have an additional mass at the end opposite the crank pin. During a return displacement of the crank pin from the position of the axis of rotation in the spaced position in this case learns the radially outer additional mass of the slider as a result of the onset of rotation of the linear guide a spin in the sense of a pirouette, so that this formed from the decreasing radius of the mass part torque of Hubzapfenverlagerung benefits and relocating power such as actuator power is reduced.

Die Verlagerung des Hubzapfens in der Linearführung erfolgt längs einer Kreisbahn. Hierzu kann die Verlagerung des Hubzapfens mittels eines verdrehbar an einem Gelenk zwischen einem Anlenkhebel und der zweiten Pleuelstange verdrehbar aufgenommenen Schwenkhebels vorgesehen sein. Eine kreisbogenförmige Anlenkung des Gelenks durch den Schwenkhebel verursacht eine entsprechende Ausrichtung des um einen sich entlang der Kreisbahn verlagernden Drehpunkt drehenden Gelenks. Durch diese Ausrichtung des Gelenks auf die Kreisbahn um die Drehachse des anderen Kurbelwellenteils wird durch die ansonsten festgelegte Bewegungskinematik der beiden Pleuelstangen, Anlenkhebel und Hubzapfen der verlagerbare Hubzapfen durch Verlagerung des Gleitschiebers im Führungsteil verlagert.The displacement of the crank pin in the linear guide takes place along a circular path. For this purpose, the displacement of the crank pin can be provided by means of a rotatably received at a joint between an articulation lever and the second connecting rod rotatably received pivot lever. An arcuate articulation of the joint by the pivot lever causes a corresponding orientation of the pivoting around the circular path rotating pivot joint. As a result of this orientation of the joint on the circular path about the axis of rotation of the other crankshaft part, the displaceable crank pin is displaced by displacement of the sliding slide in the guide part due to the otherwise defined movement kinematics of the two connecting rods, articulation levers and crank pins.

In vorteilhafter Weise wird der verlagerbare Hubzapfen mittels eines Aktors, beispielsweise eines elektrischen oder hydraulischen Aktors verlagert. Hierbei kann der Schwenkhebel zur Ausführung einer Drehbewegung entlang der Kreisbahn in einer Führungskulisse geführt werden. Die Führungskulisse kann in ein Gehäuse integriert oder an diesem befestigt sein. Alternativ kann in dem Gehäuse ein Drehlager integriert oder an diesem befestigt sein, das koaxial zu der Drehachse des den nicht verlagerbaren Hubzapfen aufweisenden Kurbelwellenteils angeordnet ist. An dem Drehlager ist der Schwenkarm verdrehbar angeordnet und wird von dem Aktor in der vorgegebenen Kreisbahn angetrieben.Advantageously, the displaceable crank pin is displaced by means of an actuator, for example an electric or hydraulic actuator. Here, the pivot lever can be performed to perform a rotational movement along the circular path in a guide slot. The guide slot can be integrated into a housing or attached to this. Alternatively, a rotary bearing can be integrated in or attached to the housing, which is arranged coaxially to the axis of rotation of the non-displaceable crank pin having crankshaft part. At the pivot bearing of the pivot arm is rotatably arranged and is driven by the actuator in the predetermined circular path.

Um während einer Abschaltung einer Teileinheit eine Bewegung der Pleuelstangen zu vermeiden, hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn der verlagerbare Hubzapfen der ersten Teileinheit zugeordnet ist. Da der verlagerbare Hubzapfen in diesem Fall der permanent betriebenen Teileinheit zugeordnet ist und zur Abschaltung der anderen Teileinheit(en) koaxial zur Drehachse dessen Kurbelwellenteils verlagert wird, wird auf die Pleuelstangen kein Moment mehr übertragen und diese stehen ebenfalls still. Soll in einem hierzu alternativen Ausführungsbeispiel eine Beschleunigung der Massen der Pleuelstangen vermieden werden, können diese permanent bei abgeschalteter oder abgeschalteten Teileinheit(en) angetrieben werden. Hierzu ist der verlagerbare Hubzapfen an der abschaltbaren Teileinheit angeordnet, so dass bei einer koaxialen Ausrichtung des Hubzapfens auf die Drehachse des Kurbelwellenteils der abschaltbaren Teileinheit eine Drehmomentübertragung an diesem Ort unterbunden wird, während die Pleuelstangen durch den Hubzapfen des Kurbelwellenteils der permanent laufenden Teileinheit angetrieben bleiben.To avoid movement of the connecting rods during shutdown of a subunit, It has proven to be advantageous if the displaceable crank pin is assigned to the first subunit. Since the displaceable crank pin is assigned to the permanently operated subunit in this case and is shifted coaxially to the axis of rotation of the crankshaft part for switching off the other subunit (s), no moment is transmitted to the connecting rods and these are also stationary. If an acceleration of the masses of the connecting rods is to be avoided in an alternative embodiment for this purpose, they can be permanently driven when the subunit (s) are switched off or switched off. For this purpose, the displaceable crank pin is arranged on the turn-off subunit, so that in a coaxial alignment of the crank pin on the axis of rotation of the crank shaft part of the turn-off subunit torque transmission is inhibited at this location, while the connecting rods remain driven by the crankpin of the crankshaft part of the permanently running subunit.

Es versteht sich, dass die beschriebenen Abschaltvorgänge einer oder mehrerer Teileinheiten in umgekehrter Weise auch für die Zuschaltvorgänge gelten, indem der verlagerbare Hubzapfen aus seiner koaxialen Position zu der Drehachse des zugeordneten Kurbelwellenteils in die Hubposition entsprechend dem Hub des anderen, fest an dessen Kurbelwellenteil angeordneten Hubzapfens verlagert wird.It is understood that the described shutdown of one or more sub-units apply in the reverse manner for the Zuschaltvorgänge by the displaceable crank pin from its coaxial position to the axis of rotation of the associated crankshaft part in the stroke position corresponding to the stroke of the other, fixedly arranged on the crankshaft part of the crank pin is relocated.

Die Pleuelstangen können einteilig ausgebildet sein, indem deren Augen auf einem axial geteilten Kurbelwellenteil beziehungsweise zumindest axial geteilten Hubzapfen angeordnet sind. Alternativ können geteilte Pleuelstangen vorgesehen sein, die an einem oder beiden Augen geteilt wie gecrackt sind, so dass diese auf einem einteiligen Kurbelwellenteil beziehungsweise dessen Hubzapfen montiert werden können.The connecting rods may be integrally formed by their eyes are arranged on an axially split crankshaft part or at least axially split crank pin. Alternatively, split connecting rods may be provided which are split at one or both eyes as cracked so that they can be mounted on a one-piece crankshaft part or its crank pin.

Für die meisten Anwendungsfälle sind Brennkraftmaschinen mit zwei Teileinheiten ausreichend, bei denen eine Teileinheit einen verlagerbaren Hubzapfen aufweist, so dass eine Teileinheit im Energiesparmodus abschaltbar ist. Insbesondere bei Ausführungsbeispielen mit vielen Zylindern kann es vorteilhaft sein, mehrere Teileinheiten vorzusehen, von denen eine oder mehrere abschaltbar sind oder eine oder mehrere Teileinheiten permanent betrieben werden. Beispielsweise kann eine von drei Teileinheiten permanent betrieben sein, wobei diese einen verlagerbaren Hubzapfen aufweiset, an dem jeweils ein Pendelstangenpaar für die beabstandet zu dieser angeordneten Teileinheiten verdrehbar aufgenommen sind. Zusätzlich kann entsprechend der deutschen Patentanmeldung 10 2010 012 279.3 eine oder mehrere Teileinheiten ein geteiltes Kurbelwellenteil aufweisen, wobei ein entsprechendes Unterteil radial verlagerbar gegenüber einem mit den Pleuelstangen verbundenen Restteil ist.For most applications, internal combustion engines with two subunits are sufficient, in which a subunit has a displaceable crank pin, so that a subunit can be switched off in energy-saving mode. In particular, in embodiments with many cylinders, it may be advantageous to provide a plurality of subunits, one or more of which can be switched off or one or more subunits are permanently operated. For example, one of three sub-units can be operated permanently, wherein this has a displaceable crank pin, on each of which a pair of pendulum rods for the spaced apart from this arranged subunits are rotatably received. In addition, according to the German patent application 10 2010 012 279.3 one or more subunits having a split crankshaft part, wherein a corresponding lower part is radially displaceable relative to a connected to the connecting rods residual part.

Die Erfindung wird anhand des in den 1 und 2 gezeigten Ausführungsbeispiels näher erläutert. Dabei zeigen:The invention is based on the in the 1 and 2 shown embodiment explained in more detail. Showing:

1 eine Schrägansicht einer schematisch dargestellten Brennkraftmaschine mit parallel zueinander angeordneten Teileinheiten und 1 an oblique view of a schematically illustrated internal combustion engine with mutually parallel subunits and

2 eine Aufsicht auf die Brennkraftmaschine der 1. 2 a view of the internal combustion engine of the 1 ,

Die 1 und 2 zeigen schematische Ansichten der Brennkraftmaschine 1 mit den beiden Teileinheiten 2, 3 aus unterschiedlichen Blickwinkeln. Die Teileinheiten 2, 3 sind in einem gemeinsamen Gehäuse 4 aufgenommen und weisen parallel zueinander angeordnete, gekröpfte Kurbelwellenteile 5, 6 auf, an denen mittels Pleueln 7 jeweils zwei Kolben 8 zur Bildung eines vierzylindrigen Hubkolbenmotors angeordnet sind.The 1 and 2 show schematic views of the internal combustion engine 1 with the two subunits 2 . 3 from different angles. The subunits 2 . 3 are in a common housing 4 recorded and have parallel, cranked crankshaft parts 5 . 6 on, where by means of connecting rods 7 two pistons each 8th are arranged to form a four-cylinder reciprocating engine.

Die beiden Kurbelwellenteile 5, 6 sind mittels der Koppeleinrichtung 9 zwangsgekoppelt. Hierzu enthält die Koppeleinrichtung 9 zwei Pleuelstangen 10, 11, wobei die Pleuelstange 10 direkt verdrehbar an den jeweils an einem Kurbelwellenteil 5, 6 angeordneten Hubzapfen 14, 15 angeordnet ist. Die zweite Pleuelstange 11 ist mittels der Anlenkhebel 16, 17 mit den Hubzapfen 14, 15 gelenkig verbunden. Durch die Länge der Anlenkhebel 16, 17 sind die Pleuelstangen 10, 11 bezogen auf die Drehachsen 12, 13 der Kurbelwellenteile 5, 6 in Umfangsrichtung versetzt, so dass eine Übertragung von Drehmoment zwischen den Kurbelwellenteilen 5, 6 totpunktfrei und bezüglich der Drehrichtung eindeutig ist.The two crankshaft parts 5 . 6 are by means of the coupling device 9 positively coupled. For this purpose, the coupling device contains 9 two connecting rods 10 . 11 , where the connecting rod 10 directly rotatable on each of a crankshaft part 5 . 6 arranged crank pin 14 . 15 is arranged. The second connecting rod 11 is by means of the lever 16 . 17 with the crank pins 14 . 15 articulated. By the length of the lever 16 . 17 are the connecting rods 10 . 11 related to the axes of rotation 12 . 13 the crankshaft parts 5 . 6 offset in the circumferential direction, so that a transmission of torque between the crankshaft parts 5 . 6 Totpunktfrei and with respect to the direction of rotation is unique.

Um die beiden Teileinheiten 2, 3 voneinander abkoppeln zu können, ist der dem Kurbelwellenteil 5 zugeordnete Hubzapfen 14 gegenüber der Drehachse 12 verlagerbar angeordnet. Hierzu ist die Linearführung 18 mit dem fest mit dem Kurbelwellenteil 5 verbundenen Führungsteil 19 und dem gegenüber diesem entlang der Schwalbenschwanzführung 20 linear verlagerbaren, den Hubzapfen 14 aufnehmenden Gleitschieber 21 vorgesehen. Die Ansicht der 1 zeigt dabei den von der Teileinheit 2 entkoppelten Zustand der Teileinheit 3. Hierbei ist der Hubzapfen 14 koaxial zur Drehachse 12 des Kurbelwellenteils 5 angeordnet, so dass über den Hubzapfen 14 bei einer Verdrehung des Kurbelwellenteils 5 kein Moment auf die Koppeleinrichtung 9 übertragen wird. Demzufolge ist die Teileinheit 3 von der Teileinheit 2 abgekoppelt. Die beiden Teileinheiten 2, 3 können daher unabhängig voneinander betrieben werden, was bedeutet, dass eine der beiden Teileinheiten in einem Sparbetrieb der Brennkraftmaschine 1 abgeschaltet werden kann. Das verbleibende Restmoment wird dabei über den Kurbelwellenteil der permanent betriebenen Teileinheit auf ein Getriebe übertragen. In den gezeigten Ausführungsbeispielen kann jede der Teileinheiten 2, 3 die permanent betriebene Teileinheit sein. Ist beispielsweise die Teileinheit 2 permanent angetrieben und die Teileinheit 3 abgeschaltet, wird die Koppeleinrichtung 9 ebenfalls stillgesetzt, da sich der Hubzapfen 14 koaxial zur Drehachse 12 des Kurbelwellenteils 5 dreht und kein Moment auf die Koppeleinrichtung 9 übertragen wird. Ist hingegen die Teileinheit 3 die permanent angetriebene Teileinheit, wird infolge der radialen Beabstandung des Hubzapfens 15 gegenüber der Drehachse 13 bei stillgesetzter Teileinheit 2 Drehmoment von dem Kurbelwellenteil 6 auf die Koppeleinrichtung 9 übertragen, die allerdings infolge der koaxialen Anordnung des radial verlagerbaren Hubzapfens gegenüber der Drehachse 12 kein Moment auf das Kurbelwellenteil 5 überträgt.To the two subunits 2 . 3 to be able to decouple from each other, is the crankshaft part 5 assigned crankpin 14 opposite the axis of rotation 12 arranged displaceably. For this purpose, the linear guide 18 with the fixed to the crankshaft part 5 associated leadership part 19 and the opposite of this along the dovetail guide 20 linearly displaceable, the crank pin 14 receiving slider 21 intended. The view of 1 shows that of the subunit 2 decoupled state of the subunit 3 , Here is the crankpin 14 coaxial with the axis of rotation 12 of the crankshaft part 5 arranged so that over the crankpin 14 at a rotation of the crankshaft part 5 no moment on the coupling device 9 is transmitted. As a result, the subunit is 3 from the subunit 2 decoupled. The two subunits 2 . 3 can therefore be operated independently, which means that one of the two subunits in a saving operation of the internal combustion engine 1 can be switched off. The remaining one Residual torque is transmitted via the crankshaft part of the permanently operated subunit to a transmission. In the embodiments shown, each of the subunits 2 . 3 be the permanently operated subunit. For example, is the subunit 2 permanently driven and the subunit 3 switched off, the coupling device 9 also stopped, since the crank pin 14 coaxial with the axis of rotation 12 of the crankshaft part 5 turns and no moment on the coupling device 9 is transmitted. Is, however, the subunit 3 the permanently driven subunit is due to the radial spacing of the trunnion 15 opposite the axis of rotation 13 when the unit is shut down 2 Torque from the crankshaft part 6 on the coupling device 9 transmitted, however, due to the coaxial arrangement of the radially displaceable crank pin relative to the axis of rotation 12 no moment on the crankshaft part 5 transfers.

Sollen die beiden Teileinheiten 2, 3 wieder miteinander beispielsweise im Vollbetrieb der Brennkraftmaschine 1 miteinander verbunden werden, wird der Hubzapfen 14 mittels der Linearführung 18 radial soweit verlagert, bis die Hübe zwischen den beiden Hubzapfen 14, 15 zu den zugehörigen Drehachsen 12, 13 gleich sind.Should the two subunits 2 . 3 again together, for example, in full operation of the internal combustion engine 1 be connected to each other, the crank pin 14 by means of the linear guide 18 shifted radially until the strokes between the two crank pins 14 . 15 to the associated rotary axes 12 . 13 are the same.

Die Verlagerung des Hubzapfens 14 erfolgt durch eine Verlagerung des Gleitschiebers 21 in dem Führungsteil 19, wobei die an dem Gleitschieber 21 dem Hubzapfen 14 gegenüberliegend angeordnete Zusatzmasse 22 unter Ausnutzung der Corioliskraft eine Pirouettenbewegung bei sich beginnender Verdrehung des Gleitschiebers ausführt und damit die Ankoppelung der Teileinheiten 2, 3 beschleunigt beziehungsweise unterstützt. Im Zustand maximaler Beabstandung des Hubzapfens 14 von der Drehachse 12 wird eine Unwucht der Zusatzmasse durch die Lage des Hubzapfens ausgeglichen.The displacement of the journal 14 takes place by a displacement of the slide 21 in the guide part 19 , where on the slide 21 the crankpin 14 opposite arranged additional mass 22 taking advantage of the Coriolis force performs a pirouette movement at the beginning of rotation of the slide and thus the coupling of the sub-units 2 . 3 accelerated or supported. In the state of maximum spacing of the crank pin 14 from the axis of rotation 12 an imbalance of the additional mass is compensated by the position of the crank pin.

Die Verlagerung des Hubzapfens 14 wird durch eine Bewegung des Schwenkhebels 23 eingeleitet und durchgeführt. Der Schwenkhebel 23 ist mittels des Anlenkhebels 24 verdrehbar an dem Gelenk 25 zwischen dem Anlenkhebel 16 und der Pleuelstange 11 angeordnet, so dass dieser ortsfest aufgenommen und dennoch über das Gelenk 25 und den Anlenkhebel 16 den Hubzapfen 14 verlagern kann.The displacement of the journal 14 is by a movement of the pivot lever 23 initiated and carried out. The swivel lever 23 is by means of the articulation lever 24 rotatable at the joint 25 between the linkage lever 16 and the connecting rod 11 arranged so that it is held stationary and yet on the joint 25 and the lever 16 the crankpin 14 can relocate.

Zur Vermeidung einer Verzwängung der Koppeleinrichtung 9 erfolgt die Beaufschlagung des Hubzapfens 14 mittels des Schwenkhebels 23 auf der Kreisbahn 26, die in einem vorgegeben Radius um die Drehachse 13 angeordnet ist. Die Kreisbahn 26 sorgt für eine Beibehaltung gleicher Achsabstände der Pleuelstangen 10, 11 während einer Verlagerung des Hubzapfens 14 und verhindert somit ein Blockieren der Koppeleinrichtung 9.To avoid a Verzwängung the coupling device 9 the application of the crank pin takes place 14 by means of the pivoting lever 23 on the circular path 26 that are in a given radius around the axis of rotation 13 is arranged. The circular path 26 ensures that the same center distances of the connecting rods are maintained 10 . 11 during a displacement of the crank pin 14 and thus prevents blocking of the coupling device 9 ,

Der Schwenkhebel 23 wird von einem nicht dargestellten Aktor verschwenkt. Hierbei kann der Schwenkhebel 23 in einer an dem Gehäuse 4 angeordneten Führungskulisse aufgenommen sein oder an dem Gehäuse 4 um die Drehachse 13 verdrehbar angeordnet sein. Der Anlenkhebel 27 mit dem Zentrierzapfen 28 kann zur Stabilisierung der Koppeleinrichtung 9 im Gehäuse zentriert sein und ist verdrehbar mit dem Gelenk 29 zwischen dem Anlenkhebel 17 und der Pleuelstange 11 verbunden.The swivel lever 23 is pivoted by an actuator, not shown. Here, the pivot lever 23 in one on the housing 4 arranged guide slot be included or on the housing 4 around the axis of rotation 13 be arranged rotatable. The articulation lever 27 with the centering pin 28 can stabilize the coupling device 9 be centered in the housing and is rotatable with the joint 29 between the linkage lever 17 and the connecting rod 11 connected.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Teileinheitentity
33: Teileinheitentity
44: Gehäusecasing
55: Kurbelwellenteilcrankshaft part
66: Kurbelwellenteilcrankshaft part
77: Pleuelpleuel
88th: Kolbenpiston
99: Koppeleinrichtungcoupling device
1010: Pleuelstangeconnecting rod
1111: Pleuelstangeconnecting rod
1212: Drehachseaxis of rotation
1313: Drehachseaxis of rotation
1414: Hubzapfencrank pins
1515: Hubzapfencrank pins
1616: AnlenkhebelFeedback lever
1717: AnlenkhebelFeedback lever
1818: Linearführunglinear guide
1919: Führungsteilguide part
2020: Schwalbenschwanzführungdovetail guide
2121: GleitschieberSliding
2222: Zusatzmasseadditional mass
2323: Schwenkhebelpivoting lever
2424: AnlenkhebelFeedback lever
2525: Gelenkjoint
2626: Kreisbahnorbit
2727: AnlenkhebelFeedback lever
2828: Zentrierzapfenspigot
2929: Gelenkjoint

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 3145381 A1 [0003]
DE 102010012279 [0004, 0016]

Claims

Internal combustion engine ( 1 ) consisting of several subunits ( 2 . 3 ) with crankshaft parts arranged parallel to each other ( 5 . 6 ), at each of which at least one piston ( 8th ) by means of a connecting rod ( 7 ) on a crank of the crankshaft part ( 5 . 6 ), wherein a first subunit ( 2 . 3 ) during operation of the internal combustion engine ( 1 ) permanently operated and at least a second subunit ( 3 . 2 ) can be switched off, characterized in that the crankshaft parts ( 5 . 6 ) by means of a first connecting rod ( 10 ) and one by means of articulation levers ( 16 . 17 ) by a predetermined angle about their axes of rotation ( 12 . 13 ) offset to the first arranged second connecting rod ( 11 ), which in each case on a crankpin ( 14 . 15 ) of crankshaft parts ( 5 . 6 ) are rotatably received, positively coupled together and the subunits ( 2 . 3 ) from each other by displacement of a crank pin ( 14 ) coaxial with a rotation axis ( 12 ) of this crankpin ( 14 ) associated crankshaft part ( 5 ) are rotatably coupled.

Internal combustion engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that a displacement of the crank pin ( 14 ) on one about the axis of rotation ( 13 ) of the other crankshaft part ( 6 ) drawn circular path ( 26 ) he follows.

Internal combustion engine ( 1 ) according to claim 2, characterized in that the displacement of the crank pin ( 14 ) by means of a rotatable on a joint ( 25 ) between an articulation lever ( 16 ) and the second connecting rod ( 11 ) rotatably received pivot lever ( 23 ) is provided.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 3, characterized in that a displacement of the crank pin ( 14 ) by means of an actuator.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that for the execution of a rotary movement of the pivot lever ( 23 ) along the circular path ( 26 ) a guide slot is provided.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 4, characterized in that the crank pin ( 14 ) about a coaxial axis of rotation ( 13 ) arranged pivot bearing is pivoted.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 6, characterized in that the displaceable crank pin ( 14 ) of the first subunit ( 2 ) assigned.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 7, characterized in that the connecting rods ( 10 . 11 ) relative to the axes of rotation ( 12 . 13 ) of crankshaft parts ( 5 . 6 ) are circumferentially offset by an angle of substantially 90 ° to each other.

Internal combustion engine ( 1 ) according to one of claims 1 to 8, characterized in that the displaceable crank pin ( 14 ) on one opposite a fixed to the crankshaft part ( 5 ) received guide part ( 19 ) sliding slider ( 21 ) a linear guide ( 18 ) is arranged.

Internal combustion engine ( 1 ) according to claim 9, characterized in that the sliding slide ( 21 ) at which the crankpin ( 14 ) opposite end an additional mass ( 22 ) having.