DE102014018895A1

DE102014018895A1 - Multi-joint crank drive for an internal combustion engine with an eccentric shaft actuator comprising a transmission with asymmetrical transmission efficiency

Info

Publication number: DE102014018895A1
Application number: DE102014018895.7A
Authority: DE
Inventors: Christian Prütting; Rene Höller
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2014-12-17
Filing date: 2014-12-17
Publication date: 2016-06-23
Also published as: WO2016096062A1

Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb (10) für eine Brennkraftmaschine (1), die eine Kurbelwelle (2) und mehrere, in Zylindern hin und her bewegliche Kolben (3) umfasst, mit einer Mehrzahl von drehbar auf der Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelgliedern (11), die jeweils durch ein Kolbenpleuel (4) gelenkig mit einem der Kolben (3) und durch ein Anlenkpleuel (20) gelenkig mit einem Exzenter (24) einer Exzenterwelle (8) verbunden sind, einem Stellantrieb (28) mit einem Getriebe (30, 44) zum Drehen der Exzenterwelle (8) und zum Festhaltender Exzenterwelle (8) in einer gewünschten Drehwinkelstellung entgegen einem vom Gas- oder Verbrennungsdruck in den Zylindern der Brennkraftmaschine (1) auf die Exzenterwelle (8) ausgeübten Moment. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Getriebe (30, 44) beim Drehen der Exzenterwelle (8) durch den Stellantrieb (28) einen hohen Wirkungsgrad und beim Halten der Exzenterwelle (8) durch den Stellantrieb (28) einen niedrigen Wirkungsgrad besitzt.The invention relates to a multi-link crank drive (10) for an internal combustion engine (1) comprising a crankshaft (2) and a plurality of pistons (3) which can be moved back and forth in cylinders, having a plurality of coupling links (2) rotatably mounted on the crankshaft (2). 11), each articulated by a Kolbenpleuel (4) with one of the piston (3) and by a Anlenkpleuel (20) with an eccentric (24) of an eccentric shaft (8), an actuator (28) with a transmission ( 30, 44) for rotating the eccentric shaft (8) and for holding the eccentric shaft (8) in a desired angular position against a pressure exerted by the gas or combustion pressure in the cylinders of the internal combustion engine (1) on the eccentric shaft (8). According to the invention, the gearbox (30, 44) has a high degree of efficiency when the eccentric shaft (8) is rotated by the actuator (28) and has a low efficiency when the eccentric shaft (8) is held by the actuator (28).

Description

Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1, eine Brennkraftmaschine gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 7 und ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 8.The invention relates to a multi-link crank drive for an internal combustion engine according to the preamble of claim 1, an internal combustion engine according to the preamble of claim 7 and a method for operating a multi-link crank drive according to the preamble of claim 8.

Mehrgelenkskurbeltriebe werden bei Brennkraftmaschinen mit variablem Verdichtungsverhältnis (variable compression ratio engines) eingesetzt, bei denen durch die Anpassung des Verdichtungsverhältnisses an die Lastanforderungen beträchtliche Kraftstoffeinsparungen erzielt werden können. Brennkraftmaschinen mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb der eingangs genannten Art sind zum Beispiel aus der DE-A-102009000772 , der WO-A-2013060433 oder der EP-A-1197647 bekannt.Multi-joint crank drives are used in variable compression ratio ("engine") engines where significant fuel savings can be achieved by adjusting the compression ratio to the load requirements. Internal combustion engines with a multi-joint crank mechanism of the type mentioned are, for example, from DE-A-102009000772 , of the WO-A-2013060433 or the EP-A-1197647 known.

Der aus der WO-A-2013060433 bekannte Mehrgelenkskurbeltrieb für eine 4-Zylinder-Reihenbrennkraftmaschine umfasst beispielsweise eine der Anzahl der Zylinder entsprechende Anzahl von Koppelgliedern, die jeweils drehbar auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert sind und zwei nach entgegengesetzten Seiten über die Kurbelwelle überstehende, an ihrem Ende jeweils mit einem Schwenkgelenk versehene Arme aufweisen. Eines der beiden Schwenkgelenke jedes Koppelgliedes dient zur Anlenkung eines Kolbenpleuels, der einen benachbarten Kolben der Brennkraftmaschine über das Koppelglied mit der Kurbelwelle verbindet. Das andere Schwenkgelenk dient zur Anlenkung eines Anlenkpleuels, dessen entgegengesetztes Ende auf einem Exzenter einer Exzenterwelle drehbar gelagert ist. Die Exzenterwelle weist einen Dreh- oder Stellantrieb auf, mit dem sich die Drehwinkelstellung der Exzenterwelle und damit die Winkelposition der Exzenter verstellen lässt, wodurch sich der Neigungswinkel des jeweils zugehörigen Koppelglieds verändert. Dies wiederum führt zu einer Verlagerung des Schwenkgelenks des Kolbenpleuels und damit zu einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε im zugehörigen Zylinder.The from the WO-A-2013060433 known multi-joint crank drive for a 4-cylinder in-line engine includes, for example, a number of cylinders corresponding number of coupling members, each rotatably mounted on a crank pin of the crankshaft and two to opposite sides on the crankshaft protruding, at its end each provided with a pivot arms exhibit. One of the two pivot joints of each coupling member is used for articulation of a Kolbenpleuels, which connects an adjacent piston of the internal combustion engine via the coupling member with the crankshaft. The other pivot serves to articulate a Anlenkpleuels whose opposite end is rotatably mounted on an eccentric eccentric shaft. The eccentric shaft has a rotary or actuator, with which the angular position of the eccentric shaft and thus the angular position of the eccentric can be adjusted, whereby the inclination angle of the respectively associated coupling member changes. This in turn leads to a displacement of the pivot joint of Kolbenpleuels and thus to a change in the compression ratio ε in the associated cylinder.

Somit kann durch Verdrehen der Exzenterwelle das Verdichtungsverhältnis ε in Abhängigkeit vom Betriebspunkt und/oder vom Arbeitstakt der Brennkraftmaschine nach Bedarf verändert werden. Zum Beispiel entsteht aus der Thermodynamik der Brennkraftmaschine eine ε-Sollanforderung, die unter dem Gesichtspunkt einer Minimierung des Kraftstoffverbrauchs das jeweils optimale Verdichtungsverhältnis vorgibt. Wenn sich der Betriebspunkt in einem Last/Drehzahl-Kennfeld der Brennkraftmaschine verändert, lässt sich ein neues optimales Verdichtungsverhältnis ε einstellen, indem die Exzenterwelle innerhalb eines Drehwinkelbereichs von etwa 180 Grad in eine entsprechende Drehwinkelstellung gedreht wird.Thus, by rotating the eccentric shaft, the compression ratio ε as a function of the operating point and / or the power stroke of the internal combustion engine can be changed as needed. For example, from the thermodynamics of the internal combustion engine, an ε-target requirement arises, which dictates the optimum compression ratio from the point of view of minimizing fuel consumption. If the operating point changes in a load / speed characteristic map of the internal combustion engine, a new optimum compression ratio ε can be set by rotating the eccentric shaft within a rotation angle range of approximately 180 degrees to a corresponding rotational angle position.

Da bei Mehrgelenkskurbeltrieben der eingangs genannten Art infolge des Gas- oder Verbrennungsdrucks in den Zylindern der Brennkraftmaschine über das Koppelglied Kräfte auf den Anlenkpleuel einwirken und der Anlenkpleuel exzentrisch an der Exzenterwelle angreift, wird die Exzenterwelle durch den Gas- oder Verbrennungsdruck in den Zylindern ständig mit einem mehr oder weniger großen Moment beaufschlagt.Since in multi-link crank drives of the type mentioned due to the gas or combustion pressure in the cylinders of the engine via the coupling member forces acting on the Anlenkpleuel and the Anlenkpleuel eccentrically engages the eccentric shaft, the eccentric shaft by the gas or combustion pressure in the cylinders constantly with a more or less big moment.

Dieses Moment wirkt dem Verdrehen der Exzenterwelle entgegen, wenn die Exzenterwelle zur Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses verstellt und dazu in einer ersten Drehrichtung gedreht wird. Wenn die Exzenterwelle zur Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses in einer zur ersten Drehrichtung entgegengesetzten zweiten Drehrichtung gedreht wird, unterstützt hingegen dieses Moment das Verdrehender Exzenterwelle. Um die Exzenterwelle in einer gewünschten Drehwinkelstellung festzuhalten, muss vom Stellantrieb ein dem Moment entsprechendes Haltemoment aufgebracht werden.This torque counteracts the rotation of the eccentric shaft when the eccentric shaft is adjusted to increase the compression ratio and rotated in a first direction of rotation. On the other hand, when the eccentric shaft is rotated to reduce the compression ratio in a second rotational direction opposite to the first rotational direction, this torque assists in rotating the eccentric shaft. In order to hold the eccentric shaft in a desired angular position, the actuator must be a holding torque corresponding to the moment applied.

Somit wird zumindest bei der Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses durch Verdrehen der Exzenterwelle entgegen dem Gas- oder Verbrennungsdruck sowie zur Aufrechterhaltung eines gewünschten Verdichtungsverhältnisses durch Halten der Exzenterwelle in einer gewünschten Drehwinkelstellung Energie benötigt, die durch den Stellantrieb bereitgestellt wird.Thus, at least when setting a higher compression ratio by rotating the eccentric shaft against the gas or combustion pressure and maintaining a desired compression ratio by maintaining the eccentric shaft in a desired rotational angular position energy is required, which is provided by the actuator.

Um auch bei hohen Mitteldrücken noch ein Verstellen der Exzenterwelle in Richtung eines höheren Verdichtungsverhältnisses zu ermöglichen, d. h. ein Verdrehen der Exzenterwelle in der ersten Drehrichtung entgegen dem vom Gas- oder Verbrennungsdruck ausgeübten Moment, ohne dass ein Antriebsmotor des Stellantriebs übermäßig groß ausgelegt werden muss, ist es von Vorzug, den Antriebsmotor des Stellantriebs mit einer hohen Drehzahl zu betreiben und ein Getriebe mit einem großen Untersetzungsverhältnis zu verwenden. Durch einen hohen Wirkungsgrad des Getriebes wird eine effiziente Verstellung der Exzenterwelle ermöglicht, durch die wiederum der Energieverbrauch des Stellantriebs gering gehalten werden kann.In order to enable an adjustment of the eccentric shaft in the direction of a higher compression ratio even at high mean pressures, d. H. a rotation of the eccentric shaft in the first direction of rotation against the pressure exerted by the gas or combustion pressure torque, without a drive motor of the actuator must be designed to be excessively large, it is preferable to operate the drive motor of the actuator at a high speed and a transmission with a to use a large reduction ratio. Due to the high efficiency of the transmission, an efficient adjustment of the eccentric shaft is made possible by which in turn the energy consumption of the actuator can be kept low.

Beim Verstellen der Exzenterwelle in Richtung eines niedrigeren Verdichtungsverhältnisses, d. h. beim Verdrehen der Exzenterwelle in der zweiten Drehrichtung, wird hingegen das Verstellmoment des Stellantriebs bzw. des Antriebsmotors durch das vom Gas- oder Verbrennungsdruck ausgeübte Moment unterstützt. In diesem Fall liegt die Drehzahl des Antriebsmotors nahe bei dessen Leerlaufdrehzahl. Auch in diesem Fall ist ein hoher Wirkungsgrad des Getriebes von Vorteil, wenn der Stellantrieb bzw. der Antriebsmotor die Exzenterwelle treibt.When adjusting the eccentric shaft in the direction of a lower compression ratio, ie when rotating the eccentric shaft in the second direction of rotation, however, the adjusting torque of the actuator or the drive motor is supported by the pressure exerted by the gas or combustion pressure torque. In this case, the speed of the drive motor is close to its idle speed. Also in this case is a high efficiency of the transmission advantageous when the actuator or the drive motor drives the eccentric shaft.

Wenn hingegen der Stellantrieb bzw. der Antriebsmotor benutzt wird, um die Exzenterwelle in einer gewünschten Drehwinkelstellung zu halten, muss das vom Gas- oder Verbrennungsdruck auf die Exzenterwelle ausgeübte Moment vom Stellantrieb kompensiert werden. Dazu muss dem Stellantrieb bzw. dem Antriebsmotor Energie zugeführt werden. Um diese Energie zu minimieren, ist ein niedriger Getriebewirkungsgrad von Vorteil, da in diesem Fall nur ein geringer Teil des Haltemoments vom Stellantrieb bzw. vom Antriebsmotor aufgebracht werden muss.If, however, the actuator or the drive motor is used to hold the eccentric shaft in a desired angular position, the torque exerted by the gas or combustion pressure on the eccentric shaft must be compensated by the actuator. For this purpose, the actuator or the drive motor energy must be supplied. In order to minimize this energy, a low transmission efficiency is advantageous, since in this case only a small part of the holding torque has to be applied by the actuator or by the drive motor.

Um zu vermeiden, dass beim Halten der Exzenterwelle in einer gewünschten Drehwinkelstellung Energie benötigt wird, ist bei dem Mehrgelenkskurbeltrieb aus der WO-A-2013060433 das Getriebe zwischen dem Stellantrieb und der Exzenterwelle als selbsthemmendes Schneckengetriebe ausgebildet. Bei hohen Untersetzungsverhältnissen besitzen Schneckengetriebe jedoch einen relativ niedrigen Wirkungsgrad, so dass dem Stellantriebe zum Verdrehen der Exzenterwelle verhältnismäßig viel Energie zugeführt werden muss.In order to avoid that energy is needed in holding the eccentric shaft in a desired angular position is in the multi-joint crank mechanism of the WO-A-2013060433 the transmission between the actuator and the eccentric shaft designed as a self-locking worm gear. However, at high reduction ratios worm gears have a relatively low efficiency, so that the actuator for rotating the eccentric shaft must be supplied relatively much energy.

Ausgehend hiervon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, einen Mehrgelenkskurbeltrieb und ein Verfahren der eingangs genannten Art dahingehend zu verbessern, dass der Energiebedarf des Stellantriebs so weit wie möglich reduziert werden kann.Proceeding from this, the present invention seeks to improve a multi-joint crank mechanism and a method of the type mentioned in that the energy requirements of the actuator can be reduced as much as possible.

Diese Aufgabe wird bei dem Mehrgelenkskurbeltrieb erfindungsgemäß durch die Verwendung eines Untersetzungsgetriebes mit einem asymmetrischen Wirkungsgrad gelöst, das beim Drehen der Exzenterwelle durch den Stellantrieb einen hohen Wirkungsgrad und beim Halten der Exzenterwelle durch den Stellantrieb einen niedrigen Wirkungsgrad besitzt. Das erfindungsgemäße Verfahren ist dadurch gekennzeichnet, dass das Untersetzungsgetriebe das Drehen der Exzenterwelle in beiden Drehrichtungen mit einem hohen Wirkungsgrad und das Festhalten der Exzenterwelle mit einem niedrigen Wirkungsgrad unterstützt.This object is achieved in the multi-joint crank mechanism according to the invention by the use of a reduction gear with an asymmetrical efficiency, which has a high efficiency when rotating the eccentric shaft by the actuator and a high efficiency when holding the eccentric shaft by the actuator. The inventive method is characterized in that the reduction gear supports the rotation of the eccentric shaft in both directions with a high efficiency and the retention of the eccentric shaft with a low efficiency.

Da die übliche Definition des Wirkungsgrades η als Verhältnis von Nutzleistung zu aufgebrachter Leistung eine Bewegung voraussetzt, beim Festhalten der Exzenterwelle aber keine Bewegung stattfindet, soll im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung für diesen Zustand als Wirkungsgrad das Verhältnis von Kraftaufwand bei idealem verlustlosem Betrieb zu tatsächlich erforderlichem Kraftaufwand definiert werden.Since the usual definition of the efficiency η as a ratio of useful power to applied power requires movement, when holding the eccentric shaft but no movement takes place, in the context of the present patent application for this state as efficiency, the ratio of force at ideal lossless operation to actually required effort To be defined.

Durch den hohen Wirkungsgrad beim Drehen der Exzenterwelle mittels des Stellantriebs können die Leistungsverluste des Stellantriebs während einer Verstellung minimiert werden. Der niedrige Wirkungsgrad beim Festhalten der Exzenterwelle mittels des Stellantriebs gestattet es, das Haltemoment zu minimieren, das vom Antriebsmotor aufgebracht werden muss, um das vom Gas- oder Verbrennungsdruck auf die Exzenterwelle ausgeübte Moment zu kompensieren.Due to the high efficiency when rotating the eccentric shaft by means of the actuator, the power losses of the actuator can be minimized during an adjustment. The low efficiency of holding the eccentric shaft by means of the actuator allows to minimize the holding torque that must be applied by the drive motor to compensate for the exerted by the gas or combustion pressure on the eccentric shaft torque.

Gemäß einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird als Untersetzungsgetriebe mit asymmetrischem Wirkungsgrad ein Differenzgetriebe und vorzugsweise ein einstufiges Differenzgetriebe verwendet. Als Differenzgetriebe wird im Rahmen der vorliegenden Patentanmeldung ein Getriebe bezeichnet, bei dem ein außenverzahntes Stirnrad mit einem innenverzahnten Hohlrad kämmt, wobei die Differenz der Zähnezahl der beiden Zahnräder im Verhältnis zur Zähnezahl jedes einzelnen Zahnrades gering ist.According to a preferred embodiment of the invention, a differential gear and preferably a single-stage differential gear is used as a reduction gear with asymmetrical efficiency. As a differential gear is referred to in the present patent application, a transmission in which an externally toothed spur gear meshes with an internally toothed ring gear, wherein the difference in the number of teeth of the two gears in relation to the number of teeth of each gear is small.

Vorteilhaft kann es sich bei dem Differenzgetriebe um ein Wellgetriebe handeln, bei dem der Antriebsmotor einen Wellengenerator in Form einer elliptischen Stahlscheibe und eines Wälzlagers treibt, dessen Innenring auf die Stahlscheibe aufgeschrumpft ist. Der Wellengenerator verformt bei seiner Drehung eine drehfest mit der Exzenterwelle verbundene verformbare zylindrischen Stahlbüchse mit einer Außenverzahnung, die infolge der Verformung der Stahlbüchse in zwei diametral entgegengesetzten Winkelbereichen mit der Innenverzahnung eines starren ortsfesten zylindrischen Hohlrades in Zahneingriff tritt. Die Zähnezahl der Außenverzahnung der Stahlbüchse ist geringfügig kleiner als die Zähnezahl der Innenverzahnung des Hohlrades, so dass bei einer Umdrehung des Wellengenerators die Stahlbüchse um die Differenz der Zähnezahlen der Außen- bzw. Innenverzahnung gegenüber dem Hohlrad zurückbleibt und dementsprechend zwischen der Antriebsseite und der Abtriebsseite des Getriebes ein sehr hohes Untersetzungsverhältnis erzielt werden kann.Advantageously, the differential gear can be a harmonic drive, in which the drive motor drives a shaft generator in the form of an elliptical steel disk and a roller bearing whose inner ring is shrunk onto the steel disk. The shaft generator deforms during its rotation rotatably connected to the eccentric shaft deformable cylindrical steel bushing with an external toothing, which occurs due to the deformation of the steel bushing in two diametrically opposite angular ranges with the internal teeth of a rigid stationary cylindrical ring gear. The number of teeth of the external toothing of the steel bushing is slightly smaller than the number of teeth of the internal toothing of the ring gear, so that in one revolution of the shaft generator, the steel bushing by the difference of the numbers of teeth of the outer and inner teeth relative to the ring gear remains and accordingly between the drive side and the output side of the Getriebes a very high reduction ratio can be achieved.

Alternativ kann es sich bei dem Differenz- oder Wellgetriebe auch um ein sogenanntes Hirn Drive^®-Getriebe handeln, das an Stelle einer verformbaren zylindrischen Stahlbüchse ein Speichenrad mit radialen Speichen zwischen einem verformbaren Außenring mit einer Außenverzahnung und einem verformbaren Innenring besitzt, in dem sich eine elliptische Scheibe des Wellengenerators dreht. Diese Art von Differenz- oder Wellgetriebe besitzt selbsthemmende Eigenschaften und damit zwischen der Abtriebsseite und der Antriebsseite einen Wirkungsgrad von Null. Bei dem erfindungsgemäßen Mehrgelenkskurbeltrieb ist dies von Vorteil, weil in diesem Fall vom Antriebsmotor zum. Festhalten der Exzenterwelle kein Haltemoment aufgebracht werden braucht und weil die Exzenterwelle in einer genau definierten Drehwinkelstellung festgehalten wird, die nur durch Aufbringen eines Verstellmoments von Seiten des Antriebsmotors verändert werden kann.Alternatively, it may be in the differential or wave gear also a so-called brain Drive ^® transmissions act, which has instead of a deformable cylindrical steel bush a spoked wheel having radial spokes between a deformable outer ring having an outer toothing and a deformable inner ring, in which a elliptical disk of the wave generator turns. This type of differential or wave gear has self-locking properties and thus between the output side and the drive side an efficiency of zero. In the multi-link crank drive according to the invention, this is advantageous because in this case from the drive motor to. Holding the eccentric shaft no holding torque needs to be applied and because the eccentric shaft in a precise defined rotational angle position is held, which can only be changed by applying an adjusting torque from the side of the drive motor.

Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung wird der Stellantrieb bzw. der Antriebsmotor des Stellantriebs in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine angesteuert, um das unter dem Gesichtspunkt der Verbrauchsminimierung für den jeweiligen Betriebspunkt optimale Verdichtungsverhältnis einzustellen. Dadurch kann auf eine Veränderung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine schnell mit einer entsprechenden Veränderung des Verdichtungsverhältnisses reagiert werden.According to a further preferred embodiment of the invention, the actuator or the drive motor of the actuator is driven in response to an operating point of the internal combustion engine to set the optimum under the aspect of consumption minimization for the respective operating point compression ratio. As a result, a change in the operating point of the internal combustion engine can be reacted quickly with a corresponding change in the compression ratio.

Im Folgenden wird die Erfindung anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.In the following the invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing.

1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Mehrgelenkskurbeltriebs einer 4-Zylinder-Reihen-Brennkraftmaschine; 1 shows a perspective view of a multi-link crank mechanism according to the invention of a 4-cylinder in-line internal combustion engine;

2 zeigt eine Querschnittsansicht des Mehrgelenkskurbeltriebs; 2 shows a cross-sectional view of the multi-joint crank drive;

3 zeigt eine Schnittansicht eines Harmonic Drive-Getriebes eines Stellantriebs zum Drehen bzw. Halten einer Exzenterwelle des Mehrgelenkskurbeltriebs; 3 shows a sectional view of a harmonic drive transmission of an actuator for rotating or holding an eccentric shaft of the multi-joint crank mechanism;

4 zeigt eine Vorderseitenansicht von Teilen eines Hirn Drive-Getriebes eines alternativen Stellantriebs; 4 shows a front view of parts of a brain drive transmission of an alternative actuator;

5 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kennfeldes einer vollvariablen Verdichtungsverstellung der Brennkraftmaschine. 5 shows a schematic diagram of a map of a fully variable compression adjustment of the internal combustion engine.

Die in den 1 und 2 dargestellte Viertakt-4-Zylinder-Brennkraftmaschine 1 in Reihenanordnung umfasst eine Kurbelwelle 2 und vier Kolben 3, von denen jeder in einem der vier Zylinder (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 auf und ab beweglich und durch ein Kolbenpleuel 4 mit der Kurbelwelle 2 verbunden ist. Die Kurbelwelle 2 ist in Wellenlagern eines Zylinderkurbelgehäuses (nicht dargestellt) der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist fünf zur Lagerung dienende zentrische Wellenzapfen 5 sowie vier Hubzapfen 6 (2) auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 versetzt sind.The in the 1 and 2 illustrated four-stroke 4-cylinder internal combustion engine 1 in series comprises a crankshaft 2 and four pistons 3 each of which is in one of the four cylinders (not shown) of the internal combustion engine 1 movable up and down and through a piston connecting rod 4 with the crankshaft 2 connected is. The crankshaft 2 is in shaft bearings of a cylinder crankcase (not shown) of the internal combustion engine 1 rotatably mounted and has five serving for storage centric shaft journal 5 and four crank pins 6 ( 2 ), whose longitudinal central axes in different angular orientations parallel to the axis of rotation 7 the crankshaft 2 are offset.

Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 8, die eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 parallele Längsmittelachse 9 aufweist, neben der Kurbelwelle 2 und beispielsweise etwas unterhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und über einen Mehrgelenkskurbeltrieb 10 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt ist.The internal combustion engine 1 further includes an eccentric shaft 8th one to the axis of rotation 7 the crankshaft 2 parallel longitudinal central axis 9 has, next to the crankshaft 2 and, for example, mounted slightly below this in the cylinder crankcase and a multi-link crank drive 10 with the crankshaft 2 is coupled.

Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 insgesamt vier Koppelglieder 11, die jeweils auf einem der Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind. Jedes Koppelglied 11 besteht aus einem Oberteil 12 und einem Unterteil 13, die entlang einer Trennebene 14 gegeneinander anliegen und jeweils angrenzend an die Trennebene 14 mit einer halbzylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme des Hubzapfens 6 sowie von zwei den Hubzapfen 6 umgebenden Lagerschalen eines zwischen dem Hubzapfen 6 und dem Koppelglied 11 angeordneten Gleitlagers 15 versehen sind. Das Oberteil 12 und das Unterteil 13 jedes Koppelglieds 11 werden von zwei Schrauben 16 zusammengehalten. Jedes Koppelglied 11 weist einen kürzeren Hubarm 17 auf, der über ein Schwenkgelenk 18 schwenkbar mit dem unteren Ende von einem der Kolbenpleuel 4 verbunden ist, dessen oberes Ende über ein weiteres Schwenkgelenk 19 am zugehörigen Kolben 3 angelenkt ist.Next to the crankshaft 2 and the eccentric shaft 8th includes the multi-link crank drive 10 a total of four coupling links 11 , each on one of the crank pins 6 the crankshaft 2 are rotatably mounted. Each coupling link 11 consists of a shell 12 and a lower part 13 running along a dividing plane 14 abut against each other and each adjacent to the dividing plane 14 with a semi-cylindrical recess for receiving the crank pin 6 as well as two of the crank pins 6 surrounding bearing shells one between the crank pin 6 and the coupling member 11 arranged plain bearing 15 are provided. The top 12 and the lower part 13 each coupling link 11 be from two screws 16 held together. Each coupling link 11 has a shorter lift arm 17 on, over a swivel joint 18 pivoted to the lower end of one of the Kolbenpleuel 4 is connected, the upper end of another swivel joint 19 on the associated piston 3 is articulated.

Der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 und der Koppelglieder 11 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 20, die ungefähr parallel zu den Kolbenpleueln 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 jeweils etwa in derselben Ebene wie der zugehörige Kolbenpleuel 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 angeordnet sind. Jeder Anlenkpleuel 20 umfasst eine Pleuelstange 21 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 21 angeordnete Pleuelaugen 22, 23 mit unterschiedlichen Innendurchmessern. Das größere Pleuelauge 23 jedes Anlenkpleuels 20 am unteren Ende der Pleuelstange 21 umgibt einen in Bezug zur Drehachse 9 der Exzenterwelle 8 exzentrischen Hubzapfen 24 der Exzenterwelle 8, auf dem der Anlenkpleuel 13 mittels eines Drehlagers 25b drehbar gelagert ist. Das kleinere Pleuelauge 22 am oberen Ende der Pleuelstange 21 jedes Anlenkpleuels 20 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 25a zwischen dem Anlenkpleuel 20 und einem längeren Koppelarm 26 des benachbarten Koppelglieds 11, der auf der zum Hubarm 17 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Die Exzenterwelle 8 weist zwischen den benachbarten exzentrischen Hubzapfen 24 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 8 in Wellenlagern dienende, zur Drehachse 9 koaxiale Wellenabschnitte 27 auf.The multi-link crank drive 10 further includes one of the number of Kolbenpleuel 4 and the coupling links 11 corresponding number of Anlenkpleueln 20 , which are approximately parallel to the piston rods 4 aligned and in the axial direction of the crankshaft 2 and the eccentric shaft 8th each approximately in the same plane as the associated Kolbenpleuel 4 but on the opposite side of the crankshaft 2 are arranged. Each connecting rod 20 includes a connecting rod 21 and two at opposite ends of the connecting rod 21 arranged connecting rod eyes 22 . 23 with different inner diameters. The larger connecting rod eye 23 each Anlenkpleuels 20 at the lower end of the connecting rod 21 surrounds one with respect to the axis of rotation 9 the eccentric shaft 8th eccentric crankpin 24 the eccentric shaft 8th on which the Anlenkpleuel 13 by means of a rotary bearing 25b is rotatably mounted. The smaller connecting rod eye 22 at the upper end of the connecting rod 21 each Anlenkpleuels 20 forms part of a swivel joint 25a between the Anlenkpleuel 20 and a longer coupling arm 26 of the adjacent coupling member 11 who is on the lift arm 17 opposite side of the crankshaft 2 survives on these. The eccentric shaft 8th points between the adjacent eccentric crank pins 24 and at their ends for supporting the eccentric shaft 8th serving in shaft bearings, to the axis of rotation 9 coaxial shaft sections 27 on.

Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann mit dem zuvor beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 10 auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 2 und Zylinderwänden der Zylinder führt. Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 10 ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine 1 gewählt werden.Apart from a variable compression can with the previously described multi-joint crank drive 10 also the inclination of Kolbenpleuel 4 with respect to the cylinder axis of the associated cylinders during rotation of the crankshaft 2 be reduced, resulting in a reduction of Piston side forces and thus the friction forces between the pistons 2 and cylinder walls of the cylinder leads. Overall, with the multi-link crank drive described here 10 a working stroke of the pistons 3 in response to a momentary power stroke of the internal combustion engine 1 to get voted.

Weiter weist die Brennkraftmaschine 1 bzw. der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 einen Aktuator oder Stellantrieb 28 (3) auf, mit dem die Exzenterwelle 8 bei Bedarf innerhalb eines bestimmten Drehwinkelbereichs von etwa 180 Grad in eine gewünschte Drehwinkelstellung gedreht werden kann.Next, the internal combustion engine 1 or the multi-joint crank drive 10 an actuator or actuator 28 ( 3 ), with which the eccentric shaft 8th if necessary within a certain range of rotation angle of about 180 degrees can be rotated to a desired angular position.

Wie in 3 schematisch dargestellt, umfasst der Stellantrieb 28 einen klein bauenden Antriebsmotor 29 in Form eines umschaltbaren Gleichstrom-Elektromotors mit hoher Antriebsdrehzahl, dessen Drehrichtung durch Umpolung der Stromzufuhr umgekehrt werden kann. Weiter umfasst der Stellantrieb 28 ein Differenzgetriebe mit einem asymmetrischen Wirkungsgrad η, der hoch ist, wenn die Exzenterwelle 8 zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses ε mittels des Antriebsmotors 29 in eine gewünschte Drehwinkelstellung verdreht wird, und der niedrig ist, wenn die Exzenterwelle 8 zur Aufrechterhaltung des Verdichtungsverhältnisses ε mittels des Antriebsmotors 29 in der gewünschten Drehwinkelstellung festgehalten wird.As in 3 schematically illustrated, the actuator comprises 28 a small drive motor 29 in the form of a switchable DC electric motor with high input speed, whose direction of rotation can be reversed by reversing the polarity of the power supply. Next includes the actuator 28 a differential gear with an asymmetric efficiency η, which is high when the eccentric shaft 8th for adjusting the compression ratio ε by means of the drive motor 29 is rotated to a desired rotational angular position, and which is low when the eccentric shaft 8th for maintaining the compression ratio ε by means of the drive motor 29 is held in the desired angular position.

Bei den in 3 und 4 dargestellten Differenzgetrieben handelt es sich jeweils um ein Wellgetriebe, wobei das Wellgetriebe in 3 als Harmonic Drive^®-Getriebe 30 und das Wellgetriebe in 4 als Hirn Drive^®-Getriebe 44 ausgebildet ist.At the in 3 and 4 shown differential gears are each a corrugated transmission, the corrugated transmission in 3 as a Harmonic Drive ^® gearbox 30 and the wave gear in 4 as Brain Drive ^® transmission 44 is trained.

Das Harmonic Drive^®-Getriebe 30 in 3 umfasst ein am Antriebsmotor 29 angeflanschtes Getriebegehäuse 31, das an seiner dem Antriebsmotor 29 zugewandten Seite mit einem starren ortsfesten Hohlrad 32 mit Innenverzahnung 33 versehen ist, das koaxial zur Drehachse 9 der Exzenterwelle 8 und zur Drehachse 34 einer Abtriebswelle 35 des Antriebsmotors 29 ist. Das Getriebe 30 umfasst weiter einen radial einwärts vom Hohlrad 32 angeordneten Wellengenerator 36, der eine drehfest mit der Abtriebswelle 35 verbindbare Nabe 37, eine von der Nabe getragene Stahlscheibe 38 mit einem elliptischen äußeren Umfang, sowie ein Wälzlager 39 mit einem auf die Stahlscheibe 38 aufgeschrumpften Innenring umfasst.The Harmonic Drive ^® transmission 30 in 3 includes one on the drive motor 29 flanged gearbox housing 31 that's at its the drive motor 29 facing side with a rigid stationary ring gear 32 with internal toothing 33 is provided, which is coaxial with the axis of rotation 9 the eccentric shaft 8th and to the axis of rotation 34 an output shaft 35 of the drive motor 29 is. The gear 30 further includes a radially inward of the ring gear 32 arranged wave generator 36 , which rotates with the output shaft 35 connectable hub 37 , a steel disc carried by the hub 38 with an elliptical outer circumference, as well as a rolling bearing 39 with one on the steel disc 38 shrunk inner ring comprises.

Außerdem umfasst das Getriebe 30 eine topfförmige verformbare zylindrische Stahlbüchse 40, die durch ein Verbindungselement 41 drehfest mit der Exzenterwelle 8 verbindbar und über ein Drehlager 43 gegenüber dem Getriebegehäuse 31 abgestützt ist. Das dem Antriebsmotor 29 zugewandte Ende der Stahlbüchse 40 ist mit einer Außenverzahnung 42 versehen, die der Innenverzahnung 33 gegenüberliegt und eine geringfügig kleinere Zähnezahl als diese besitzt.It also includes the gearbox 30 a cup-shaped deformable cylindrical steel bush 40 passing through a connecting element 41 rotatably with the eccentric shaft 8th connectable and via a pivot bearing 43 opposite the gearbox 31 is supported. That the drive motor 29 facing end of the steel box 40 is with an external toothing 42 provided, that of the internal toothing 33 opposite and has a slightly smaller number of teeth than this.

Wenn die Nabe 37 des Wellengenerators 36 drehfest mit der Abtriebswelle 35 verbunden ist und dem Antriebsmotor 29 Strom zugeführt wird, dreht sich die elliptische Stahlscheibe 38 mit hoher Drehzahl und verformt dabei die Stahlbüchse 40. Infolge dieser Verformung tritt die Außenverzahnung 42 der Stahlbüchse 40 im Bereich der großen Ellipsenachse an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen mit der Innenverzahnung 33 des Hohlrades 32 in Zahneingriff, während im Bereich der kleinen Ellipsenachse zwischen der Außenverzahnung 42 und der Innenverzahnung 33 kein Kontakt besteht. Infolge der geringfügig unterschiedlichen Zähnezahl der Außenverzahnung 42 und der Innenverzahnung 33 wird die Stahlbüchse 40 und damit die Exzenterwelle 8 bei jeder Umdrehung des Wellengenerators 36 um die Differenz der Zähnezahlen gegenüber dem Hohlrad oder Außenring verdreht. Auf diese Weise kann bei einem Wirkungsgrad von über 85% mit einer einzigen Getriebestufe ein sehr hohes Untersetzungsverhältnis von der Antriebsseite zur Abtriebsseite erzielt werden. Andererseits sind die Verluste bei der Übertragung von Momenten von der Abtriebsseite zur Antriebsseite sehr hoch und daher der Getriebewirkungsgrad sehr gering.If the hub 37 of the wave generator 36 rotatably with the output shaft 35 is connected and the drive motor 29 Power is supplied, the elliptical steel disc rotates 38 at high speed and deforms while the steel box 40 , As a result of this deformation occurs the external teeth 42 the steel box 40 in the area of the large ellipse axis at two diametrically opposite points with the internal toothing 33 of the ring gear 32 in tooth engagement, while in the area of the small ellipse axis between the external teeth 42 and the internal teeth 33 no contact exists. Due to the slightly different number of teeth of the external teeth 42 and the internal teeth 33 becomes the steel box 40 and thus the eccentric shaft 8th every revolution of the wave generator 36 rotated by the difference of the numbers of teeth relative to the ring gear or outer ring. In this way, with an efficiency of over 85% with a single gear stage, a very high reduction ratio can be achieved from the drive side to the output side. On the other hand, the losses in the transmission of torque from the output side to the drive side are very high and therefore the transmission efficiency is very low.

Das Hirn Drive^®-Getriebe 44 in 4 unterscheidet sich von dem Harmonic Drive-Getriebe 30 in 3 dadurch, dass die Außenverzahnung 45 an einem verformbaren Außenring 46 eines Speichenrades 47 angebracht ist, der durch eine Mehrzahl von radialen Speichen 48 mit einem verformbaren Innenring 49 verbunden ist. Wie beim Harmonic Drive^®-Getriebe 30 in 3 wird der Innenring 49 durch eine elliptische Scheibe 50 eines von der Abtriebswelle 51 des Antriebsmotors 29 angetriebenen Wellengenerators 51 verformt, wodurch die Außenverzahnung 45 des Außenrings 46 im Bereich der großen Ellipsenachse an zwei diametral gegenüberliegenden Stellen durch die Speichen 48 in Zahneingriff mit einer Innenverzahnung 52 eines starren ortsfesten Hohlrades 53 gedrückt wird. Dadurch besitzt das Getriebe 44 selbsthemmende Eigenschaften und damit von der Abtriebsseite zur Antriebsseite einen Wirkungsgrad von Null.The Brain Drive ^® transmission 44 in 4 is different from the Harmonic Drive transmission 30 in 3 in that the external teeth 45 on a deformable outer ring 46 a spoked wheel 47 attached by a plurality of radial spokes 48 with a deformable inner ring 49 connected is. As with the Harmonic Drive ^® transmission 30 in 3 becomes the inner ring 49 through an elliptical disk 50 one of the output shaft 51 of the drive motor 29 driven wave generator 51 deformed, causing the external teeth 45 of the outer ring 46 in the area of the large ellipse axis at two diametrically opposite points through the spokes 48 in mesh with an internal toothing 52 a rigid stationary ring gear 53 is pressed. This has the transmission 44 Self-locking properties and thus from the output side to the drive side an efficiency of zero.

Wie in 3 schematisch dargestellt, ist der Antriebsmotor 29 durch eine Steuerleitung 44 mit einem Motorsteuergerät 45 der Brennkraftmaschine 1 verbunden und wird von diesem gesteuert.As in 3 shown schematically, is the drive motor 29 through a control line 44 with an engine control unit 45 the internal combustion engine 1 connected and controlled by this.

Im Betrieb der Brennkraftmaschine 1 wird durch den Gas- oder Verbrennungsdruck in den Zylindern eine nach unten gerichtete Kraft auf die Kolbenpleuel 4 ausgeübt. Dies führt dazu, dass über das Koppelglied 11 eine nach oben gerichtete Kraft in die Anlenkpleuel 20 eingeleitet wird. Da die Anlenkpleuel 20 exzentrisch an der Exzenterwelle 8 angreifen, wird die Exzenterwelle 8 durch den Gas- oder Verbrennungsdruck ständig mit einem mehr oder weniger großen Moment beaufschlagt. Wenn die exzentrischen Hubzapfen 24 auf der von der Kurbelwelle 2 abgewandten Seite der Exzenterwelle 8 über diese überstehen, wie in 1 dargestellt, wird die Exzenterwelle 8 durch den Gas- oder Verbrennungsdruck ständig mit einem mehr oder weniger großen Moment beaufschlagt, das entgegen dem Uhrzeigersinn auf die Exzenterwelle 8 einwirkt.In operation of the internal combustion engine 1 Due to the gas or combustion pressure in the cylinders, a downward force on the Kolbenpleuel 4 exercised. This leads to the fact that over the coupling member 11 an upward force in the Anlenkpleuel 20 is initiated. Because the articulation connecting rod 20 eccentric on the eccentric shaft 8th attack, the eccentric shaft 8th constantly subjected to a more or less large moment by the gas or combustion pressure. If the eccentric crankpin 24 on the from the crankshaft 2 opposite side of the eccentric shaft 8th survive over these, as in 1 shown, the eccentric shaft 8th constantly acted upon by the gas or combustion pressure with a more or less large moment, the counterclockwise to the eccentric shaft 8th acts.

4 zeigt eine Prinzipdarstellung eines Kennfeldes einer vollvariablen Verdichtungsverstellung, in dem der effektive Mitteldruck pme in den Zylindern der Brennkraftmaschine 1 über die Drehzahl DRZ der Brennkraftmaschine 1 aufgetragen ist, wobei innerhalb des Kennfeldes verschiedene Verdichtungsverhältnisse ε₁, ε₂, ε₃, ε₄, ε₅ und ε₆ dargestellt sind. Ein Pfeil A zeigt einen ersten Fall einer Veränderung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine 1, bei dem die Drehzahl DRZ bei etwa gleichbleibendem effektivem Mitteldruck pme von etwa 2900 U/min auf etwa 4300 U/min ansteigt. Zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs muss in diesem ersten Fall das Verdichtungsverhältnis ε von ε₂ auf ε₄ erhöht werden. Ein Pfeil B zeigt einen zweiten Fall einer Veränderung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine, bei dem sich bei geringfügig ansteigender Drehzahl DRZ der effektive Mitteldruck pme nahezu verdreifacht. In diesem zweiten Fall ist zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs eine Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses ε von ε₅ auf ε₁ erforderlich. Ein Pfeil C zeigt einen dritten Fall einer Veränderung des Betriebspunkts der Brennkraftmaschine 1, bei dem die Drehzahl DRZ von etwa 2900 U/min auf etwa 4300 U/min ansteigt, jedoch gleichzeitig der effektive Mitteldruck pme von etwa 10 auf etwa 15 bar ansteigt. In diesem dritten Fall ist zur Optimierung des Kraftstoffverbrauchs keine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses ε notwendig. 4 shows a schematic diagram of a map of a fully variable compression adjustment, in which the effective mean pressure pme in the cylinders of the internal combustion engine 1 about the speed DRZ of the internal combustion engine 1 is plotted, wherein within the map different compression ratios ε ₁ , ε ₂ , ε ₃ , ε ₄ , ε ₅ and ε ₆ are shown. An arrow A shows a first case of a change in the operating point of the internal combustion engine 1 , in which the speed DRZ increases at about constant effective mean pressure pme of about 2900 U / min to about 4300 U / min. To optimize fuel consumption, the compression ratio ε must be increased from ε ₂ to ε ₄ in this first case. An arrow B shows a second case of a change in the operating point of the internal combustion engine, in which at a slightly increasing speed DRZ the effective mean pressure pme almost triples. In this second case, a reduction of the compression ratio ε from ε ₅ to ε _{1 is} required to optimize the fuel consumption. An arrow C shows a third case of a change in the operating point of the internal combustion engine 1 in that the speed DRZ increases from about 2900 rpm to about 4300 rpm, but at the same time the effective mean pressure pme increases from about 10 to about 15 bar. In this third case, no change in the compression ratio ε is necessary to optimize the fuel consumption.

Im ersten Fall muss zur Einstellung des höheren Verdichtungsverhältnisses ε die Exzenterwelle 8 ein Stück weit im Uhrzeigersinn gedreht werden, so dass der Drehung das durch den Gas- oder Verbrennungsdruck hervorgerufene Moment entgegenwirkt. Im zweiten Fall muss zur Einstellung des niedrigeren Verdichtungsverhältnisses ε die Exzenterwelle 8 ein Stück weit entgegen dem Uhrzeigersinn gedreht werden, wobei die Drehung durch das vom Gas- oder Verbrennungsdruck hervorgerufene Moment unterstützt wird. Im dritten Fall muss die Exzenterwelle 8 gegen das vom Gas- oder Verbrennungsdruck hervorgerufene Moment festgehalten werden, um ein Verdichtungsverhältnis ε von ε₄ aufrechtzuerhalten. In the first case, the eccentric shaft must be set to set the higher compression ratio ε 8th be rotated a little clockwise so that the rotation counteracts the caused by the gas or combustion pressure moment. In the second case, the eccentric shaft must be set to set the lower compression ratio ε 8th be rotated a little counterclockwise, wherein the rotation is supported by the gas or combustion pressure caused moment. In the third case, the eccentric shaft must 8th be held against the caused by the gas or combustion pressure torque to maintain a compression ratio ε of ε ₄ .

Im ersten und im zweiten Fall erfolgt das Verstellen der Exzenterwelle 8 mit Hilfe des Stellantriebs 28. Dabei wird dem geregelten Antriebsmotor 29 unter der Steuerung des Motorsteuergeräts 45 in Abhängigkeit vom Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 Strom zugeführt, um die Exzenterwelle 8 über das Getriebe 30 bzw. 44 zu verdrehen. Durch eine entsprechende Polung der Stromzufuhr wird die Drehrichtung des Antriebsmotors 29 entsprechend der gewünschten Verstell- oder Drehrichtung der Exzenterwelle 8 gesteuert. Infolge des hohen Getriebewirkungsgrads und des hohen Untersetzungsverhältnisses in der Richtung vom Antriebsmotor 29 zur Exzenterwelle 8 wird dazu selbst bei einer Drehung im Uhrzeigersinn nur ein relativ geringes Verstellmoment benötigt, so dass der Antriebsmotor 29 klein ausgelegt und mit hoher Drehzahl betrieben werden kann.In the first and in the second case, the adjustment of the eccentric shaft takes place 8th with the help of the actuator 28 , This is the regulated drive motor 29 under the control of the engine control unit 45 depending on the operating point of the internal combustion engine 1 Power supplied to the eccentric shaft 8th over the transmission 30 respectively. 44 to twist. By a corresponding polarity of the power supply, the direction of rotation of the drive motor 29 according to the desired adjustment or direction of rotation of the eccentric shaft 8th controlled. Due to the high transmission efficiency and the high reduction ratio in the direction of the drive motor 29 to the eccentric shaft 8th For this purpose, only a relatively small adjustment torque is required even with a clockwise rotation, so that the drive motor 29 designed small and can be operated at high speed.

Im dritten Fall wird der Stellantrieb 28 bzw. dessen Antriebsmotor 29 benutzt, um die Exzenterwelle 8 in der Drehwinkelstellung festzuhalten, die dem Verdichtungsverhältnis ε = ε₄ entspricht. Dabei bewirkten der niedrige Getriebewirkungsgrad in der Richtung von der Exzenterwelle 8 zum Antriebsmotor 29 und das hohe Untersetzungsverhältnis in der Richtung vom Antriebsmotor 29 zur Exzenterwelle 8, dass der Antriebsmotor 29 nur einen geringen Haltestrom benötigt und nur ein geringes Haltemoment aufbringen muss, um die Exzenterwelle in der gewünschten Drehwinkelstellung festzuhalten.In the third case, the actuator 28 or its drive motor 29 used to the eccentric shaft 8th to hold in the angular position corresponding to the compression ratio ε = ε ₄ . The low transmission efficiency caused in the direction of the eccentric shaft 8th to the drive motor 29 and the high reduction ratio in the direction of the drive motor 29 to the eccentric shaft 8th that the drive motor 29 only requires a small holding current and only has to apply a small holding torque in order to hold the eccentric shaft in the desired angular position.

Bei Verwendung des Hirn Drive^®-Getriebes 44 wird aufgrund von dessen selbsthemmenden Eigenschaften weder ein Haltestrom benötigt, noch muss ein Haltemoment aufgebracht werden, was unter dem Gesichtspunkt der Energieeinsparung sehr vorteilhaft ist.When using the Brain Drive ^® gear 44 Due to its self-locking properties, neither a holding current is required, nor must a holding torque be applied, which is very advantageous from the point of view of saving energy.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102009000772 A [0002]
WO 2013060433 A [0002, 0003, 0011]
EP 1197647 A [0002]

Claims

Multi-link crank drive ( 10 ) for an internal combustion engine ( 1 ), which is a crankshaft ( 2 ) and a plurality of pistons reciprocating in cylinders ( 3 ), with a plurality of rotatable on the crankshaft ( 2 ) mounted coupling links ( 11 ), each by a Kolbenpleuel ( 4 ) hingedly with one of the pistons ( 3 ) and by a Anlenkpleuel ( 20 ) articulated with an eccentric ( 24 ) of an eccentric shaft ( 8th ), an actuator ( 28 ) with a transmission ( 30 . 44 ) for rotating the eccentric shaft ( 8th ) and for holding the eccentric shaft ( 8th ) in a desired rotational angular position against one of the gas or combustion pressure in the cylinders of the internal combustion engine ( 1 ) on the eccentric shaft ( 8th ) exerted moment, characterized in that the transmission ( 30 . 44 ) when rotating the eccentric shaft ( 8th ) by the actuator ( 28 ) high efficiency and while holding the eccentric shaft ( 8th ) by the actuator ( 28 ) has a low efficiency.

Multi-link crank drive ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the transmission ( 30 . 44 ) is a differential gear.

Multi-link crank drive ( 10 ) according to claim 1 or 2, characterized in that the transmission ( 30 . 44 ) is a wave gear.

Multi-link crank drive ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 44 ) is a self-locking gear.

Multi-link crank drive ( 10 ) according to one of the preceding claims, characterized in that the transmission ( 30 . 44 ) is a single-stage gearbox.

Internal combustion engine ( 1 ), characterized by a multi-joint crank drive ( 10 ) according to one of the preceding claims.

Method for operating an internal combustion engine ( 1 ) with a plurality of rotatable on a crankshaft ( 2 ) of the internal combustion engine mounted coupling links ( 11 ) of a multi-link crank drive ( 10 ), each by a Kolbenpleuel ( 4 ) hingedly with one of the pistons ( 3 ) of the internal combustion engine ( 1 ) and by a Anlenkpleuel ( 20 ) articulated with an eccentric ( 24 ) of an eccentric shaft ( 8th ), wherein the eccentric shaft ( 8th ) of an actuator ( 28 ) with a transmission ( 30 . 44 ) in both directions of rotation and against one of the gas or combustion pressure in the cylinders of the internal combustion engine ( 1 ) on the eccentric shaft ( 8th ) is held in a desired angular position, characterized in that the transmission ( 30 . 44 ) turning the eccentric shaft ( 8th ) in both directions of rotation with a high efficiency and the retention of the eccentric shaft ( 8th ) with a low efficiency.

Method according to claim 7, characterized in that the actuator ( 28 ) in dependence on an operating point of the internal combustion engine ( 1 ) is driven.