DE102014214188A1

DE102014214188A1 - Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102014214188A1
Application number: DE102014214188.5A
Authority: DE
Inventors: Manfred Holzmann; Walter Hübner
Original assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Current assignee: Bayerische Motoren Werke AG
Priority date: 2014-07-22
Filing date: 2014-07-22
Publication date: 2016-01-28

Abstract

Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer ersten, zu einer zweiten achsparallel angeordneten Kurbelwelle, wobei um einen ersten Hubzapfen der ersten Kurbelwelle drehbeweglich ein erstes Pleuel mit einem ersten Pleuelauge und um einen zweiten Hubzapfen der zweiten Kurbelwelle drehbeweglich ein Umlenkpleuel mit zwei unter einem Winkel, von dem zweiten Hubzapfen beabstandeten Bolzen angeordnet ist, wobei das erste Pleuel mit einem zweiten Pleuelauge mit dem der ersten Kurbelwelle zugewandten Bolzen des Umlenkpleuels in Wirkverbindung ist und der zweite, der ersten Kurbelwelle abgewandte Bolzen des Umlenkpleuels mit einem dritten Pleuelauge eines dritten Pleuels in Wirkverbindung ist, wobei an das dritte Pleuel auf der dem Kurbeltrieb abgewandten Seite drehbeweglich ein Kolben angeordnet ist, wobei zur Synchronisation der Kurbelwellen an die erste Kurbelwelle stirnseitig ein erstes Zahnrad und an die zweite Kurbelwelle stirnseitig ein zweites Zahnrad angeordnet ist, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad miteinander mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 kämmen, wobei die Zahnräder schräg verzahnt sind und zumindest ein Zahnrad axial verschiebbar ist. Durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung kann in einfacher Weise eine variable Verdichtung für die Brennkraftmaschine dargestellt werden.

Description

Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit den Merkmalen aus dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.
Aus dem US-Patent 4,517,931 , von der die vorliegende Erfindung ausgeht, ist ein Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit unterschiedlichem Ladungswechselhub und Expansionshubbekannt. Der Kurbeltrieb weist eine erste, zu einer zweiten Kurbelwelle achsparallel angeordnete Kurbelwelle auf, wobei um einen ersten Hubzapfen der ersten Kurbelwelle drehbeweglich ein erstes Pleuel mit einem ersten Pleuelauge und um einen zweiten Hubzapfen der zweiten Kurbelwelle drehbeweglich ein Umlenkpleuel mit zwei unter einem Winkel, von dem zweiten Hubzapfen beabstandeten Bolzen angeordnet ist. Hierbei ist das erste Pleuel mit einem zweiten Pleuelauge, mit dem der ersten Kurbelwelle zugewandten Bolzen des Umlenkpleuels in Wirkverbindung und der zweite, der ersten Kurbelwelle abgewandte Bolzen des Umlenkpleuels ist mit einem dritten Pleuelauge eines dritten Pleuels in Wirkverbindung. An dem dritten Pleuel ist auf der dem Kurbeltrieb abgewandten Seite ein Kolben drehbeweglich angeordnet. Zur Synchronisation der Kurbelwellen ist an die erste Kurbelwelle stirnseitig ein erstes Zahnrad und an die zweite Kurbelwelle stirnseitig ein zweites Zahnrad angeordnet, wobei das erste Zahnrad und das zweite Zahnrad mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 miteinander kämmen.
Bei diesem bekannten Kurbeltrieb ist zur Realisierung einer langen Expansion, d. h. der Expansionshub ist länger der Kompressionshub, eine zweite Kurbelwelle vorgesehen, die mit halber Drehzahl der ersten Kurbelwelle dreht. Die Kraftübertragung und die Synchronisation erfolgt mittels Zahnrädern auf den beiden Kurbelwellen mit einem Übersetzungsverhältnis von 2:1. Dies eröffnet die Möglichkeit, durch Verstellung der Zuordnung zwischen den beiden Zahnrädern, d. h. eine veränderte Synchronisation, das Verdichtungsverhältnis (d. h. die Position des oberen Totpunkts des Kolbens) der Hubkolben-Brennkraftmaschine zu verändern, für einen nochmals verbesserten Wirkungsgrad.
Dies geschieht in einfacher Weise durch eine leichte Verdrehung einer der beiden Kurbelwellen in Relation zu der anderen. Diese Verdrehung erfolgt während des Betriebs der Hubkolben-Brennkraftmaschine und damit bei hohen zu übertragenden Momenten. Für die Verdrehung und das Halten der Position sind somit sehr große Kräfte erforderlich, die eine Verstelleinheit erbringen muss. Denkbar wäre hier eine Flügelzellenverstellung, wie sie für die Verstellung von Nockenwellen bekannt ist. Diese ist jedoch nur für große Verstellwinkel und kleine Momente geeignet.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, o. g. Nachteil zu vermeiden.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst. Werden die beiden Zahnräder auf den beiden Kurbelwellen erfindungsgemäß mit einer Schrägverzahnung ausgeführt, so lässt sich die Verstellung der Zuordnung zwischen den beiden Kurbelwellen durch eine axiale Verschiebung eines der beiden Zahnräder auf den Kurbelwellen umsetzen. Bei einer Schrägverzahnung führt die axiale Verschiebung des Zahnrades ebenfalls zu einer Verdrehung einer der beiden Kurbelwellen, mit der Folge einer geänderten Zuordnung zwischen den beiden Kurbelwellen. Somit lässt sich in einfacher Weise das Verdichtungsverhältnis, bzw. den oberen Totpunkt des Kolbens der Hubkolben-Brennkraftmaschine ver-, bzw. einstellen.
Bei einer axialen Verstellung der Position eines der beiden schräg verzahnten Zahnräder reduzieren sich die Verstell- und Haltekräfte deutlich. Für diese Form der Verstellung muss nur die Kraftkomponente in axialer Richtung aufgebracht werden, die bei einer Schrägverzahnung um Faktoren geringer ist als die Kraft, die bei einer direkten Verdrehung mittels eines Flügelzellenverstellers erforderlich ist. Diese erfindungsgemäße Art der Verstellung ermöglicht somit in einfacher Weise die Umsetzung eines kleinen Verstellwinkels bei gleichzeitig sehr hohen Momenten.
Im Folgenden ist die Erfindung anhand des Standes der Technik in zwei Figuren und anhand der erfindungsgemäßen Ausgestaltung in einer dritten Figur näher erläutert.
1 zeigt einen Kurbeltrieb für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine, wie er aus dem Stand der Technik bekannt ist.
2 zeigt einen Hubverlauf eines Kolbens für diesen bekannten Kurbeltrieb.
3 zeigt eine erfindungsgemäße Ausgestaltung des Kurbeltriebs.
Im Folgenden gelten in den 1 bis 3 für gleiche Bauelemente die gleichen Bezugsziffern.
1 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf einen gattungsgemäßen Kurbeltrieb 1. Der Kurbeltrieb 1 ist für eine nicht dargestellte Hubkolben-Brennkraftmaschine vorgesehen und weist eine erste 2, zu einer zweiten achsparallel angeordnete Kurbelwelle 3 auf. Hierbei ist um einen ersten, nicht bezifferten Hubzapfen der ersten Kurbelwelle 2 drehbeweglich ein erstes Pleuel 4 mit einem ersten Pleuelauge und um einen zweiten Hubzapfen der zweiten Kurbelwelle 3 drehbeweglich ein Umlenkpleuel 5 mit zwei unter einem Winkel, von dem zweiten Hubzapfen beabstandeten Bolzen 6, 7 angeordnet. Hierbei steht das erste Pleuel 4 mit einem zweiten Pleuelauge mit dem der ersten Kurbelwelle 2 zugewandten Bolzen 6 des Umlenkpleuels 5 in Wirkverbindung und der zweite, der ersten Kurbelwelle 2 abgewandte Bolzen 7 des Umlenkpleuels 5 steht mit einem dritten Pleuelauge eines dritte Pleuels 8 in Wirkverbindung. Weiter ist an das dritte Pleuel 8 auf der dem Kurbeltrieb 1 abgewandten Seite über einen Kolbenbolzen 12 drehbeweglich ein Kolben 9 angelenkt.
Zur Synchronisation der beiden Kurbelwellen 2, 3 ist an die erste Kurbelwelle 2 stirnseitig ein erstes Zahnrad 10 und an die zweite Kurbelwelle 3 stirnseitig ein zweites Zahnrad 11 angeordnet. Zur exakten Synchronisation der zwei Kurbelwellen 2, 3 kämmen das erste Zahnrad 10 und das zweite Zahnrad 11 miteinander mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2.
2 zeigt einen resultierenden Hubverlauf des Kolbens 9 über 720° Kurbelwinkel. Wie aus 2 entnehmbar ist, ist der Ladungswechselhub kleiner als der Expansionshub des Kolbens 9. Durch diese Kurbeltriebskonfiguration des Kurbeltriebs 1 ist der Wirkungsgrad der Hubkolben-Brennkraftmaschine 1 deutlich erhöht.
3 zeigt eine dreidimensionale Aufsicht auf die zwei erfindungsgemäßen Zahnräder 10, 11. Wie in 3 erkennbar ist, handelt es sich nicht um eine Geradverzahnung der Zahnräder 10, 11 sondern um eine erfindungsgemäße Schrägverzahnung. Werden die beiden Zahnräder 10, 11 auf den beiden Kurbelwellen erfindungsgemäß mit einer Schrägverzahnung ausgeführt, so lässt sich die Verstellung der Zuordnung zwischen den beiden Kurbelwellen 10, 11 durch eine axiale Verschiebung eines der beiden Zahnräder 10, 11 auf den Kurbelwellen 2, 3 umsetzen. Bei einer Schrägverzahnung führt die axiale Verschiebung eines Zahnrades 10, 11 zu einer Verdrehung einer der beiden Kurbelwellen 2, 3 mit der Folge einer geänderten Zuordnung zwischen den beiden Kurbelwellen 2, 3. Eine axiale Verschiebung des Zahnrades 10 ist mit einem Doppelpfeil in Achsrichtung schematisch eingezeichnet, die resultierende Verdrehung aus der axialen Verschiebung und Schrägverzahnung ist mit einem gebogenen Doppelpfeil dargestellt. Eine Drehachse der Zahnräder 10, 11 ist jeweils durch eine strichpunktierte Linie dargestellt.
Bei einer axialen Verstellung der Position eines der schrägverzahnten Zahnräder 10, 11 reduzieren sich die Verstell- und Haltekräfte in vorteilhafter Weise deutlich. Für diese Form der Verstellung muss nur die Kraftkomponente in axialer Richtung aufgebracht werden, die bei einer Schrägverzahnung um Faktoren geringer ist als die Kraft, die bei einer direkten Verdrehung mittels einer Flügelzellenverstellung erforderlich ist. Diese neue, erfindungsgemäße Art der Verstellung ermöglicht somit in einfacher Weise die Umsetzung eines kleinen Verstellwinkels bei hohen Momenten.
Bezugszeichenliste

1: Kurbeltrieb
2: erste Kurbelwelle
3: zweite Kurbelwelle
4: erstes Pleuel
5: Umlenkpleuel
6: Bolzen
7: Bolzen
8: drittes Pleuel
9: Kolben
10: erstes Zahnrad
11: zweites Zahnrad
12: Kolbenbolzen

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 4517931 [0002]

Claims

Kurbeltrieb (1) für eine Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer ersten, zu einer zweiten achsparallel angeordneten Kurbelwelle (2, 3), wobei um einen ersten Hubzapfen der ersten Kurbelwelle (2) drehbeweglich ein erstes Pleuel (4) mit einem ersten Pleuelauge und um einen zweiten Hubzapfen der zweiten Kurbelwelle (3) drehbeweglich ein Umlenkpleuel (5) mit zwei unter einem Winkel, von dem zweiten Hubzapfen beabstandeten Bolzen (6, 7) angeordnet ist, wobei das erste Pleuel (4) mit einem zweiten Pleuelauge mit dem der ersten Kurbelwelle (2) zugewandten Bolzen (6) des Umlenkpleuels (5) in Wirkverbindung ist und der zweite, der ersten Kurbelwelle abgewandte Bolzen (7) des Umlenkpleuels (5) mit einem dritten Pleuelauge eines dritten Pleuels (8) in Wirkverbindung ist, wobei an das dritte Pleuel (8) auf der dem Kurbeltrieb (1) abgewandten Seite drehbeweglich ein Kolben (9) angeordnet ist, wobei zur Synchronisation der Kurbelwellen (2, 3) an die erste Kurbelwelle (2) stirnseitig ein erstes Zahnrad (10) und an die zweite Kurbelwelle (3) stirnseitig ein zweites Zahnrad (11) angeordnet ist, wobei das erste Zahnrad (10) und das zweite Zahnrad (11) miteinander mit einem Übersetzungsverhältnis von 1:2 kämmen, dadurch gekennzeichnet, dass die Zahnräder (10, 11) schräg verzahnt sind und zumindest ein Zahnrad (10, 11) axial verschiebbar ist.