DE102012008783B4 - Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung - Google Patents

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer zumindest einen Kurbelzapfen (4) aufweisenden Kurbelwelle (3) und mit mindestens einem Kolben, der über einen Pleuel (6) mit dem Kurbelzapfen (4) wirkverbunden ist, wobei der Pleuel (6) in einem Pleuelauge (8) ein Pleuellager (9) aufweist, mit dem es über eine Exzenterhülse (10) auf dem Kurbelzapfen (4) gelagert ist, wobei eine Sperreinrichtung (22) vorgesehen ist, die die Exzenterhülse (10) in einer ersten Einstellung drehfest an dem Kurbelzapfen (4) festsetzt und in einer zweiten Einstellung eine Drehbewegung der Exzenterhülse (10) bezüglich des Kurbelzapfens (4) permanent zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterhülse (10) eine Vertiefung (14) mit einer bezüglich der Mittelpunktsachse (12) des Hubzapfens (4) koaxialen Bodenfläche (15) aufweist, wobei in der Vertiefung (14) ein bezüglich der Exzenterhülse (10) drehbar gelagerter Steuerring (16) angeordnet ist, der in der zweiten Einstellung drehfest bezüglich der Exzenterhülse (10) festgesetzt ist, wobei eine Drehwinkelstellung des Steuerrings (16) bezüglich der Mittelpunktsachse (12) des Hubzapfens (4) mittels einer Stelleinrichtung (17) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellendrehwinkel der Kurbelwelle (4) einstellbar ist.

Description

• Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit wenigstens einer zumindest einen Kurbelzapfen aufweisenden Kurbelwelle und mit mindestens einem Kolben, der über einen Pleuel mit dem Kurbelzapfen wirkverbunden ist, wobei der Pleuel in einem Pleuelauge ein Pleuellager aufweist, mit dem es über eine Exzenterhülse auf dem Kurbelzapfen gelagert ist, wobei eine Sperreinrichtung vorgesehen ist, die die Exzenterhülse in einer ersten Einstellung drehfest an dem Kurbelzapfen festsetzt und in einer zweiten Einstellung eine Drehbewegung der Exzenterhälse bezüglich des Kurbelzapfens permanent zulässt.
• Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Mithilfe der Kurbelwelle, welche den zu einer Kurbelwellendrehachse exzentrischen Kurbelzapfen aufweist, wird eine Hubbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung umgesetzt. Die Brennkraftmaschine ist insoweit vorzugsweise als Hubkolben-Brennkraftmaschine ausgebildet. Der Kolben ist über den Pleuel an den Kurbelzapfen angeschlossen. Der Pleuel weist üblicherweise an jedem seiner Enden ein Pleuelauge auf. Mit seinem einen Pleuelauge ist es schwenkbeweglich an dem Kolben gelagert. In seinem anderen Pleuelauge ist das Pleuellager vorgesehen über welches es auf dem Kurbelzapfen gelagert ist, wobei üblicherweise der Kurbelzapfen das Pleuellager durchgreift.
• Um den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine vorzugsweise über ihr gesamtes Kennfeld zu optimieren, ist es vorteilhaft, die Verdichtung in einem dem Kolben zugeordneten beziehungsweise ihn aufnehmenden Zylinder optimal zu wählen. Liegt die Brennkraftmaschine als Otto-Brennkraftmaschine vor, so sollte bei Teillast eine hohe, bei Volllast, aufgrund der Klopfneigung, eine kleinere Verdichtung gewählt werden. Ist die Brennkraftmaschine als Diesel-Brennkraftmaschine ausgebildet, so wird eine hohe Verdichtung nur während der Start- und Warmlaufphase benötigt. Bei betriebswarmer Brennkraftmaschine sollte eine kleinere Verdichtung gewählt werden, um einen hohen thermodynamischen Wirkungsgrad zu erreichen. Eine Vorrichtung, mit welcher eine Veränderung der Verdichtung einer Hubkolben-Brennkraftmaschine erreicht wird, ist beispielsweise aus der DE 197 03 948 C1 bekannt.
• Um die Verdichtung beziehungsweise das Verdichtungsverhältnis variabel zu wählen, besteht zum einen die Möglichkeit, den Kolben innerhalb des Zylinders derart zu verlagern, dass ein Brennraumvolumen verändert wird. Das Brennraumvolumen liegt üblicherweise in dem Zylinder vor, wenn der Kolben seinen oberen Totpunkt erreicht hat.
• Alternativ kann ein Kolbenbewegungsgesetz, welchem der Kolben während des Betriebs der Brennkraftmaschine folgt, mithilfe einer aufwendigen und sperrigen Kinematikeinrichtung verändert werden. Auch hierbei wird die Position des Kolbens in seinem oberen Totpunkt bezüglich des Zylinders verschoben, was indirekt eine Veränderung des Brennraumvolumens zur Folge hat. Entsprechend ändert sich zusammen mit der Verdichtung beziehungsweise dem Verdichtungsverhältnis stets auch das Brennraumvolumen beziehungsweise die Brennraumform.
• Dies hat vor allem bei einer Direkteinspritzung von Kraftstoff in den Brennraum negative Folgen für die Verbrennung, weil die Einspritzung nur für eines der verschiedenen Brennraumvolumina beziehungsweise Brennraumformen optimiert werden kann. Entsprechend verbessert sich der thermische Wirkungsgrad nicht oder nur wenig, obwohl die Verdichtung auf den jeweiligen Betriebszustand der Brennkraftmaschine eingestellt werden kann. Die für die zweite Variante benötigte Kinematikeinrichtung, bestehend beispielsweise aus Hebel, Schwenkhebel, Kurbel und dergleichen, wird zudem mit hohen Gas- und/der Massenkräften beaufschlagt. Dies erhöht die Reibung in der Brennkraftmaschine derart, dass sich eine eventuell erzielte Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads durch die Verdichtungsanpassung allenfalls geringfügig positiv auf den Gesamtwirkungsgrad auswirkt. Auch ist der mechanische Aufwand aufgrund der Kinematikeinrichtung sehr hoch.
• Aus der Druckschrift DE 102 43 023 A1 ist beispielsweise eine Kolbenmaschine mit Stellmittel zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses bekannt, bei der jeweils auf den Kurbelzapfen der Kurbelwelle ein mit dem Kolben verbundenes Pleuel gelagert ist, dessen Pleuellager auf einem Exzenterring gelagert ist, der auf dem Kurbelzapfen relativ verdrehbar gelagert ist. Die Kolbenmaschine weist als Stellmittel ein auf den Exzenterring zwischen Kurbelzapfen und Exzenterring wirkendes, von außen ansteuerbar betätigbares Führungs- und Verriegelungsmittel auf, das ein Verdrehen des Exzenterrings relativ zum Kurbelzapfen ansteuerbar jeweils nur in einer vorgebbaren Verdrehrichtung für den Exzenterring zulässt.
• Weiterhin beschreibt die Druckschrift DE 103 09 650 A1 eine Hubkolbenmaschine mit folgenden Merkmalen: ein Kolben in einem Zylinder steht über ein Pleuel und dessen großes Pleuelauge mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle in Verbindung, zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge ist ein Exzenter drehbar angeordnet, um dadurch einen Hub des Kolbens zu verändern, die Drehung des Exzenters ist über eine Schwinge einstellbar und die Schwinge ist beweglich im Gehäuse gelagert.
• Zudem zeigt die Druckschrift US 6,789,515 B1 ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Veränderung des Kompressionsverhältnisses um Betriebsbedingungen einer Brennkraftmaschine zu verbessern.
• Es ist Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere eine Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrads durch eine variable Verdichtung mit geringem Aufwand erzielt. Bevorzugt bleibt das Brennraumvolumen beziehungsweise die Brennraumform für jede eingestellte Verdichtung gleich.
• Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterhülse eine Vertiefung mit einer bezüglich der Mittelpunktsachse des Hubzapfens koaxialen Bodenfläche aufweist, wobei in der Vertiefung ein bezüglich der Exzenterhülse drehbar gelagerter Steuerring angeordnet ist, der in der zweiten Einstellung drehfest bezüglich der Exzenterhülse festgesetzt ist, wobei eine Drehwinkelstellung des Steuerrings bezüglich der Mittelpunktsachse des Hubzapfens mittels einer Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Kurbelwellendrehwinkel der Kurbelwelle einstellbar ist. Grundsätzlich ist die Sperreinrichtung vorgesehen, die die Exzenterhülse in der ersten Einstellung drehfest an dem Kurbelzapfen festsetzt und in der zweiten Einstellung die Drehbewegung der Exzenterhülse bezüglich des Kurbelzapfens permanent zulässt. Die Lagerung des Pleuelauges beziehungsweise Pleuels auf dem Kurbelzapfen mithilfe des Pleuellagers ist mithin über die Exzenterhülse vorgesehen. Beispielsweise umgreift die Exzenterhülse den Kurbelzapfen, während das Pleuellager beziehungsweise das Pleuelauge wiederum die Exzenterhülse umgreift. Die Exzenterhülse ist dabei exzentrisch aufgebaut, sodass ihre Ausnehmung, die von dem Kurbelzapfen durchgriffen ist, eine Mittelpunktsachse aufweist, die von einer Mittelpunktsachse ihrer Außenfläche, die von dem Pleuellager umgriffen ist, verschieden ist. Der Abstand zwischen den beiden Mittelpunktsachsen stellt mithin die Exzentrizität der Exzenterhülse dar.
• Mithilfe der Sperreinrichtung kann die Exzenterhülse bezüglich des Kurbelzapfens in Umfangsrichtung festgesetzt beziehungsweise permanent freigegeben sein. Unter letzterem ist zu verstehen, dass in der zweiten Einstellung nicht lediglich eine Drehbewegung um einen begrenzten Drehwinkel zugelassen und die Exzenterhülse nachfolgend wieder bezüglich des Kurbelzapfens festgesetzt wird. Vielmehr ist die Exzenterhülse ohne Einschränkungen bezüglich des Kurbelzapfens drehbar, solange die zweite Einstellung vorliegt. Die Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens beschreibt in einem Betrieb der Brennkraftmaschine eine Kreisbahn um die Kurbelwellendrehachse. Zudem ist beispielsweise – in einer Seitenansicht beziehungsweise Querschnittansicht des Kurbeltriebs – in einem oberen Todpunkt des Kolbens die Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens oberhalb einer Mittelpunktsachse des Pleuellagers angeordnet. In diesem Fall beschreibt die Mittelpunktsachse des Pleuellagers in der ersten Einstellung eine Kreisbahn mit dem Durchmesser von H – 2e um die Kurbelwellendrehachse, wobei H den Hub des Kurbelzapfens und e die Exzentrizität der Exzenterhülse beschreiben. Entsprechend ist der Kolbenhub in der ersten Einstellung H – 2e. Um einen von dem ersten Hub verschiedenen zweiten Hub zu erzeugen, wird die Arretierung der Exzenterhülse bezüglich des Kurbelzapfens, insbesondere während er sich in dem oberen Totpunkt befindet, aufgehoben. In diesem Fall beträgt der Kolbenhub beispielsweise H. Es ist also eine Brennkraftmaschine mit variablem Hub und variabler Verdichtung realisiert.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass sowohl in der ersten Einstellung als auch in der zweiten Einstellung die Exzenterhülse derart angeordnet ist, dass in einem oberen Totpunkt des Kolbens eine Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens oberhalb oder unterhalb einer Mittelpunktsachse des Pleuellagers liegt. Auf eine derartige Anordnung der Mittelpunktsachsen wurde bereits vorstehend eingegangen. Weil diese stets, also sowohl in der ersten als auch der zweiten Einstellung, vorliegt ergibt sich der Vorteil, dass für beide Einstellungen das über die gesamte Kolbenbewegung hinweg kleinste Zylindervolumen, welches den Brennraum darstellt, also das Brennraumvolumen definiert, unverändert bleibt. Es können also mithilfe der Sperreinrichtung und der Exzenterhülse über die verschiedenen Kolbenhübe (H und H – 2e) verschiedene Verdichtungen erzielt werden, ohne dass sich das Brennraumvolumen verändert. Entsprechend läuft die Verbrennung in dem Brennraum stets mit hoher Effizienz ab, sodass der thermische Wirkungsgrad und mithin auch der Gesamtwirkungsgrad durch die erzielte variable Verdichtung deutlich erhöht wird. Selbstverständlich kann auch eine umgekehrte Anordnung der Mittelpunktsachsen in dem oberen Totpunkt realisiert sein. Auch bei dieser Anordnung ist im oberen Totpunkt das Brennraumvolumen konstant, weil im oberen Totpunkt dieselbe Anordnung vorliegt. Bei dieser Anordnung ist nun beispielsweise der kleinere Kolbenhub H und der größere H + 2e.
• Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, dass die Exzenterhülse eine Vertiefung mit einer bezüglich der Mittelpunktsachse des Hubzapfens koaxialen Bodenfläche aufweist, wobei in der Vertiefung ein bezüglich der Exzenterhülse drehbar gelagerter Steuerring angeordnet ist, der in der zweiten Einstellung drehfest bezüglich der Exzenterhülse festgesetzt ist. Die Drehachse des Steuerrings entspricht mithin der Mittelpunktsachse des Hubzapfens. Weil der Steuerring drehbar an der Exzenterhülse gelagert ist, kann er in der ersten Einstellung der Sperreinrichtung eine freie Drehbewegung beschreiben. In der zweiten Einstellung ist dagegen die Exzenterhülse drehfest bezüglich des Steuerrings festgesetzt, die beiden Elemente sind also drehfest miteinander verbunden. Dies wird mithilfe der Sperreinrichtung erzielt. Über eine Beeinflussung des Steuerrings lässt sich somit Einfluss auf die Drehbewegung der Exzenterhülse bezüglich des Kurbelzapfens nehmen.
• Schließlich sieht die Erfindung vor, dass eine Drehwinkelstellung des Steuerrings bezüglich der Mittelpunktsachse des Hubzapfens mittels einer Stelleinrichtung in Abhängigkeit von einem Kurbelwellendrehwinkel der Kurbelwelle einstellbar ist. Wie bereits vorstehend angedeutet, kann über den Steuerring Einfluss auf die Drehwinkelstellung der Exzenterhülse genommen werden, weil diese beiden Elemente in der zweiten Einstellung mithilfe der Sperreinrichtung drehfest miteinander verbunden sind. Dabei wird die Drehwinkelstellung des Steuerrings und entsprechend auch der Exzenterhülse in Abhängigkeit von dem Kurbelwellendrehwinkel verändert. Dies ist bevorzugt derart vorgesehen, dass in dem oberen Totpunkt des Kolbens die Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens oberhalb der Mittelpunktsachse des Pleuellagers liegt. Selbstverständlich ist auch hier die umgekehrte Anordnung der beiden Mittelpunktsachsen realisierbar.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Stelleinrichtung eine an dem Steuerring befestigte Führungsstange aufweist, die zumindest in dem oberen Totpunkt und/oder einem unteren Totpunkt parallel zu einer Zylinderachse steht. Die Führungsstange ist dabei bevorzugt derart angeordnet, dass ihre Längsachse parallel zu der Zylinderachse steht, diese also schneidet. Über die Führungsstange kann Einfluss auf den Verlauf der Drehwinkelstellung des Steuerrings bezüglich der Achse des Hubzapfens genommen werden. Beispielsweise ist die Führungsstange in einem ortsfesten Lager, beispielsweise ortsfest bezüglich eines Kurbelwellengehäuses der Brennkraftmaschine, axial verlagerbar geführt. Bevorzugt ist jedoch ein bewegliches Lager vorgesehen, welches insbesondere entlang einer gewünschten Verlaufs in Abhängigkeit von dem Kurbelwellendrehwinkel verlagerbar ist. Die Führungsstange liegt bevorzugt wenigstens in dem oberen Totpunkt beziehungsweise dem unteren Totpunkt parallel zu der Zylinderachse.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Führungsstange in einer Führungshülse axial verlagerbar geführt ist, wobei die Position der Führungshülse zumindest zwischen einer ersten Hülsenposition und einer zweiten Hülsenposition verstellbar ist. Das vorstehend bereits erwähnte Lager liegt also in der Führungshülse vor und stellt eine Schwenkverbindung zwischen der Führungsstange und der Führungshülse her. Die Führungshülse ist verlagerbar und kann wenigstens in die erste und die zweite Hülsenposition gebracht werden. Die Hülsenpositionen unterscheiden sich beispielsweise anhand ihres Abstands von der Kurbelwellendrehachse und/oder der Mittelpunktsachse des Hubzapfens. Von dem Abstand zwischen der Führungshülse und der Mittelpunktsachse des Hubzapfens hängt beispielsweise die Auslenkung des Steuerrings aus seiner im oberen Totpunkt und/oder unteren Totpunkt vorliegenden Ausgangsposition während einer Drehung der Kurbelwelle aus. Je geringer der Abstand ist, umso stärker ist aufgrund des kürzeren Hebelarms die Auslenkung.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Führungshülse um eine Schwenkachse schwenkbar an einem Schwenkhebel gelagert ist, der in Abhängigkeit von dem Kurbelwellenwinkel um eine ortsfeste, parallel zu der Kurbelwellendrehachse angeordnete Kippachse verkippbar ist. Die Führungshülse ist mithin an dem Schwenkhebel schwenkbar befestigt, wobei eine Schwenkbewegung um die Schwenkachse herum zugelassen ist. Der Schwenkhebel ist bevorzugt derart angeordnet, dass seine gedachte Verlängerung die Führungsstange schneidet. Um eine Veränderung der Position der Führungshülse zu erreichen, wird der Schwenkhebel um die Kippachse verkippt beziehungsweise gedreht. Die Kippachse ist dabei ortsfest angeordnet und liegt zu diesem Zweck beispielsweise an einem Kurbelwellengehäuse vor. Besonders bevorzugt verläuft sie parallel zu der Kurbelwellendrehachse. Durch das Verkippen des Schwenkhebels um die Kippachse kann die Führungshülse zwischen ihren Hülsenpositionen verlagert werden. Beispielsweise erfolgt das Verkippen des Schwenkhebels in Abhängigkeit von dem Kurbelwellendrehwinkel, sodass entsprechend auch die Hülsenposition der Führungshülse von diesem abhängt. Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Schwenkhebel für das Verschwenken mit einem Schwenknocken wirkverbunden ist, der derart ausgebildet ist, dass die Schwenkachse in einem bestimmten Kurbelwellendrehwinkelbereich des Kurbelwellendrehwinkels, insbesondere um den oberen Totpunkt herum, mit der Kurbelwellendrehachse zusammenfällt. Der Schwenknocken greift beispielsweise beabstandet von der Kippachse an dem Schwenkhebel an. Zusätzlich kann es vorgesehen sein, dass der Schwenkhebel mit einer Rückstelleinrichtung, insbesondere einer Federeinrichtung oder dergleichen, derart wirkverbunden ist, dass er mit einer Federkraft beaufschlagt ist, welche ihn stets in Richtung des Schwenknockens drängt. Der Schwenknocken ist beispielsweise unmittelbar oder über ein Getriebe, insbesondere eine Kette oder einen Riemen aufweisend, mit der Kurbelwelle wirkverbunden. Bevorzugt dreht sich der Schwenknocken mit derselben Drehzahl wie die Kurbelwelle.
• Der Schwenknocken beziehungsweise seine den Schwenkhebel beaufschlagende Schwenknockenbahn ist derart ausgebildet, dass die Schwenkachse, um welche die Führungshülse schwenkbar an dem Schwenkhebel gelagert ist, zumindest zeitweise mit der Kurbelwellendrehachse zusammenfällt. Sobald dies der Fall ist, erfolgt auch bei einer Drehung der Kurbelwelle keine Drehbewegung der Exzenterhülse bezüglich des Kurbelzapfens. Dies ist bei wenigstens einem bestimmten Kurbelwellendrehwinkel, insbesondere in dem bestimmten Kurbelwellendrehwinkelbereich, vorgesehen. Dieser Kurbelwellendrehwinkelbereich liegt bevorzugt um den oberen Totpunkt herum vor, sodass er jeweils zur Hälfte vor und zur Hälfte nach diesem liegt. Weil der Steuerring durch die spezielle Ausgestaltung des Schwenknockens über den gesamten Kurbelwellendrehwinkelbereich keine Bewegung bezüglich des Kurbelzapfens beschreibt, ist in dem Kurbelwellendrehwinkelbereich problemlos ein Umschalten zwischen der ersten Einstellung und der zweiten Einstellung beziehungsweise umgekehrt möglich.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Sperreinrichtung eine Zwischeneinstellung aufweist, in der die Exzenterhülse sowohl bezüglich des Kurbelzapfens als auch des Steuerrings festgesetzt sind. Weil auf die Exzenterhülse auch im Bereich des oberen Totpunkts Kräfte wirken, insbesondere die Kräfte nur genau in dem oberen Totpunkt gleich Null sind, muss das Umschalten derart erfolgen, dass die Exzenterhülse sich während des Umschaltens nicht bezüglich der Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens, insbesondere aufgrund dieser Kräfte, drehen kann. Entsprechend bedeutet dies für das Umschalten von der ersten Einstellung auf die zweite Einstellung, dass die Exzenterhülse noch bezüglich des Kurbelzapfens festgesetzt sein muss, wenn sie drehfest mit dem Steuerring verbunden wird und umgekehrt. Zu diesem Zweck ist die Zwischeneinstellung vorgesehen, welche bei jedem Umschalten zwischen der ersten Einstellung und der zweiten Einstellung beziehungsweise umgekehrt durchlaufen wird. In dieser sind alle genannten Elemente in Umfangsrichtung, also drehfest, aneinander festgesetzt.
• Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterhülse, der Steuerring und eine Kurbelwellenwange korrespondierende Sperrausnehmungen aufweisen, wobei ein Sperrelement in der ersten Einstellung in die Sperrausnehmungen von Exzenterhülse sowie Kurbelwellenwange und in der zweiten Einstellung in die Sperrausnehmungen von Exzenterhülse sowie Steuerring eingreift. Durch das gleichzeitige Eingreifen in die Sperrausnehmungen der jeweils genannten Elemente sind diese drehfest miteinander verbunden. Bevorzugt ist es zusätzlich vorgesehen, dass das Sperrelement in der Zwischeneinstellung in die Sperrausnehmungen aller genannten Elemente, also Exzenterhülse, Steuerring und Kurbelwellenwange, eingreift. Entsprechend sind alle Elemente drehfest miteinander verbunden und können durch eventuell wirkende Kräfte auf die Exzenterhülse nicht gegeneinander verdreht werden.
• Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
• 1 einen Schnitt durch einen Bereich einer Brennkraftmaschine, wobei eine Kurbelwelle, ein Pleuelauge eines Pleuels, eine Sperreinrichtung sowie eine Stelleinrichtung zumindest bereichsweise dargestellt sind,
• 2 eine Detailansicht der Brennkraftmaschine im Bereich einer Kurbelwellenwange der Kurbelwelle,
• 3 eine weitere Detailansicht, wobei der Kurbelzapfen derart geschnitten ist, dass ein Sperrelement der Stelleinrichtung erkennbar ist,
• 4 eine schematische Darstellung der Stelleinrichtung, wobei sich eine Führungshülse in einer ersten Hülsenposition befindet,
• 5 eine schematische Darstellung der Stelleinrichtung, wobei sich die Führungshülse in einer zweiten Hülsenposition befindet,
• 6a Bahnverläufe einer Mittelpunktsachse eines Pleuellagers des Pleuelauges für verschiedene Einstellungen der Sperreinrichtung sowie einen Bahnverlauf einer Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens,
• 6b Bahnverläufe der Mittelpunktsachse sowie der Bahnverlauf der Mittelpunktsachse des Kurbelzapfens für eine weitere Ausführungsform,
• 7 der Kurbelzapfen sowie die Exzenterhülse bei verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln in der ersten Einstellung,
• 8 der Kurbelzapfen und die Exzenterhülse für verschiedene Kurbelwellendrehwinkel in der zweiten Einstellung,
• 9 eine schematische Darstellung des Kurbelzapfens und eines Bereichs der Stelleinrichtung für verschiedene Kurbelwellendrehwinkel in der ersten Einstellung, und
• 10 eine schematische Darstellung des Kurbelzapfens und eines Bereichs der Stelleinrichtung bei verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln für die zweite Einstellung.
• Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, von welcher hier lediglich ein Bereich eines Kurbeltriebs 2 und die Richtung einer Zylinderachse 51 eines Zylinders der Brennkraftmaschine dargestellt ist. Zu erkennen ist ein Bereich einer Kurbelwelle 3 mit einem exzentrisch mit dieser verbundenen Kurbelzapfen 4. Die Kurbelwelle 3 rotiert bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 um eine Kurbelwellendrehachse 5. Neben der Kurbelwelle 3 weist die Brennkraftmaschine 1 einen hier nicht dargestellten Kolben auf, der auf bekannte Art und Weise über einen Pleuel 6, welches eine Pleuelstange 7 und ein Pleuelauge 8 aufweist, mit dem Kurbelzapfen 4 und entsprechend mit der Kurbelwelle 3 wirkverbunden ist. In dem Pleuelauge 8 ist ein Pleuellager 9 vorgesehen, in welchem eine Exzenterhülse 10 gelagert ist. Die Exzenterhülse 10 beziehungsweise eine Exzenterhülsenausnehmung 11 ist wiederum von dem Kurbelzapfen 4 durchgriffen. Die Exzenterhülsenausnehmung 11 ist dabei exzentrisch zu einer Exzenterhülsenaußenfläche und mithin dem Pleuellager 9 angeordnet. Entsprechend weist der Kurbelzapfen 4 eine erste Mittelpunktsachse 12 auf, während das Pleuellager 9 über eine von der ersten Mittelpunktsachse 12 verschiedene zweite Mittelpunktsachse 13 verfügt. Die Mittelpunktsachse 12 ist von der Mittelpunktsachse 13 in radialer Richtung bedingt durch die Exzentrizität der Exzenterhülse 10 um die Entfernung e, welche die Exzentrizität darstellt, versetzt. Der halbe Hub H des Kurbeltriebs 2 ist durch die Entfernung zwischen der Mittelpunktsachse 12 und der Kurbelwellendrehachse 5 angedeutet.
• An der Exzenterhülse 10 ist eine Vertiefung 14 vorgesehen, welche eine bezüglich der Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4 koaxiale Bodenfläche 15 aufweist. In dieser Vertiefung ist ein Steuerring 16 drehbar gelagert. Eine Drehwinkelstellung des Steuerrings 16 bezüglich der Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4 ist mittels einer Stelleinrichtung 17, welche hier lediglich ausschnittsweise dargestellt ist, einstellbar. Dieses Einstellen erfolgt dabei in Abhängigkeit von einem Kurbelwellendrehwinkel der Kurbelwelle 3. Die Stelleinrichtung 17 verfügt über eine Führungsstange 18, die an dem Steuerring 16 befestigt ist. Dabei schneidet bevorzugt eine gedachte Verlängerung der Führungsstange 18 die Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4. Weiterhin sind Sperrausnehmungen 19 bis 21 einer Sperreinrichtung 22 dargestellt, wobei die Sperrausnehmung 19 der Exzenterhülse 10, die Sperrausnehmung 20 dem Steuerring 16 und die Sperrausnehmung 21 einer Kurbelwellenwange 23 zugeordnet ist. Über die Kurbelwellenwange 23 und eine ihr bezüglich des Kurbelzapfens 4 gegenüberliegenden weiteren Kurbelwellenwange 24 ist der Kurbelzapfen 4 starr mit der Kurbelwelle 3 verbunden. Die 2 zeigt eine teilweise geschnittene Detailansicht des Bereichs des Kurbeltriebs 2 um die Kurbelwellenwange 23. Zu erkennen sind zunächst weitere Details der Sperreinrichtung 22. Die Sperreinrichtung 22 verfügt über ein Führungselement 25, welches in der vorliegenden Ausführungsform als Halbring vorliegt. Der Halbring weist einen Innendurchmesser auf, welcher vorzugsweise größer ist als der Außendurchmesser des Steuerrings 16. Das Führungselement 25 ist um eine Führungsachse 26 drehbar gelagert, welche senkrecht auf der Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4 steht. Zu diesem Zweck ist es beispielsweise an dem Steuerring 16 gelagert. Die Führungsachse 26 ist mithin ortsfest bezüglich der Exzenterhülse 10. An dem Führungselement 25 ist ein Sperrelement 27 beziehungsweise Eingriffsteil vorgesehen, das hier rein beispielhaft als trapezförmige Platte ausgebildet ist. Das Sperrelement 27 weist dabei Abmessungen in axialer Richtung auf, welche größer sind als die Abmessungen der Sperrausnehmung 19 in axialer Richtung. Dabei sollen die Abmessungen des Sperrelements 27 jedoch kleiner sein als die Summe aus den Abmessungen der Sperrausnehmung 19 und den Abmessungen entweder der Sperrausnehmung 20 oder der Sperrausnehmung 21, jeweils in axialer Richtung gesehen. Bevorzugt sind die Abmessungen der Sperrausnehmungen 20 und 21 in axialer Richtung gleich. Gleichzeitig weisen die Sperrausnehmungen 19, 20 und 21 einen gemeinsamen Grund 28 auf. Der Grund 28 der jeweiligen Sperrausnehmungen 19 bis 21 fluchtet entsprechend mit dem Grund 28 der beiden jeweils anderen Sperrausnehmungen.
• Das Sperrelement 27 beziehungsweise das Führungselement 25 kann nun in drei verschiedene Einstellungen beziehungsweise Stellungen gebracht werden, nämlich in eine erste Einstellung, eine zweite Einstellung und eine Zwischeneinstellung. Dargestellt ist hier die zweite Einstellung. In dieser greift das Sperrelement 27 sowohl in die Sperrausnehmung 19 als auch die Sperrausnehmung 20 ein, sodass die Exzenterhülse 10 bezüglich des Steuerrings 16 in Umfangsrichtung festgesetzt ist. Die Exzenterhülse 10 ist also drehfest mit dem Steuerring 16 verbunden. In der ersten Einstellung dagegen greift das Sperrelement 27 in die Sperrausnehmungen 19 und 21 ein, nicht jedoch in die Sperrausnehmung 20. Entsprechend sind in der ersten Einstellung die Exzenterhülse 10 und die Kurbelwellenwange 23 beziehungsweise der von dieser ausgehende Kurbelzapfen 4 gegeneinander festgesetzt, also drehfest miteinander verbunden. In der Zwischeneinstellung liegt das Sperrelement 27 wenigstens teilweise in allen drei Sperrausnehmungen 19 bis 21 vor, sodass die Exzenterhülse 10 sowohl mit dem Steuerring 16 als auch mit dem Kurbelzapfen 4 drehfest verbunden ist. Dies dient dazu, während des Umschaltens von der ersten Einstellung in die zweite Einstellung ein Auswandern der Exzenterhülse 10 aufgrund von auftretenden Kräften zu verhindern.
• Die Verlagerung des Führungselements 25 beziehungsweise des Sperrelements 27 ist mithilfe einer Verlagerungseinrichtung 29 vorgesehen, welche einen bezüglich der Kurbelwellendrehachse 5 in Umfangsrichtung verlaufenden Kanal 30 aufweist. Zumindest während eines bestimmten Kurbelwellendrehwinkelbereichs liegt ein Führungszapfen 31, der an dem Führungselement 25 befestigt ist, in diesem Kanal 30 vor. Bei einer Verlagerung der Verlagerungseinrichtung 29 in Richtung des Doppelpfeils 32 kann entsprechend eine Verlagerung des Führungselements 25 und mithin des Sperrelements 27 von der zweiten Einstellung in die erste Einstellung beziehungsweise umgekehrt, insbesondere über die Zwischeneinstellung, erreicht werden. Die Stelleinrichtung 17 verfügt neben der Führungsstange 18 über eine Führungshülse 33, in welcher die Führungsstange 18 in axialer Richtung – bezüglich einer Längsachse 34 der Führungsstange 18 – gelagert ist. Diese Führungshülse 33 ist um eine Schwenkachse 35 an einem Schwenkhebel 36 drehbar gelagert.
• Die 3 zeigt eine Seitenschnittansicht eines Bereichs des Kurbeltriebs 2. Dabei sind aus Gründen der Übersichtlichkeit die Kurbelwellenwangen 23 und 24 nicht dargestellt. Hinsichtlich des dargestellten Aufbaus des Kurbeltriebs 2 wird auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Zusätzlich ist nun zu erkennen, dass der Kanal 30 sich aus einem Einlaufbereich 37 und einem Stellbereich 38 zusammensetzt. Der Einlaufbereich 37 ist auf seiner dem Stellbereich 38 abgewandten Ende in axialer Richtung aufgeweitet, sodass ein zuverlässiges Einlaufen des Führungszapfens 31 in den Kanal 30 gewährleistet ist. Die Drehrichtung der Kurbelwelle 3 und damit die Bewegungsrichtung des Führungszapfens 31 sind durch den Pfeil 39 angedeutet. Der Einlaufbereich 37 ist mithin in Drehrichtung vor dem Stellbereich 38 vorgesehen, sodass bei dem Betreiben der Brennkraftmaschine 1 der Führungszapfen stets zunächst in den Einlaufbereich 37 und aus diesem in den Stellbereich 38 gelangt.
• Die 4 zeigt eine schematische Darstellung des Kurbeltriebs 2 mit der Stelleinrichtung 17. Aus Gründen der Übersichtlichkeit sind lediglich einzelne Elemente, insbesondere der Steuerring 16, angedeutet. Es wird wiederum auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen. Der Schwenkhebel 36 ist um eine ortsfeste Kippachse 40 gelagert, beispielsweise in einem an einem Kurbelwellengehäuse der Brennkraftmaschine 1 befestigten Lager 41. Zusätzlich ist er mittels einer Feder 42 federkraftbeaufschlagt. Zu diesem Zweck ist die Feder 42 mit ihrem einen Ende beispielsweise auf der der Führungshülse 33 abgewandten Seite der Kippachse 40 an dem Schwenkhebel 36 befestigt und mit ihrem anderen Ende ortsfest, insbesondere an dem Kurbelwellengehäuse, aufgehängt. Die von der Feder 42 erzeugte Federkraft drängt den Schwenkhebel beziehungsweise die Führungshülse 33 in eine erste Hülsenposition, welche in der 4 dargestellt ist.
• Gleichzeitig drängt die Federkraft den Schwenkhebel 36 in Richtung eines Schwenknockens 43, der um eine Nockenachse 44 drehbar gelagert ist, und, insbesondere mit derselben Drehzahl wie die Kurbelwelle 3, bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine 1 in Richtung des Pfeils 45 dreht. Die Stelleinrichtung 17 und insbesondere der Schwenknocken 43 sind dabei derart ausgebildet, dass die Schwenkachse 35 in der ersten Hülsenposition mit der Kurbelwellendrehachse 5 zusammenfällt. Die erste Hülsenposition liegt dabei bevorzugt in dem oberen Totpunkt des Kolbens vor. Weiterhin ist der Schwenknocken 43 bevorzugt derart ausgebildet, dass die Schwenkachse 35 in einem Kurbelwellendrehwinkelbereich von 2α, bevorzugt um den oberen Totpunkt herum, mit der Kurbelwellendrehachse 5 zusammenfällt. Dies ist durch die Winkelangaben –α und +α angedeutet. Außerhalb dieses Kurbelwellendrehwinkelbereichs bewirkt der Schwenknocken 43 eine Verlagerung der Führungshülse 33 aus ihrer ersten Hülsenposition heraus, wobei sich die Schwenkachse 35 entlang der strichpunktierten Linie verschiebt. Der Verlauf des Schwenkhebels 36 in der zweiten Hülsenposition ist durch die gestrichelte Linie angedeutet. Die zweite Hülsenposition ist nochmals in der 5 dargestellt. Der Aufbau des Kurbeltriebs 2 ist zu dem anhand der 4 beschriebenen identisch, sodass insoweit auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird. Insgesamt wird deutlich, dass die Führungsstange 18 zumindest in der ersten Hülsenposition und der zweiten Hülsenposition, welche insbesondere in einem unteren Totpunkt des Kolbens vorliegt, parallel zu der Zylinderachse 51 steht.
• In der 6a sind ein Wegverlauf 46 für die Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4 sowie ein Wegverlauf 47 für die Mittelpunktsachse 13 des Pleuellagers 9 für die erste Einstellung und ein entsprechender Wegverlauf 48 für die zweite Einstellung dargestellt. Es wird deutlich, dass sich die Mittelpunktsachsen 12 und 13 stets auf einer Bahn um die Kurbelwellendrehachse 5 herum bewegen. Weiterhin wird deutlich, dass in einem oberen Totpunkt (angedeutet durch den Pfeil 49) beziehungsweise in einem Bereich von –α bis +α um diesen oberen Totpunkt herum die Wegverläufe 47 und 48 zusammenfallen, während sie in dem unteren Totpunkt (angedeutet durch den Pfeil 50) einen Abstand von 2e aufweisen. Entsprechend wird bei einer derartigen Ausgestaltung der Brennkraftmaschine 1 das Brennraumvolumen beziehungsweise eine Brennraumgeometrie in dem oberen Totpunkt unabhängig von der gewählten Einstellung nicht verändert.
• Die 6b zeigt analog zu der 6a die Wegverläufe 46 bis 48 mit dem Unterschied, dass jetzt in dem oberen Totpunkt die Mittelpunktsachse 13 über der Mittelpunktsachse 12 liegt.
• Die 7 dient der Verdeutlichung der 6. Zu diesem Zweck sind mehrere Stellungen des Kurbelzapfens 4 und der Exzenterhülse 10 bei verschiedenen Kurbelwellendrehwinkeln dargestellt, wobei sich die Sperreinrichtung 22 in der ersten Einstellung befindet. Entsprechend ist die Exzenterhülse 10 bezüglich des Kurbelzapfens 4 festgelegt. Wird nun der Wegverlauf der Mittelpunktsachse 13 aufgetragen, so ergibt sich der Wegverlauf 47 wie in der 6 dargestellt.
• Die 8 dient ebenfalls der Verdeutlichung der 6, wobei die Darstellung analog zu der 7 vorgesehen ist. Im Unterschied zu dieser ist hier jedoch die Sperreinrichtung 22 in der zweiten Einstellung vorgesehen. In dieser lässt die Sperreinrichtung eine Drehbewegung der Exzenterhülse 10 bezüglich des Kurbelzapfens 4 zu. Im einfachsten Fall sorgt daher eine Gewichtskraft dafür, dass die Mittelpunktsachse 13 stets unterhalb der Mittelpunktsachse 12 liegt. In der vorliegenden Ausführungsform wird dies jedoch über die Führungsstange 18 realisiert. Wird nun wiederum der Wegverlauf der Mittelpunktsachse 13 aufgetragen, so ergibt sich der in der 6 dargestellte Wegverlauf 48.
• Die 9 und 10 sind wiederum analog zu den 7 und 8 aufgebaut, wobei jedoch zusätzlich das Führungselement 25 sowie der Führungszapfen 31 dargestellt sind. Die 9 verdeutlicht die Orientierung dieser Elemente in der ersten Einstellung der Sperreinrichtung 22, während die 10 jede Anordnung in der zweiten Einstellung andeutet.
• Insgesamt kann also festgehalten werden, dass bei einem weitgehend bekannten Kurbeltrieb 2 mit dem Hub H zwischen dem Kurbelzapfen 4 und dem Pleuellager 9 eine Exzenterhülse 10 eingebaut ist. Die Mittelpunktsachse eines äußeren Zylinders dieser Exzenterhülse 10 ist identisch mit der Mittelpunktsachse 13 des Pleuellagers 9. Die Mittelpunktsachse eines inneren Zylinders der Exzenterhülse 10 ist dagegen identisch mit der Mittelpunktsachse 12 des Hubzapfens 4. Der Abstand zwischen den beiden Mittelpunktsachsen 12 und 13 stellt die Exzentrizität e dar. Wird nun die Exzenterhülse 10 bezüglich des Kurbelzapfens 4 arretiert, sodass in dem oberen Totpunkt die Mittelpunktsachse 13 unter der Mittelpunktsachse 12 liegt, so wird die Mittelpunktsachse 13 eine Kreisbahn um die Kurbelwellendrehachse 5 mit einem Durchmesser von H – 2e beschreiben. Der Kolbenhub ist also H – 2e.
• Um einen von diesem Hub unterschiedlichen Hub zu erzeugen, wird die Arretierung zwischen der Exzenterhülse 10 und dem Kurbelzapfen 4 aufgehoben, insbesondere in einem Kurbelwellendrehwinkelbereich um den oberen Totpunkt herum. Mithin liegt also die zweite Einstellung vor. In dieser zweiten Einstellung wird mithilfe einer Kinematik, die insbesondere den Steuerring 16 umfasst, dafür gesorgt, dass die Mittelpunktsachse 13 stets unter der Mittelpunktsachse 12 liegt. Dabei kann es vorgesehen sein, dass eine durch die Mittelpunktsachsen 12 und 13 verlaufende Ebene stets parallel zu einer Mittelpunktsachse des Zylinders verläuft. In der zweiten Einstellung beschreibt die Mittelpunktsachse 13 ebenfalls eine Kreisbahn, jedoch mit dem Durchmesser H, sodass ein größerer Kolbenhub vorliegt. Mit einer derartigen Ausführung des Kurbeltriebs 2 wird erreicht, dass die Kolbenstellung in dem oberen Totpunkt und damit. auch das Brennraumvolumen beziehungsweise die Brennraumgeometrie in dem oberen Totpunkt stets gleich bleiben. Der Unterschied zwischen den Hüben von 2e bewirkt bei gleichem Kompressionsvolumen eine gewünschte Änderung der Verdichtung. Diese Änderung hängt lediglich von dem Verhältnis e zu H ab und kann mehrere Verdichtungseinheiten betragen.
• Es ist eindeutig, dass in der zweiten Einstellung die Kinematik der Exzenterhülse 10 von dem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt lediglich von untergeordneter Bedeutung ist. Lediglich in beziehungsweise in der Nähe des unteren Totpunkts muss die Bedingung erfüllt sein, dass die Mittelpunktsache 13 in der Verlängerung der Zylinderachse unter der Mittelpunktsachse 12 liegt. Dies wird beispielsweise erreicht, indem sich auf der Exzenterhülse 10 der Steuerring 16 befindet. Die Drehachse dieses Steuerrings 16 ist die Mittelpunktsachse 13. An dem Steuerring 16 ist die Führungsstange 18 starr befestigt. Diese gleitet in der Führungshülse 33 entlang ihrer Längsachse 34. Die Führungshülse 33 ist um die Schwenkachse 35, die sich an einem Ende des Schwenkhebels 36 befindet, drehbar. Das andere Ende des Schwenkhebels 36 ist um die Kippachse 40, welche beispielsweise ortsfest an dem Kurbelgehäuse vorliegt, schwenkbar. Der Schwenknocken 43, der sich synchron mit der Kurbelwelle 3 um die Nockenachse 44 dreht, versetzt den Schwenkhebel 36 in Bewegung. Der Schwenknocken 43 hat in einem Winkelbereich 2a einen Grundkreis, der so ausgelegt ist, dass die Schwenkachse 35 in einem Bereich von –α bis +α um den oberen Totpunkt auf der Kurbelwellendrehachse 5 der Kurbelwelle 3 zu liegen kommt.
• Dadurch wird erreicht, dass innerhalb des Kurbelwellendrehwinkelbereichs der Steuerring 16 keine Relativbewegung zu der an dem Kurbelzapfen 4 arretierten Exzenterhülse 10 beschreibt. In diesem Kurbelwellendrehwinkelbereich kann die Umschaltung der Arretierung der Exzenterhülse 10 von dem Kurbelzapfen 4 auf den Steuerring 16 vorgenommen werden. Ab einem Kurbelwellendrehwinkel von α nach dem oberen Totpunkt bewegt sich die Führungshülse 33 nach unten und hält über die Führungsstange den Steuerring 16, welcher nun mit der Exzenterhülse 10 arretiert ist, stets so, dass die Mittelpunktsachse 13 unter der Mittelpunktsachse 12 liegt. Die durch beide Mittelpunktsachsen 12 und 13 verlaufende Ebene ist jetzt in weiten Bereichen des Kurbelwellendrehwinkels nicht mehr parallel zu der Zylinderachse. Erst in der Nähe des unteren Totpunkts beziehungsweise in diesem ist dies wieder der Fall. Der Kolbenhub beträgt nun H. Das Kolbenbewegungsgesetz weicht lediglich geringfügig von dem vorgenannten Fall ab, für welchen die durch die Mittelpunktsachsen 12 und 13 verlaufende Ebene stets parallel zu der Zylinderachse ist.
• Das Umschalten von dem großen Hub, für welchen die Exzenterhülse 10 mit dem Steuerring 16 arretiert ist, auf den kleinen Hub, für welchen die Exzenterhülse 10 mit dem Kurbelzapfen 4 arretiert ist, geschieht ebenfalls in dem Kurbelwellendrehwinkelbereich von 2α um den oberen Totpunkt herum. Weil auf die Exzenterhülse 10 auch im Bereich um den oberen Totpunkt herum Kräfte wirken, die lediglich genau in dem oberen Totpunkt gleich Null sind, muss das Umschalten derart erfolgen, dass sich die Exzenterhülse 10 während dem Umschalten nicht verdrehen kann. Das bedeutet, dass bevor eine Arretierung ganz aufgehoben wird, die andere schon teilweise eingeleitet sein muss. Dies wird erzielt, indem an dem Führungselement 25, welches schwenkbar um die Führungsachse 26 an der Exzenterhülse 10 befestigt ist, ein Sperrelement 27 angebracht wird, welches geführt von dem Führungselement 25 in den Sperrausnehmungen 19 bis 21 bewegt werden kann. In der in der 2 links vorliegenden Position des Sperrelements 27 greift dieses in die Sperrausnehmung 20 des Steuerrings 16, in der rechten in die Sperrausnehmung 21 des Kurbelzapfens 4 beziehungsweise der Kurbelwellenwange 23 ein. In beiden Positionen liegt das Sperrelement 27 stets in der Sperrausnehmung 19 der Exzenterhülse 10 vor, sodass das jeweilige Element bezüglich dieser festgesetzt ist.
• Bei einem Wechsel der Arretierung, bei welchem sich das Führungselement 25 beispielsweise von links nach rechts oder umgekehrt bewegt, sind in einer Zwischeneinstellung alle drei Bauteile, nämlich die Exzenterhülse 10, der Steuerring 16 und die Kurbelwellenwange 23 über das Sperrelement 27 miteinander verbunden, sodass keine Verdrehung der Exzenterhülse 10 erfolgen kann. Erst wenn das Sperrelement 27 ihre linke und rechte Position vollständig erreicht hat, sind nur noch die jeweils beiden gewünschten Elemente miteinander verbunden. Der Wechsel der Arretierung wird mithilfe des Führungszapfens 31 vorgenommen, welcher beispielsweise als ballige Rolle ausgeführt ist. Der Führungszapfen 31 ist an dem Führungselement 25 befestigt und greift in Abhängigkeit von dem Kurbelwellendrehwinkel in den Kanal 30 der Verlagerungseinrichtung 29 ein.
• Die Verlagerungseinrichtung 29 beziehungsweise der Kanal ist mithilfe einer hier nicht dargestellten Vorrichtung, parallel zu der Kurbelwellendrehachse 5 verlagerbar. In Abhängigkeit von Position der Verlagerungseinrichtung 29 wird das Führungselement 25 nach links oder rechts verschoben. Die Verlagerung der Verlagerungseinrichtung 29 muss selbstredend spätestens bis zum Erreichen des Kurbelwellendrehwinkels –α vor dem oberen Totpunkt erfolgt sein, weil ansonsten für das Verschwenken des Führungselements 25 zu wenig Zeit übrig bleibt. Durch eine geeignete Vorrichtung, beispielsweise eine federbelastete Kugel, die in vorgesehene Vertiefungen einrastet, wird das Führungselement 25, auf welches praktisch keine Kräfte wirken, auch nach dem Verlassen des Kanals 30 durch den Führungszapfen 31 in der jeweiligen Einstellung gehalten. Weil für eine Verdichtungsänderung die Exzentrizität der Exzenterhülse 10 nicht sehr groß sein muss, sind die auf sie wirkenden Kräfte gering. Dies führt auch zu kleinen Kräften beziehungsweise Belastungen für alle anderen Bauteile, insbesondere dem Steuerring 16, dem Sperrelement 27, der Führungsstange 18 und so weiter. Entsprechend ist die Reibmitteldruckerhöhung sehr gering, sodass der durch die optimal gewählte Verdichtung erzielte höhere thermodynamische Wirkungsgrad auch zur Steigerung des Gesamtwirkungsgrads, vorzugsweise über das gesamte Kennfeld der Brennkraftmaschine 1 hinweg, führt.
• Bezugszeichenliste

1

Brennkraftmaschine

2

Kurbeltrieb

3

Kurbelwelle

4

Kurbelzapfen

5

Kurbelwellendrehachse

6

Pleuel

7

Pleuelstange

8

Pleuelauge

9

Pleuellager

10

Exzenterhülse

11

Exzenterhülsenausnehmung

12

Mittelpunktsachse (Hubzapfen)

13

Mittelpunktsachse (Pleuellager)

14

Vertiefung

15

Bodenfläche

16

Steuerring

17

Stelleinrichtung

18

Führungsstange

19

Sperrausnehmung

20

Sperrausnehmung

21

Sperrausnehmung

22

Sperreinrichtung

23

Kurbelwellenwange

24

Kurbelwellenwange

25

Führungselement

26

Führungsachse

27

Sperrelement

28

Grund

29

Verlagerungseinrichtung

30

Kanal

31

Führungszapfen

32

Doppelpfeil

33

Führungshülse

34

Längsmittelachse (Führungsstange 18)

35

Schwenkachse

36

Schwenkhebel

37

Einlaufbereich

38

Stellbereich

39

Drehrichtung der Kurbelwelle

40

Kippachse

41

Lager

42

Feder

43

Schwenknocken

44

Nockenachse

45

Drehrichtung des Schwenknockens

46

Wegverlauf

47

Wegverlauf

48

Wegverlauf

49

Oberer Totpunkt

50

Unterer Totpunkt

51

Zylinderachse

Claims (8)

1. Brennkraftmaschine (1) mit wenigstens einer zumindest einen Kurbelzapfen (4) aufweisenden Kurbelwelle (3) und mit mindestens einem Kolben, der über einen Pleuel (6) mit dem Kurbelzapfen (4) wirkverbunden ist, wobei der Pleuel (6) in einem Pleuelauge (8) ein Pleuellager (9) aufweist, mit dem es über eine Exzenterhülse (10) auf dem Kurbelzapfen (4) gelagert ist, wobei eine Sperreinrichtung (22) vorgesehen ist, die die Exzenterhülse (10) in einer ersten Einstellung drehfest an dem Kurbelzapfen (4) festsetzt und in einer zweiten Einstellung eine Drehbewegung der Exzenterhülse (10) bezüglich des Kurbelzapfens (4) permanent zulässt, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterhülse (10) eine Vertiefung (14) mit einer bezüglich der Mittelpunktsachse (12) des Hubzapfens (4) koaxialen Bodenfläche (15) aufweist, wobei in der Vertiefung (14) ein bezüglich der Exzenterhülse (10) drehbar gelagerter Steuerring (16) angeordnet ist, der in der zweiten Einstellung drehfest bezüglich der Exzenterhülse (10) festgesetzt ist, wobei eine Drehwinkelstellung des Steuerrings (16) bezüglich der Mittelpunktsachse (12) des Hubzapfens (4) mittels einer Stelleinrichtung (17) in Abhängigkeit von einem Kurbelwellendrehwinkel der Kurbelwelle (4) einstellbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass sowohl in der ersten Einstellung als auch in der zweiten Einstellung die Exzenterhülse (10) derart angeordnet ist, dass in einem oberen Totpunkt des Kolbens eine Mittelpunktsachse (12) des Kurbelzapfens (4) oberhalb oder unterhalb einer Mittelpunktsachse (13) des Pleuellagers (9) liegt.
3. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Stelleinrichtung (17) eine an dem Steuerring (16) befestigte Führungsstange (18) aufweist, die zumindest in dem oberen Totpunkt und/oder einem unteren Totpunkt parallel zu einer Zylinderachse (51) steht.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsstange (18) in einer Führungshülse (33) axial verlagerbar geführt ist, wobei die Position der Führungshülse (33) zumindest zwischen einer ersten Hülsenposition und einer zweiten Hülsenposition verstellbar ist.
5. Brennkraftmaschine nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungshülse (33) um eine Schwenkachse (35) schwenkbar an einem Schwenkhebel (36) gelagert ist, der in Abhängigkeit von dem Kurbelwellendrehwinkel um eine ortsfeste, parallel zu der Kurbelwellendrehachse (5) angeordnete Kippachse verkippbar ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwenkhebel (36) für das Verschwenken mit einem Schwenknocken (43) wirkverbunden ist, der derart ausgebildet ist, dass die Schwenkachse (35) in einem bestimmten Kurbelwellendrehwinkelbereich des Kurbelwellendrehwinkels mit der Kurbelwellendrehachse (5) zusammenfällt.
7. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sperreinrichtung (22) eine Zwischeneinstellung aufweist, in der die Exzenterhülse (10) sowohl bezüglich des Kurbelzapfens (4) als auch des Steuerrings (16) festgesetzt ist.
8. Brennkraftmaschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterhülse (10), der Steuerring (16) und eine Kurbelwellenwange (23) korrespondierende Sperrausnehmungen (19, 20, 21) aufweisen, wobei ein Sperrelement (27) in der ersten Einstellung in die Sperrausnehmungen (19, 21) von Exzenterhülse (10) sowie Kurbelwellenwange (23) und in der zweiten Einstellung in die Sperrausnehmungen (19, 20) von Exzenterhülse (10) sowie Steuerring (16) eingreift.

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