-
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, wobei die Brennkraftmaschine einen Kurbeltrieb aufweist, mittels welchem ein Kolben der Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle wirkverbunden ist und der ein Kolbenpleuel aufweist, welcher an dem Kolben und an einem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert ist, wobei die Lagerung an dem Hubzapfen über einen bezüglich des Hubzapfens drehbaren Exzenter vorgesehen ist. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Brennkraftmaschine.
-
Verfahren der eingangs genannten Art sind aus dem Stand der Technik bekannt. Die Brennkraftmaschine weist wenigstens einen Kolben auf, welcher in einem Zylinder der Brennkraftmaschine verlagerbar ist. Üblicherweise weist die Brennkraftmaschine mehrerer derartiger Kolben auf. Jeder Kolben ist nun mit der Kurbelwelle wirkverbunden. Zu diesem Zweck ist jeweils ein Kurbeltrieb vorgesehen, mittels welchem die translatorische Bewegung des Kolbens in die rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt wird. Der Kurbeltrieb weist dazu den Kolbenpleuel auf, über welchen der Kolben mit der Kurbelwelle wirkverbunden ist. Dabei ist der Kolbenpleuel sowohl an dem Kolben beziehungsweise an einem Kolbenschaft als auch an dem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert. Letzterer ist exzentrisch, also beispielsweise parallel beabstandet, zu einer Drehachse der Kurbelwelle angeordnet. Der Exzenter ist bezüglich des Hubzapfens drehbar, so dass über ihn der Abstand zwischen einer Mittelpunktsachse des Hubzapfens und einer Mittelpunktsachse der Lagerstelle von dem Kolbenpleuel an dem Kolben einstellbar ist. Der Exzenter kann beispielsweise mit 0,5-facher Drehzahl der Kurbelwelle angetrieben werden. Auf diese Weise können in einem Ansaugtakt und einem Verdichtungsakt unterschiedliche Kolbenhübe des Kolbens bezüglich des Zylinders erzielt werden.
-
Es ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine vorzustellen, mittels welchem die thermodynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine, insbesondere hinsichtlich der Verbrennung eines Kraftstoffs, weiter verbessert werden können.
-
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
US 6,453,869 B1 bekannt. Diese zeigt eine Brennkraftmaschine mit einem auf einer Kurbelwelle angeordneten Exzenter, der mit derselben Drehzahl wie die Kurbelwelle angetrieben wird. Der Stand der Technik zeigt weiterhin die Druckschriften
DE 10 2009 006 633 A1 ,
DE 10 2008 032 665 A1 sowie
US 3,861,239 .
-
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass der Exzenter mit einer größeren Drehzahl als die Kurbelwelle angetrieben wird, um einen alternierenden Hub des Kolbens zu erzielen. Die Drehzahl des Exzenters bezüglich des Hubzapfens soll also nicht kleiner oder gleich der Drehzahl der Kurbelwelle sein, sondern vielmehr größer. Auf diese Weise wird der Kolbenhub des Kolbens während der Arbeitstakte der Brennkraftmaschine, insbesondere einem Ansaugtakt, einem Verdichtungstakt, einem Verbrennungstakt und einem Ausschiebetakt, variiert, sodass mithin optimale thermodynamische Eigenschaften erreicht werden.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drehzahl des Exzenters derart gewählt wird, dass der Kolben im Bereich zumindest eines Wendepunkts, insbesondere eines unteren Totpunkts, über einen bestimmten Zeitraum um den Wendepunkt herum bezüglich eines ihm zugeordneten Zylinders ortsfest ist. Der Kolben beschreibt eine translatorische Bewegung innerhalb des Zylinders. Mithin weist die Bewegung zwei Wendepunkte auf, nämlich den unteren Totpunkt und einen oberen Totpunkt, in welchen sich jeweils die Bewegungsrichtung des Kolbens umkehrt. Befindet sich der Kolben genau in dem Wendepunkt, so liegt Stillstand vor, die Geschwindigkeit des Kolbens bezüglich des Zylinders ist also gleich null. Durch entsprechende Auswahl der Drehzahl des Exzenters bezüglich des Hubzapfens kann nun der Zeitraum vergrößert werden, in welchem der Kolben bezüglich des Zylinders stillsteht, also ortsfest ist. Insbesondere soll sich der Zeitraum um den Wendepunkt herum erstrecken, also nicht lediglich genau in diesem vorliegen.
-
Der Zeitraum kann dabei temporär verstanden werden, oder aber als Kurbelwellenwinkelbereich. Der Kurbelwellenwinkelbereich beträgt beispielsweise mindestens 5°, mindestens 10°, mindestens 15°, mindestens 20°, mindestens 25°, mindestens 30°, mindestens 35°, oder mindestens 40° um den Wendepunkt herum, insbesondere symmetrisch. Durch den Stillstand um den Wendepunkt herum wird die Geschwindigkeit des Kolbens nach dem unmittelbar vorhergehenden Wendepunkt und vor dem Stillstand beziehungsweise nach dem Stillstand und vor dem unmittelbar nachfolgenden Wendepunkt deutlich vergrößert. Der untere Totpunkt liegt beispielsweise zwischen dem Ansaugtakt und dem Verdichtungstakt vor, womit die Geschwindigkeit des Kolbens in diesen gemäß den vorstehenden Ausführungen vergrößert wird. In dem Ansaugtakt bewirkt die schnelle Bewegung des Kolbens eine hohe Ladungsbewegung beziehungsweise Turbulenz, sodass eine Durchmischung des in dem Zylinder beziehungsweise in dessen Brennraum vorliegenden Brennstoff-Luft-Gemischs deutlich verbessert wird. In dem Verdichtungstakt wird durch die höhere Geschwindigkeit des Kolbens ein schnelleres Verdichten und mithin eine Reduktion der Klopfneigung erzielt.
-
Um den oberen Totpunkt herum liegen dagegen der Verbrennungstakt und der Ausschiebetakt vor. Auch in diesen kann die Geschwindigkeit des Kolbens vergrößert werden. Damit wird in dem Verbrennungstakt ein schnelleres Expandieren bewirkt, sodass geringere Wandwärmeverluste auftreten. Entsprechend wird ein in dem Zylinder vorliegender Druck, welcher durch die Verbrennung bewirkt wird, effizienter in mechanische Arbeit umgesetzt. Bevorzugt wird die Drehzahl des Exzenters derart gewählt, dass lediglich im Bereich des unteren Totpunkts der Zylinder über den bestimmten Kurbelwellenwinkelbereich, welcher größer als 0° ist, bezüglich des Zylinders ortsfest bleibt. Für den oberen Totpunkt ist dies üblicherweise nicht vorgesehen, wenngleich sich der lange Aufenthalt des Kolbens in dem unteren Totpunkt auch auf die den oberen Totpunkt umgebenden Arbeitstakte auswirkt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Drehzahl des Exzenter derart gewählt wird, dass der Hub des Kolbens bezüglich des Zylinders während eines Ansaugtakts und eines Verdichtungstakts kleiner ist als während eines Verbrennungstakts und eines Ausschiebetakts. Wie bereits vorstehend erwähnt, kann die Drehzahl derart gewählt sein, dass der Kolben in dem zumindest einen Wendepunkt bezüglich des Zylinders während des bestimmten Zeitraums ortsfest ist. Dies wird üblicherweise, zumindest teilweise, dadurch erzielt, dass der Hub des Kolbens in den Arbeitstakten, zwischen welchen der Wendepunkt vorliegt, verringert ist. Hier ist es nun vorgesehen, dass der Hub während des Verbrennungstakts und des Ausschiebetakts größer ist als während des Ansaugtakts und des Verdichtungstakts. Dabei bleibt beispielsweise der obere Totpunkt unverändert, während der Hub des Kolbens, ausgehend von diesem, für die einzelnen Arbeitstakte verschieden ist. Mithin verändert sich also lediglich der untere Totpunkt des Kolbens.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Exzenter mit einer Drehzahl angetrieben wird, die der 1,5-fachen Drehzahl der Kurbelwelle entspricht. Bei einer derartigen Drehzahl des Exzenters stellt sich eine besonders lange Verweilzeit des Kolbens in dem unteren Totpunkt nach dem Ansaugtakt ein, was zu sehr großen Kolbenweggradienten beziehungsweise einer sehr großen Geschwindigkeit des Kolbens während des Ansaugtakts und des Verdichtungstakts führt. Auf die einzelnen Vorteile wurde bereits vorstehend eingegangen. Bei der 1,5-fachen Drehzahl wird üblicherweise ein Zeitraum beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereich, während welchem der Kolben in dem unteren Totpunkt ortsfest ist, von mindestens 30° erzielt. Entsprechend stark ist die Beschleunigung des Kolbens nach diesem Zeitraum. Weiterhin beträgt der Hub des Kolbens in dem Ansaugtakt und dem Verdichtungstakts höchstens 60%, höchstens 70%, höchstens 75%, oder höchstens 80% von dem Hub des Kolbens in dem Verbrennungstakt und dem Ausschiebetakt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Exzenter entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle angetrieben wird. Auf diese Weise werden die vorstehend genannten Vorteile erzielt.
-
Die Erfindung betriff weiterhin eine Brennkraftmaschine, insbesondere zur Durchführung des vorstehend beschriebenen Verfahrens, wobei die Brennkraftmaschine einen Kurbeltrieb aufweist, mittels welchem ein Kolben der Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle wirkverbunden ist und der ein Kolbenpleuel aufweist, welcher an dem Kolben und an dem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert ist, wobei die Lagerung an dem Hubzapfen über einen bezüglich des Hubzapfens drehbaren Exzenter vorgesehen ist. Dabei soll der Exzenter mit einer größeren Drehzahl als die Kurbelwelle angetrieben werden, um einen alternierenden Hub des Kolbens zu erzielen. Auf die Vorteile einer derartigen Ausführungsform der Brennkraftmaschine wurde bereits eingegangen. Selbstverständlich kann die Brennkraftmaschine beziehungsweise das zu deren Betrieb verwendete Verfahren gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein. Auch können die nachstehenden Ausführungen auf die dem Verfahren zugrundeliegende Ausführungsform der Brennkraftmaschine angewandt werden.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Exzenter über ein Exzentergetriebe, insbesondere von der Kurbelwelle, angetrieben wird. Um den Exzenter synchron zu der Kurbelwelle anzutreiben, ist das Exzentergetriebe vorgesehen. Über dieses ist beispielsweise eine Wirkverbindung zwischen dem Exzenter und der Kurbelwelle hergestellt, sodass ein Antrieb des Exzenters durch die Kurbelwelle über das Exzentergetriebe erfolgt. Die Übersetzung des Exzentergetriebes ist dabei derart gewählt, dass die Drehzahl des Exzenters größer ist als die Drehzahl der Kurbelwelle, insbesondere das 1,5-fache von letzterer beträgt.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass dem Exzenter ein Exzenterzahnrad zugeordnet ist, das mit einem koaxial zu der Kurbelwelle angeordneten Antriebszahnrad einer Antriebswelle kämmt. Die Antriebswelle erstreckt sich in Längsrichtung der Kurbelwelle bevorzugt derart weit, dass mit ihr alle an der Kurbelwelle beziehungsweise deren Hubzapfen angeordnete Exzenter der Brennkraftmaschine antreibbar sind. Dabei kann die Antriebswelle jedoch unterbrochen sein, also nicht durchgängig verlaufen. Insbesondere werden die einzelnen Antriebswellenabschnitte über die Exzenter miteinander verbunden, sodass also zwei benachbarte Antriebswellenabschnitte über den Exzenter beziehungsweise einen der Exzenter miteinander wirkverbunden sind. Die Antriebswelle ist koaxial zu der Kurbelwelle angeordnet, insbesondere in einer zentralen Ausnehmung von dieser. An der Antriebswelle ist das Antriebszahnrad vorgesehen, welches mit dem Exzenterzahnrad kämmt. Das Exzenterzahnrad ist drehfest mit dem Exzenter verbunden, sodass also bei einer Drehbewegung des Antriebszahnrads beziehungsweise der Antriebswelle der Exzenter von der Antriebswelle angetrieben wird. Das Exzenterzahnrad ist ein gewöhnliches Zahnrad, beispielsweise ein Stirnrad, welches dem Exzenter zugeordnet beziehungsweise drehfest mit ihm verbunden ist. Auch eine einstückige Ausführung von Exzenter und einem oder mehreren, insbesondere zwei, Exzenterzahnrädern kann vorgesehen sein.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Antriebswelle mit einem Verstellantrieb wirkverbunden ist, der insbesondere ein Verstellgetriebe aufweist. Es kann wünschenswert sein, den Exzenter nicht ständig mit einer Drehzahl zu betreiben, die proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle ist. Durch eine Variation der Drehzahl des Exzenters beziehungsweise der Exzenter kann ein noch weitergehenderer Einfluss auf die thermodynamischen Eigenschaften der Brennkraftmaschine genommen werden. Aus diesem Grund ist der Verstellantrieb vorgesehen, über welchen ein Phasenversatz zwischen der Kurbelwelle und dem Exzenter eingestellt beziehungsweise eine Differenzdrehzahl zwischen der momentanen Drehzahl des Exzenters und der eigentlich vorgesehenen Drehzahl erzielt werden kann. Der Verstellantrieb weist zu diesem Zweck beispielsweise das Verstellgetriebe auf. Dabei kann es vorgesehen sein, dass das Verstellgetriebe in das Exzentergetriebe integriert ist, beziehungsweise gemeinsam mit diesem ausgebildet ist. Mit Hilfe des Stellantriebs kann also zumindest vorübergehend die Drehzahl des Exzenters von der eigentlich vorgesehenen Drehzahl abweichen, insbesondere auch kleiner als die Drehzahl der Kurbelwelle gewählt werden.
-
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Verstellgetriebe als Planetengetriebe ausgebildet ist. Das Planetengetriebe weist dabei ein Sonnenrad auf, welches vorzugsweise drehfest mit der Antriebswelle verbunden ist. Ferner ist ein Hohlrad vorgesehen, sowie wenigstens ein Planetenrad, welches sowohl mit dem Hohlrad als auch mit dem Sonnenrad kämmt. Das wenigstens eine Planetenrad kann an einem Planetenträger festgesetzt sein, welcher beispielsweise an der Kurbelwelle befestigt ist. Selbstverständlich sind bevorzugt mehrere Planetenräder, insbesondere mindestens drei, vorgesehen. Während eines Normalbetriebs der Brennkraftmaschine steht das Hohlrad still. Entsprechend werden durch die Drehbewegung der Kurbelwelle die Planetenräder beziehungsweise das wenigsten eine Planetenrad in Drehbewegung versetzt. Durch das Stillstehen des Hohlrads wird diese Drehbewegung auf das Sonnenrad aufgeprägt. Entsprechend eines Übersetzungsverhältnisses ist somit die Drehzahl des Exzenters proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle. Durch ein Drehen des Hohlrades kann nun Einfluss auf die Drehzahl des Exzenters genommen werden, sodass diese, zumindest zeitweise, nicht mehr proportional zu der Drehzahl der Kurbelwelle ist. Der Verstellantrieb weist zu diesem Zweck beispielsweise einen elektrischen Antrieb auf, mittels welchem das Hohlrad antreibbar ist.
-
Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
-
1 einen Längsschnitt durch eine Kurbelwelle einer Brennkraftmaschine,
-
2 eine weitere Ansicht der Kurbelwelle,
-
3 eine Explosionsansicht eines Exzenters sowie zweier Exzenterzahnräder,
-
4 den Exzenter mit den an ihm montierten Exzenterzahnrädern,
-
5 eine schematische Darstellung eines Kolbens sowie eines Kolbenpleuels der Brennkraftmaschine in mehreren Arbeitsstellungen, und
-
6 ein Diagramm, in welchem eine Position des Kolbens über einem Kurbelwellenwinkel aufgetragen ist.
-
Die 1 zeigt einen Bereich einer Brennkraftmaschine 1, wobei lediglich eine Kurbelwelle 2 sowie ein Teil eines Kurbeltriebs 3 dargestellt sind. Mit Hilfe des Kurbeltriebs 3 ist wenigstens ein hier nicht dargestellter Kolben der Brennkraftmaschine 1 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden. Diese Wirkverbindung ist dabei über einen Kolbenpleuel 4 hergestellt. Im vorliegenden Ausführungsbeispiel sind vier Kolben und ebenso viele Kolbenpleuel 4 vorgesehen. Jedes Kolbenpleuel 4 ist einerseits an einem der Kolben und andererseits an einem Hubzapfen 5 der Kurbelwelle 2 gelagert. Die Lagerung des Kolbenpleuels 4 an den Hubzapfen 5 ist jeweils über einen Exzenter 6 vorgesehen. Bedingt durch den Exzenter 6 unterscheidet sich eine Längsmittelachse des Hubzapfens 5 von einer Längsmittelachse eines Pleuelauges 7, über welches der Kolbenpleuel 4 an dem Hubzapfen 5 beziehungsweise an dem Exzenter 6 gelagert ist. Zusammenfassend ist der Exzenter 6 auf dem Hubzapfen 5 gelagert, während der Kolbenpleuel 4 mit seinem Pleuelauge 7 den Exzenter 6 umgreift. Entsprechend kann durch eine Drehbewegung des Exzenters 6 die relative Position der Mittelpunktsachsen des Hubzapfens 5 und des Pleuelauges 7 zueinander verändert werden.
-
Zum Antreiben des Exzenters 6 sind ihm jeweils zwei Exzenterzahnräder 8 zugeordnet. Jedes Exzenterzahnrad 8 kämmt mit einem Antriebszahnrad 9 einer Antriebswelle 10. Die Antriebswelle 10 ist dabei nicht durchgängig ausgebildet, sondern liegt vielmehr in mehreren Antriebswellenabschnitten 11 vor. Jeder Antriebswellenabschnitt 11 verfügt über zwei Antriebszahnräder 9, welche jeweils mit einem Exzenterzahnrad 8 in Eingriff stehen, oder über lediglich ein Antriebszahnrad 9 sowie eine Antriebsverbindung zu einem Exzentergetriebe 12. Über die Antriebswellenabschnitte 11 ist also jeweils eine Wirkverbindung zwischen in Längsrichtung der Kurbelwelle 2 (bezüglich ihrer Drehachse 13) benachbarten Exzentern 6 oder zwischen einem der Exzenter 6 und dem Exzentergetriebe 12 hergestellt. Die Antriebswelle 10 und entsprechend auch die Antriebszahnräder 9 sind koaxial zu der Kurbelwelle 2 angeordnet. Das Exzentergetriebe 12 dient in dem hier vorliegenden Beispiel gleichzeitig als Verstellgetriebe 14 eines Verstellantriebs 15. Das Verstellgetriebe 14 ist dabei als Planetengetriebe ausgebildet, verfügt also wenigstens über ein Hohlrad 16, welches beispielsweise mittels eines elektrischen Antriebs des Verstellantriebs 15 antreibbar ist, über ein Sonnenrad 17, welches drehfest mit der Antriebswelle 10 beziehungsweise dem ersten Antriebswellenabschnitt 11 wirkverbunden ist sowie zumindest über ein hier nicht dargestelltes Planetenrad 18, das außerhalb der Drehachse 13 an der Kurbelwelle 2 gelagert ist.
-
Es wird deutlich, dass die Kurbelwelle 2 als gebaute Kurbelwelle 2 vorliegt. Sie besteht insoweit aus mehreren Kurbelwellenabschnitten 19, wobei unmittelbar zueinander benachbarte Kurbelwellenabschnitte 19 jeweils mittels einer Schraubverbindung 20 aneinander befestigt sind. Teilungsebenen 21, in welchen die Kurbelwellenabschnitte 19 aneinanderstoßen liegen jeweils im Bereich des Hubzapfens 5, insbesondere an einem seiner Enden vor.
-
2 zeigt eine weitere Ansicht der Kurbelwelle 2 der Brennkraftmaschine 1, wobei das Verstellgetriebe 14 in einer Explosionsdarstellung abgebildet ist. Es wird deutlich, dass das Sonnenrad 17 in einem Getriebekäfig 22 angeordnet ist, der von zwei Getriebekäfigelementen 23 und 24 gebildet ist, die bei der Montage der Kurbelwelle 2 aneinander befestigt werden. Der Getriebekäfig 22 weist Ausnehmungen 25 für ein oder mehrere Planetenräder 18 auf. Diese Ausnehmungen 25 ermöglichen das gleichzeitige Ineinandergreifen von Sonnenrad 17 und Planetenrad 18 sowie Planetenrad 18 und Hohlrad 16. Das Hohlrad 16 ist dabei außerhalb des Getriebekäfigs 22 angeordnet. Es ist beispielsweise mittels eines elektrischen Stellantriebs des Verstellantriebs 15 drehbar. In einem Normalbetrieb der Brennkraftmaschine 1 ist es jedoch ortsfest. In diesem Normalbetrieb soll die Drehzahl des Exzenters 6 beispielsweise der 1,5-fachen Drehzahl der Kurbelwelle 2 entsprechen. Die Übersetzung des Exzentergetriebes 12 ist also demgemäß gewählt, dass bei stillstehendem Hohlrad 16 dieses Drehzahlverhältnis vorliegt. Die Exzenter 6 sollen dabei entgegen der Drehrichtung der Kurbelwelle 2 angetrieben werden.
-
Die 3 zeigt eine Explosionsdarstellung einer Anordnung aus einem Exzenter 6 und zwei Exzenterzahnrädern. Diese werden bei der Montage der Kurbelwelle 2 aufeinander gesteckt. Dabei weist ein Zahnradlager 26 des Exzenter 6, auf welches jeweils eines der Exzenterzahnräder 8 aufgesteckt wird, vorzugsweise einen unrunden, beispielsweise ovalen, Außenquerschnitt auf (bezüglich einer Mittelpunktsachse 27 des hier nicht dargestellten Hubzapfens 5). Eine Aufnahme 28 des Exzenterzahnrads 8 für das Zahnradlager 26 weist einen entsprechenden unrunden Innenquerschnitt auf, sodass nach dem Aufstecken der Exzenterzahnräder 8 auf den Exzenter 6 eine drehfeste Verbindung zwischen diesen vorliegt. Eine Drehbewegung der Exzenterzahnräder 8 wird also unmittelbar auf den Exzenter 6 aufgeprägt.
-
Die 4 zeigt die Anordnung aus dem Exzenter 6 und den Exzenterzahnrädern 8 nach erfolgter Montage. In dieser Form werden sie auf einen der Hubzapfen 5 der Kurbelwelle 2 aufgesteckt. Eine Hubzapfenaufnahme 29 zur Aufnahme des Hubzapfens 5 weist einen kreisförmigen Querschnitt auf, um eine drehbare Lagerung des Exzenters 6 an der Kurbelwelle 2 zu ermöglichen.
-
Die 5 zeigt eines der Kolbenpleuel 4 sowie einen an diesem gelagerten Kolben 30, der wiederum in einem, lediglich schematisch angedeuteten Zylinder 31 translatorisch beweglich gelagert ist. Erkennbar sind zudem das Pleuelauge 7 des Kolbenpleuels 4, die Mittelpunktsachse 27 des Hubzapfens 5 (nicht dargestellt) sowie eine Mittelpunktsachse 32 des Pleuelauges 7. Angedeutet ist durch den Pfeil 33 zudem eine Drehrichtung des Exzenters 6 sowie durch den Pfeil 34 eine Drehrichtung der Kurbelwelle 2. In der Reihenfolge von links nach rechts zeigen die einzelnen Darstellungen die Anordnung aus Kolbenpleuel 4 und Kolben 30 für einen Kurbelwellenwinkel von 0°; 180°, 360°, 540° und 720°, wobei letztere Stellung wieder der ersten entspricht. Die Drehzahl des Exzenters 6 entspricht der 1,5-fachen Drehzahl der Kurbelwelle 2. Somit ergibt sich für die Mittelpunktsachse 32 des Pleuelauges 7 der schematisch angedeutete Verlauf 35. Der Hubzapfen 5 beziehungsweise Kurbelwellenzapfen bewegt sich gemäß dem Pfeil 34 in Uhrzeigerrichtung, während sich der Exzenter 6 entgegen dieser Drehrichtung dreht.
-
Bei einem Kurbelwellenwinkel von 180° (zweite Darstellung von links) verkürzt der Exzenter 6 die Entfernung zwischen dem Kolben 30 und der Mittelpunktsachse 27 des Hubzapfens 5. Entsprechend beschreibt das Pleuelauge 7 in diesem Bereich eine sehr flache Bahn mit geringer vertikaler Komponente. Auf diese Weise entsteht während eines Ansaugtakts ein kleiner Hub des Kolbens 30 und außerdem eine relativ lange Verweilzeit in einem unteren Totpunkt. Bei einem Kurbelwellenwinkel von 540° (vierte Abbildung von links) verlängert der Exzenter 6 dagegen die Entfernung zwischen dem Kolben 30 und der Mittelpunktsachse 27 des Hubzapfens 5, sodass während des Verbrennungstakts ein maximaler Hub des Kolbens 30 gewährleistet ist. Entsprechend ist erkennbar, dass sich die Distanz zwischen einem oberen, gleichbleibenden Totpunkt – angedeutet durch die Gerade 36 – und dem unteren Totpunkt – angedeutet durch die Geraden 37 und 38 – unterscheiden. Während des Ansaugtakts beziehungsweise Verdichtungstakts liegt ein Hub h1 und während des Verbrennungstakts beziehungsweise des Ausschiebetakts ein Hub h2 vor, wobei h1 < h2 gilt.
-
Die 6 zeigt ein Diagramm, in welchem eine Position s des Kolbens 30 über dem Kurbelwellenwinkel KW in einem Verlauf 39 aufgetragen ist. In einem Bereich von 0° < KW ≤ 180° liegt dabei ein Ansaugtakt 40, in einem Bereich von 180° < KW ≤ 360° ein Verdichtungstakt, in einem Bereich von 360° ≤ KW < 540° ein Verbrennungstakt 42 und in einem Bereich von 540° ≤ KW < 720° ein Ausschiebetakt 43 vor. Unter dem Ausdruck „OT” ist dabei der obere Totpunkt, also einer der Wendepunkte, zu verstehen. Dieser bleibt über den gesamten Kurbelwellenwinkelbereich von 0° < KW ≤ 720° im Wesentlichen konstant. Dies gilt jedoch nicht für den unteren Totpunkt, welcher sich für den Ansaugtakt beziehungsweise Verdichtungstakt und den Verbrennungstakt beziehungsweise den Ausschiebetakt deutlich unterscheidet.
-
Es wird zudem deutlich, dass der Kolben 30 im Bereich des unteren Totpunkts, der zwischen dem Ansaugtakt 40 und dem Verdichtungstakt 41 vorliegt, über einen bestimmten Zeitraum beziehungsweise Kurbelwellenwinkelbereich ΔKW ortsfest bleibt. Dieser Kurbelwellenwinkelbereich Δ beträgt vorzugsweise mindestens 15° oder mindestens 30° um den unteren Totpunkt herum. Für den unteren Totpunkt in dem Verbrennungstakt 42 beziehungsweise dem Ausschiebetakt 43 ist der Kolben 30 dagegen nur genau in dem Totpunkt ortsfest. Der abgebildete Verlauf 39 wird erzielt, indem der Exzenter 6 mit der 1,5-fachen Antriebszahl der Kurbelwelle 2 entgegen deren Drehrichtung angetrieben wird.
