DE102014224034A1

DE102014224034A1 - Reciprocating engine with an eccentric for setting different lifting heights and a working method for operating such a reciprocating engine

Info

Publication number: DE102014224034A1
Application number: DE102014224034.4A
Authority: DE
Inventors: Christian Jelitto; Christian Papin
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2016-05-25

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine (1) mit einer Kurbelwelle (2), deren Hubzapfen (3) mittels eines drehbaren Exzenters (4) in einem Pleuelauge (5) eines Pleuels (6) gelagert ist. Zur Einstellung unterschiedlicher Hubhöhen können unterschiedliche Winkelpositionen des Exzenters (4) gegenüber dem Pleuelauge (5) stufenlos verändert werden, um so beispielsweise ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis einstellen zu können. Um die zur Änderung der Winkelposition erforderliche Drehbewegung während des laufenden Betriebes der Hubkolbenmaschine (1) vornehmen zu können, ist eine Stellvorrichtung (7) vorgesehen, die mit einem als Elektromagneten ausgeführten schaltbaren Magneten (8) ausgestattet ist, der an einer der Kurbelwelle (2) zugewandten Innenwandfläche angeordnet ist. Durch Aktivierung des Magneten (8) wird zyklisch bei jedem Durchgang des Exzenters (4) durch den Bereich des Magneten (8) ein Wirbelstrom in den Exzenter (4) induziert und dadurch die gewünschte Bremswirkung erzeugt, die als ein bremsendes Drehmoment auf den Exzenter (4) wirkt.The invention relates to a reciprocating piston engine (1) with a crankshaft (2), the crank pin (3) of which is mounted in a connecting rod eye (5) of a connecting rod (6) by means of a rotatable eccentric (4). To set different lifting heights different angular positions of the eccentric (4) relative to the connecting rod (5) can be changed continuously, so as to be able to set, for example, a desired compression ratio. In order to be able to carry out the rotational movement required for changing the angular position during operation of the reciprocating piston engine (1), an adjusting device (7) is provided which is equipped with a switchable magnet (8) designed as an electromagnet which is mounted on one of the crankshaft (2 ) facing inner wall surface is arranged. By activating the magnet (8), an eddy current is cyclically induced in the eccentric (4) during each passage of the eccentric (4) through the region of the magnet (8), thereby producing the desired braking effect, which acts as a braking torque on the eccentric (8). 4) acts.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, mit einer einen Hubzapfen aufweisenden Kurbelwelle und mit einem Pleuel, dessen großes Pleuelauge mit dem Hubzapfen mittels eines in dem Pleuelauge drehbeweglich angeordneten Exzenters zur Einstellung unterschiedlicher Hubhöhen verbunden ist, und mit einer Stellvorrichtung zur Änderung oder Einstellung der Winkelposition des Exzenters während des Betriebes der Hubkolbenmaschine. Weiterhin betrifft die Erfindung ein Arbeitsverfahren zum Betrieb einer solchen Stellvorrichtung. The invention relates to a reciprocating engine, in particular internal combustion engine, with a crankshaft having a crank pin and a connecting rod whose large connecting rod eye is connected to the crank pin by means of an eccentric rotatably mounted in the connecting rod for setting different lifting heights, and with an adjusting device for changing or setting the Angular position of the eccentric during operation of the reciprocating engine. Furthermore, the invention relates to a working method for operating such a control device.

Eine solche Hubkolbenmaschine ermöglicht durch Drehen des Exzenters eine variable Einstellung des Kolbenhubes und damit gleichzeitig des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine. Such a reciprocating engine allows by turning the eccentric variable adjustment of the piston stroke and thus at the same time the compression ratio of the reciprocating engine.

Eine Anpassung der Verdichtung an die Betriebszustände einer Hubkolbenmaschine, insbesondere an die Last, unter der die Hubkolbenmaschine läuft, ist ein seit langem bestehender Wunsch. Wenn nämlich beispielsweise bei Schwachlast die Verdichtung erhöht und bei Volllast vermindert werden kann, lassen sich erhebliche Verbrauchseinsparungen bei gleichzeitig größeren möglichen Leistungsspreizungen erzielen. An adaptation of the compression to the operating conditions of a reciprocating engine, in particular to the load under which the reciprocating engine is running, is a long-standing desire. Namely, if, for example, at low load, the compression increases and can be reduced at full load, significant fuel savings can be achieved with greater possible performance spreads.

Eine Hubkolbenmaschine und ein Arbeitsverfahren der genannten Art sind beispielsweise aus der DE 103 09 649 A1 bekannt, bei welcher ein Kolben in einem Zylinder über ein Pleuel und dessen großes Pleuelauge mittels eines Exzenters mit einem Hubzapfen einer Kurbelwelle in Verbindung steht. Der Hub lässt sich zwischen einem Maximal- und einem Minimalwert durch Drehen des Exzenters um 180° um den Hubzapfen verändern. Der Exzenter hat eine in axialer Richtung der Drehachse des Exzenters gegenüber dem Pleuel vorspringend angeordneten seitlichen Bund, der zwischen dem Pleuel und einer Kurbelwange angeordnet ist. Der Bund ist konzentrisch zu der Mittelachse des Hubzapfens. Um den Exzenter zu verstellen, wird die Stellvorrichtung mit einer als Reibfläche dienenden Laufbahn gegen den Bund angelegt, wodurch der Exzenter durch Reib- oder Formschluss in eine Drehung um den Hubzapfen versetzt wird. A reciprocating engine and a working method of the type mentioned are for example from DE 103 09 649 A1 known, in which a piston in a cylinder via a connecting rod and its large connecting rod eye by means of an eccentric with a crank pin of a crankshaft in connection. The stroke can be changed between a maximum and a minimum value by turning the eccentric by 180 ° around the crankpin. The eccentric has a projecting in the axial direction of the axis of rotation of the eccentric relative to the connecting rod lateral collar, which is arranged between the connecting rod and a crank arm. The collar is concentric with the central axis of the crank pin. To adjust the eccentric, the adjusting device is applied with a serving as a friction surface raceway against the federal government, whereby the eccentric is offset by friction or positive engagement in a rotation about the crank pin.

Aus der DE 197 03 948 C1 ist eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine, bekannt, bei der ein Hubkolben mittels eines Pleuels mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle in Verbindung steht und bei der ein zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge drehbar angeordneter Exzenter durch eine Hubveränderung ein änderbares Verdichtungsverhältnis ermöglicht. Der Exzenter wird mittels der Triebwerkskräfte in Extremstellungen bewegt, die eine Hubveränderung bewirken. From the DE 197 03 948 C1 is a reciprocating engine, in particular internal combustion engine, known, in which a reciprocating piston by means of a connecting rod with the crank pin of a crankshaft in connection and in which a rotatably between the crank pin and large connecting rod arranged eccentric by a Hubveränderung allows a variable compression ratio. The eccentric is moved by the engine forces in extreme positions that cause a Hubveränderung.

Die EP 1 247 958 A1 beschreibt ebenfalls eine Hubkolbenmaschine, bei der das Pleuel unter Zwischenschaltung einer exzentrischen Hülse auf dem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. Die Drehung der Hülse wird über einen elektrischen oder hydraulischen Motor bewirkt, welcher eine Schnecke antreibt, die in eine Außenverzahnung der Hülse eingreift. Durch den aktiven Antrieb ist eine Drehung der Hülse auch dann gewährleistet, wenn die Eigendrehung aufgrund von Verschleißerscheinungen beeinträchtigt ist. The EP 1 247 958 A1 also describes a reciprocating engine in which the connecting rod is mounted with the interposition of an eccentric sleeve on the crank pin of a crankshaft. The rotation of the sleeve is effected via an electric or hydraulic motor, which drives a worm, which engages in an outer toothing of the sleeve. By the active drive rotation of the sleeve is guaranteed even if the rotation is impaired due to wear and tear.

Aus der DE 42 26 361 C2 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Verdichtung einer Hubkolbenmaschine bekannt, bei der im Pleuel ein mittels eines Exzenters hydraulisch verstellbares Hubzapfenlager vorgesehen ist, wobei der Exzenter eine als Kreiskolben ausgebildete Exzenterscheibe mit mindestens einem radial vorstehenden Kolben aufweist, der in einer radialen Erweiterung des Exzenterscheibenlagers hydraulisch verschiebbar ist. Die Hydraulikversorgung für die Betätigung des Kolbens geschieht über die Ölversorgung aus der Kurbelwelle heraus. From the DE 42 26 361 C2 a device for changing the compression of a reciprocating engine is known in which in the connecting rod by means of an eccentric hydraulically adjustable Hubzapfenlager is provided, wherein the eccentric designed as a circular piston eccentric disc having at least one radially projecting piston which is hydraulically displaceable in a radial extension of the eccentric disk bearing is. The hydraulic supply for the actuation of the piston takes place via the oil supply from the crankshaft.

In der DE 38 18 357 A1 ist eine Vorrichtung zur Veränderung der Verdichtung einer Hubkolbenbrennkraftmaschine beschrieben, bei der das Pleuelauge über eine Exzenterhülse an einem Kolbenbolzen gelagert ist. Die Exzenterhülse weist in ihrer äußeren Umfangsfläche mehrere Ausnehmungen auf, mit denen selektiv im Pleuel mittels Hydraulikmittel verschiebbare Stößel in Eingriff bringbar sind, sodass die Drehstellung der Exzenterhülse verriegelt ist. In the DE 38 18 357 A1 a device for changing the compression of a reciprocating internal combustion engine is described, in which the connecting rod is mounted on an eccentric sleeve on a piston pin. The eccentric sleeve has in its outer peripheral surface a plurality of recesses with which selectively in the connecting rod by means of hydraulic means displaceable plunger can be brought into engagement, so that the rotational position of the eccentric sleeve is locked.

Die Stellbewegung des Exzenters ist mit Geräuschen und Verschleiß verbunden. Während des Stellvorganges befindet sich der Exzenter in einem labilen Gleichgewichtszustand, der von den drehzahlabhängigen Triebwerkskräften und aktuellen Reibbedingungen zwischen Exzenter und Hubzapfen bzw. Pleuelauge abhängt. Bei hydraulisch verstellbaren Exzentern sind die Ölversorgung und die für deren Steuerung notwendigen Ventile verhältnismäßig aufwendig. Zusätzlich wird innerhalb des Kolbens Bauraum beansprucht. The adjusting movement of the eccentric is associated with noise and wear. During the positioning process, the eccentric is in a labile state of equilibrium, which depends on the engine speed-dependent engine forces and current friction conditions between eccentric and crank pin or connecting rod eye. With hydraulically adjustable eccentrics, the oil supply and the valves necessary for their control are relatively expensive. In addition, space is claimed within the piston.

Vor diesem Hintergrund liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, bei einer Hubkolbenmaschine eine konstruktiv einfache, einem geringen Verschleiß unterliegende Stellvorrichtung zu realisieren, die zudem einen geringen Bauraum beansprucht und nicht zu einer Erhöhung der rotierenden Massen führt. Insbesondere soll dabei auf zusätzliche Stellantriebe im Kurbeltrieb verzichtet werden. Weiterhin soll ein zum Betrieb der Stellvorrichtung der Hubkolbenmaschine bestimmtes optimiertes Arbeitsverfahren geschaffen werden, durch das der Verstellvorgang weiter vereinfacht wird. Against this background, the invention has the object, in a reciprocating engine to realize a structurally simple, subject to low wear actuator, which also requires a small space and does not lead to an increase in the rotating masses. In particular, it should be dispensed with additional actuators in the crank mechanism. Furthermore, intended for the operation of the adjusting device of the reciprocating engine optimized working method is to be created by the adjustment process is further simplified.

Die erstgenannte Aufgabe wird gelöst mit einer Hubkolbenmaschine gemäß den Merkmalen des Patentanspruches 1. Die Unteransprüche betreffen besonders zweckmäßige Weiterbildungen der Erfindung. The first object is achieved with a reciprocating engine according to the features of claim 1. The dependent claims relate to particularly expedient developments of the invention.

Erfindungsgemäß ist also eine Hubkolbenmaschine vorgesehen, bei der die Stellvorrichtung mit zumindest einem schaltbaren Magneten, insbesondere Elektromagneten, ausgestattet ist, der an einer der Kurbelwelle zugewandten Innenwandfläche der Hubkolbenmaschine angeordnet ist und durch den infolge eines auf den Exzenter wirkenden Magnetfeldes ein Drehmoment berührungslos übertragbar ist. Hierdurch wird erstmals ohne einen mechanischen Eingriff zwischen einem ortsfesten Stellmittel und dem Exzenter eine berührungslose Kraftübertragung zur Einstellung der gewünschten Winkelposition des Exzenters und somit der gewünschten Hubhöhe genutzt. In überraschend einfacher Weise kann dabei auf jede Form eines direkten Kontaktes verzichtet werden, wodurch sich zahlreiche Vorteile ergeben. Insbesondere entfallen verschleißbedingte Probleme ebenso wie zusätzliche Antriebselemente an den bewegten Teilen des Kurbeltriebes. Dabei kann der schaltbare Magnet beispielsweise nach dem Prinzip einer Wirbelstrombremse einen Wirbelstrom in den Exzenter induzieren, um diesen zur Bremsung zu nutzen. Dieses an sich bekannte Prinzip macht sich erfindungsgemäß zunutze, dass in den gemeinsam mit der Kurbelwelle in einem inhomogenen äußeren Magnetfeld des schaltbaren Magneten rotierenden Exzenter Spannungen und infolgedessen Wirbelströme induziert werden, die ihrerseits eigene, dem äußeren Magnetfeld des schaltbaren Magneten entgegengesetzte Magnetfelder erzeugen, durch die der Exzenter abgebremst wird. Vorteilhaft wirkt sich dabei aus, dass das erzeugte Bremsmoment mit hohen Drehzahlen zunimmt und sich die Stellvorrichtung in optimaler Weise für die bei einer Hubkolbenmaschine im Betrieb auftretenden hohen Drehzahlen eignet. Somit wird zugleich auch die kurze Einwirkungsdauer ausgeglichen. Insbesondere ist es nicht erforderlich, einen oder mehrere Magneten entlang des gesamten Umfanges der Kreisbahn anzuordnen, auf welcher der Exzenter bei der Rotation der Kurbelwelle bewegt wird. Vielmehr kann die Einwirkung des Magneten auf einen Kreisbogenabschnitt beschränkt werden. Weiterhin kann der schaltbare Magnet auch nach dem Prinzip der Hysteresebremse verwendet werden, um die Wirkung des Magneten auf einen ferromagnetischen Exzenter zu übertragen, wobei die Bremswirkung durch die wiederholte Ummagnetisierung des Materiales entsteht. According to the invention, therefore, a reciprocating engine is provided in which the adjusting device is equipped with at least one switchable magnet, in particular electromagnet, which is arranged on an inner wall surface of the reciprocating piston facing the crankshaft and through which a torque acting on the eccentric magnetic field, a torque is contactless transferable. As a result, a contactless power transmission for adjusting the desired angular position of the eccentric and thus the desired lifting height is used for the first time without a mechanical engagement between a stationary actuating means and the eccentric. In a surprisingly simple way can be dispensed with any form of direct contact, resulting in numerous advantages. In particular, wear-related problems as well as additional drive elements on the moving parts of the crank mechanism accounts. In this case, the switchable magnet induce, for example, according to the principle of an eddy current brake an eddy current in the eccentric in order to use this for braking. This principle, which is known per se, makes use of the fact that in the eccentric rotating together with the crankshaft in an inhomogeneous external magnetic field of the switchable magnet, stresses and, consequently, eddy currents are induced which in turn generate separate magnetic fields opposite the external magnetic field of the switchable magnet the eccentric is braked. Advantageously, this has the effect that the braking torque generated increases at high speeds and the adjusting device is optimally suitable for the high speeds occurring during operation of a reciprocating piston engine. Thus, at the same time the short exposure time is compensated. In particular, it is not necessary to arrange one or more magnets along the entire circumference of the circular path on which the eccentric is moved during the rotation of the crankshaft. Rather, the action of the magnet can be limited to a circular arc section. Furthermore, the switchable magnet can also be used according to the principle of the hysteresis brake to transmit the effect of the magnet on a ferromagnetic eccentric, wherein the braking effect is caused by the repeated remagnetization of the material.

Der Exzenter könnte eine axiale Erstreckung parallel zur Drehachse aufweisen, die über die Dicke der in dem Pleuelauge gebildeten Aufnahme nicht hinausgeht. Dadurch benötigt der Exzenter keinen zusätzlichen Bauraum, sondern lässt sich in das Pleuelauge integrieren. The eccentric could have an axial extent parallel to the axis of rotation, which does not exceed the thickness of the receptacle formed in the connecting rod. As a result, the eccentric requires no additional space, but can be integrated into the connecting rod.

Eine besonders vorteilhafte Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird auch dann erreicht, wenn der Exzenter mit zumindest einer in axialer Richtung bezogen auf die Drehachse des Exzenters gegenüber dem Pleuelauge vorspringenden radialen Erweiterung, beispielsweise einem Bund, ausgestattet ist. Hierdurch wird in einfacher Weise die Zugänglichkeit und damit die für die Übertragung des Magnetfeldes erforderliche Kraftübertragungsfläche des Exzenters wesentlich optimiert. Indem die radiale Erweiterung als ein ringförmiger Bund in der Querschnittsebene zu der Drehachse des Exzenters ausgeführt und konzentrisch zu der Mittelachse des Hubzapfens angeordnet ist, rotiert die so geschaffene radiale Erweiterung unabhängig von der Winkelposition des Exzenters koaxial zu der Rotationachse der Kurbelwelle. Infolgedessen lässt sich so in einfacher Weise ein konstanter Luftspalt zwischen der radialen Erweiterung und dem zumindest einen, in dem Gehäuse der Hubkolbenmaschine angeordneten Magneten realisieren. A particularly advantageous development of the present invention is also achieved when the eccentric with at least one in the axial direction relative to the axis of rotation of the eccentric with respect to the connecting rod projecting radial extension, such as a collar equipped. As a result, the accessibility and thus required for the transmission of the magnetic force transmission surface of the eccentric is significantly optimized in a simple manner. By making the radial extension as an annular collar in the cross-sectional plane to the axis of rotation of the eccentric and concentric with the central axis of the crank pin, the radial expansion thus created rotates coaxially with the axis of rotation of the crankshaft regardless of the angular position of the eccentric. As a result, a constant air gap between the radial extension and the at least one magnet arranged in the housing of the reciprocating engine can thus be realized in a simple manner.

In Verbindung mit dieser radialen Erweiterung kann der Magnet eine Orientierung zur Übertragung eines Magnetfeldes auf eine Umfangsfläche der radialen Erweiterung des Exzenters aufweisen, wobei der Magnet einen zu der Rotationsachse der Kurbelwelle konzentrischen Ringspalt als Luftspalt zwischen dem Magneten und der radialen Erweiterung einschließt. Zusätzlich kann der Magnet auch einen Randabschnitt der Umfangsfläche der dabei vorzugsweise parallelen Stirnflächen der radialen Erweiterung umfassen, um so eine weiter verbesserte Magnetfeldeinwirkung zu ermöglichen. In conjunction with this radial expansion, the magnet may include an orientation for transmitting a magnetic field to a peripheral surface of the radial extension of the eccentric, the magnet including an annular gap concentric with the axis of rotation of the crankshaft as an air gap between the magnet and the radial extension. In addition, the magnet may also include an edge portion of the peripheral surface of the preferably parallel end faces of the radial extension, so as to allow a further improved magnetic field effect.

Eine andere, ebenfalls besonders Erfolg versprechende Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird auch dadurch erreicht, dass mittels des Magneten das Drehmoment auf eine Stirnfläche des Exzenters oder der radialen Erweiterung in Bezug auf seine Drehachse übertragbar ist. Hierzu ist der Magnet vorzugsweise an einem in den Hubzapfenzwischenraum hineinragenden Träger angeordnet, um so eine Positionierung zwischen den Rotationsebenen der Kurbelzapfen in dem Zwischenraum zu ermöglichen. Auf diese Weise kann auch dann das magnetische Feld problemlos induziert werden, wenn der Exzenter ohne eine radiale Erweiterung in der Aufnahme in dem Pleuelauge angeordnet ist, insbesondere also flächenbündig mit dem Pleuel abschließt, weil auch bei einer solchen Bauform eine Stirnfläche des Exzenters stirnseitig zugänglich ist. Another, also particularly promising embodiment of the present invention is also achieved in that by means of the magnet, the torque is transferable to an end face of the eccentric or the radial extension with respect to its axis of rotation. For this purpose, the magnet is preferably arranged on a support projecting into the Hubzapfenzwischenraum, so as to enable a positioning between the planes of rotation of the crank pin in the intermediate space. In this way, the magnetic field can be easily induced even if the eccentric is arranged without a radial extension in the receptacle in the connecting rod, so in particular flush with the connecting rod, because even with such a design, an end face of the eccentric is frontally accessible ,

Die jeweils eingestellte Winkelposition des Exzenters kann aufgrund der erfassten Hubhöhe des Kolbens ermittelt und der schaltbare Magnet entsprechend gesteuert oder geregelt werden. Besonders praxisgerecht ist hingegen eine Abwandlung der Erfindung, bei welcher die Hubkolbenmaschine mit zumindest einem Sensor zur Erfassung der Winkelposition des Exzenters relativ zu dem Pleuelauge und/oder dem Hubzapfen ausgestattet ist. Dabei erfasst der Sensor die Winkelposition des Exzenters beispielsweise aufgrund einer umfangsseitig an der radialen Erweiterung angeordneten Markierung. The respectively set angular position of the eccentric can be determined on the basis of the detected lifting height of the piston and the switchable magnet can be controlled or regulated accordingly. Especially In practice, however, a modification of the invention in which the reciprocating engine is equipped with at least one sensor for detecting the angular position of the eccentric relative to the connecting rod and / or the crank pin. In this case, the sensor detects the angular position of the eccentric, for example, due to a circumferentially arranged on the radial extension marking.

Bei einer anderen, ebenfalls besonders zweckmäßigen Ausgestaltungsform der Erfindung weist der Exzenter zumindest einen insbesondere im Bereich seiner radialen Erweiterung angeordneten Referenzpunkt auf, dessen Position gegenüber dem Pleuelauge oder dem Hubzapfen von einem stationären Sensor erfasst wird. Der Messgeber kann beispielsweise auch in einer Stirnfläche des hülsenförmigen Exzenters angeordnet sein, sodass diese Bauform auch bei Varianten des Exzenters ohne eine radiale Erweiterung problemlos einsetzbar ist. Ein derartiger Referenzpunkt kann beispielsweise durch einen oder mehrere Magneten oder durch eine optisch identifizierbare Markierung realisiert werden. In another, likewise particularly expedient embodiment of the invention, the eccentric has at least one reference point arranged in particular in the region of its radial extension, whose position relative to the connecting rod eye or the crank pin is detected by a stationary sensor. The encoder may for example be arranged in an end face of the sleeve-shaped eccentric, so that this design can be used without problems even with variants of the eccentric without a radial extension. Such a reference point can be realized, for example, by one or more magnets or by an optically identifiable marking.

Besonders bevorzugt ist das mittels des schaltbaren Magneten in dem Exzenter erzeugte Drehmoment bzw. der induzierbare Strom mittels einer Steuereinheit der Hubkolbenmaschine einstellbar, insbesondere regelbar, um so den Differenzwinkel der Winkelposition des Exzenters, die während eines Durchganges erreicht wird, durch eine entsprechende Ansteuerung des Magneten innerhalb geringer Toleranzwerte zuverlässig einstellen zu können. Beispielsweise eignet sich hierzu eine entsprechende Steuerung des Stromflusses des Elektromagneten, dessen Magnetfeld und damit die Bremskraft mit zunehmendem Stromfluss steigt, wobei die Bremswirkung wesentlich von der Geschwindigkeit, also der Drehzahl der Kurbelwelle abhängig ist. Particularly preferably, the torque generated by the switchable magnet in the eccentric or the inducible current by means of a control unit of the reciprocating engine is adjustable, in particular adjustable, so as to obtain the difference angle of the angular position of the eccentric, which is achieved during a passage, by a corresponding control of the magnet be able to set reliably within small tolerance values. For example, suitable for this purpose is a corresponding control of the current flow of the electromagnet, the magnetic field and thus the braking force increases with increasing current flow, the braking effect is substantially dependent on the speed, ie the speed of the crankshaft.

Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn das mittels des Magneten wirkende Magnetfeld in die radiale Erweiterung parallel zu der Drehachse des Exzenters einwirkt, weil dadurch eine maximale Wirkung und somit ein besonders hohes abbremsendes Moment erreicht werden kann. Insbesondere eignet sich hierzu eine Ausgestaltungsform, bei welcher das Magnetfeld die rotierende, als Ringscheibe ausgeführte radiale Erweiterung senkrecht durchsetzt. Furthermore, it proves to be particularly useful if the magnetic field acting by the magnet acts in the radial extension parallel to the axis of rotation of the eccentric, because thereby a maximum effect and thus a particularly high decelerating torque can be achieved. In particular, this is an embodiment in which the magnetic field passes through the rotating, designed as an annular disc radial extension vertically.

Die Hubkolbenmaschine könnte mit einem oder mehreren Magneten ausgestattet sein, die über den gesamten Umfang entlang der Kreisbahn des Exzenters angeordnet sind. Eine besonders einfache Variante der vorliegenden Erfindung wird bereits dadurch realisiert, dass der Exzenter bei der Rotation auf einer Kreisbahn rotiert und zyklisch den Einflussbereich des Magneten unter Einhaltung eines insbesondere einstellbaren Luftspaltes durchläuft, sodass das Bremsmoment und damit die Änderung der Winkelposition auf einen Teilbereich des vollen Kurbelwellenumlaufes beschränkt ist. Hierdurch wird ein besonders einfacher konstruktiver Aufbau realisiert. The reciprocating engine could be equipped with one or more magnets, which are arranged over the entire circumference along the circular path of the eccentric. A particularly simple variant of the present invention is already realized in that the eccentric rotates during rotation on a circular path and cyclically passes through the sphere of influence of the magnet while maintaining a particular adjustable air gap, so that the braking torque and thus the change of the angular position to a portion of the full Crankshaft circulation is limited. As a result, a particularly simple structural design is realized.

Weiterhin erweist es sich als besonders zweckmäßig, wenn der Exzenter zumindest abschnittsweise aus einem Material mit einer hohen elektrischen Leitfähigkeit besteht, weil die mittels des Magneten induzierten Ströme proportional zur elektrischen Leitfähigkeit des verwendeten Materials sind. Bevorzugt kommt daher ein Exzenter aus Aluminium oder Kupfer zum Einsatz. Darüber hinaus kann auch der Luftspalt einstellbar ausgeführt sein, um so durch eine Minimierung des Luftspaltes die maximale Bremswirkung zu erreichen. Furthermore, it proves to be particularly expedient if the eccentric at least partially made of a material having a high electrical conductivity, because the currents induced by the magnet are proportional to the electrical conductivity of the material used. Preferably, therefore, an eccentric made of aluminum or copper is used. In addition, the air gap can be made adjustable so as to achieve the maximum braking effect by minimizing the air gap.

Die zweitgenannte Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst mit einem Arbeitsverfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine mit einem Pleuel, dessen großes Pleuelauge mit dem Hubzapfen mittels eines in dem Pleuelauge drehbeweglich angeordneten Exzenters verbunden ist, wobei verschiedene relative Winkelpositionen des Exzenters gegenüber dem Pleuelauge eingestellt werden, um unterschiedliche Kolbenhubhöhen zu erzielen und die Winkelposition des Exzenters durch Abbremsen mittels einer Stellvorrichtung durch Aktivierung eines schaltbaren Magneten, insbesondere eines Elektromagneten, eingestellt wird. The second object is achieved with a working method for operating a reciprocating piston engine with a connecting rod whose large connecting rod is connected to the crank pin by means of a rotatably mounted in the connecting rod eccentric, wherein different relative angular positions of the eccentric are adjusted relative to the connecting rod to different piston stroke heights achieve and the angular position of the eccentric is set by braking by means of an adjusting device by activating a switchable magnet, in particular an electromagnet.

Vorzugsweise wird die Reduzierung der Hubhöhe während des Arbeitstaktes und/oder die Vergrößerung der Hubhöhe während der Saugphase der Hubkolbenmaschine vorgenommen, indem zur Verstellung der Gasdruck in dem Kolben genutzt und die Stellbewegung des Exzenters wesentlich vereinfacht wird. Der Gasdruck kann als Druck- oder Zugkraft zur Verstellung genutzt werden. In vorteilhafter Weise erfolgt die Änderung der Winkelposition des Exzenters ausgehend von der maximalen Hubhöhe zu einer minimalen Hubhöhe durch eine entsprechende Verstellung während des Arbeitstaktes der Hubkolbenmaschine, weil die Drehbewegung des Exzenters in dieser Richtung begünstigt wird, indem die auf den Kolben und somit das Pleuel wirkende Kraft den Exzenter in diese Position drückt. Eine Verstellung in einem hohen Verdichtungsverhältnis durch eine Erhöhung der Hubhöhe erfolgt bevorzugt in der Saugphase der Kolbenmaschine. Durch den Unterdruck in dem Zylinder der Hubkolbenmaschine wird die Drehbewegung des Exzenters hin zu einem hohen Verdichtungsverhältnis begünstigt, weil dabei auf den Kolben und damit das Pleuel eine Zugkraft wirkt. Preferably, the reduction of the lifting height during the power stroke and / or the increase in the lifting height during the suction phase of the reciprocating engine is made by used for adjusting the gas pressure in the piston and the adjusting movement of the eccentric is much easier. The gas pressure can be used as pressure or tension for adjustment. Advantageously, the change of the angular position of the eccentric, starting from the maximum lifting height to a minimum lifting height by a corresponding adjustment during the power stroke of the reciprocating engine, because the rotational movement of the eccentric is favored in this direction by acting on the piston and thus the connecting rod Force presses the eccentric in this position. An adjustment in a high compression ratio by increasing the lift height is preferably carried out in the suction phase of the piston engine. Due to the negative pressure in the cylinder of the reciprocating engine, the rotational movement of the eccentric is favored towards a high compression ratio, because it acts on the piston and thus the connecting rod a tensile force.

Die Erfindung lässt zahlreiche Ausführungsformen zu. Zur weiteren Verdeutlichung ihres Grundprinzips ist eine davon in der Zeichnung dargestellt und wird nachfolgend beschrieben. Diese zeigt jeweils in einer geschnittenen Prinzipdarstellung in The invention allows numerous embodiments. To further clarify its basic principle, one of them is shown in the drawing and will be described below. This shows in each case in a cut schematic representation in

1 eine stirnseitige Ansicht einer Hubkolbenmaschine, deren Pleuel mittels eines Exzenters mit einem Hubzapfen verbunden ist; 1 an end view of a reciprocating engine whose connecting rod is connected by means of an eccentric with a crank pin;

2 eine vergrößerte Seitenansicht eines den Exzenter aufnehmenden Bereiches sowie eine Stellvorrichtung der in 1 gezeigten Hubkolbenmaschine; 2 an enlarged side view of the eccentric receiving area and an adjusting device of in 1 shown reciprocating engine;

3 eine Variante eines Exzenters in einer Seitenansicht. Eine erfindungsgemäße als Brennkraftmaschine ausgeführte Hubkolbenmaschine 1 wird nachstehend anhand zweier Ausführungsformen in den 1 bis 3 näher erläutert. Die Hubkolbenmaschine 1 ist mit einer Kurbelwelle 2 ausgestattet, deren Hubzapfen 3 mittels eines drehbaren Exzenters 4 in einem Pleuelauge 5 eines Pleuels 6 gelagert ist. Zur Einstellung unterschiedlicher Hubhöhen können unterschiedliche Winkelpositionen des Exzenters 4 gegenüber dem Pleuelauge 5 stufenlos verändert werden, um so beispielsweise ein gewünschtes Verdichtungsverhältnis einstellen zu können. Eine solche abweichende Winkelposition ist in 1 durch eine gestrichelte Darstellung des Exzenters 4 verdeutlicht. Um die zur Änderung der Winkelposition erforderliche Drehbewegung während des laufenden Betriebes der Hubkolbenmaschine 1 vornehmen zu können, ist eine Stellvorrichtung 7 vorgesehen, die mit einem als Elektromagneten ausgeführten schaltbaren Magneten 8 ausgestattet ist, der an einer der Kurbelwelle 2 zugewandten, nicht weiter dargestellten Innenwandfläche der Hubkolbenmaschine 1 angeordnet ist. Durch Aktivierung des Magneten 8 wird zyklisch bei jedem Durchgang des Exzenters 4 durch den Bereich des Magneten 8 ein Wirbelstrom in den Exzenter 4 induziert und dadurch die gewünschte Bremswirkung erzeugt, die als ein bremsendes Drehmoment auf den Exzenter 4 wirkt. Hierzu hat der Exzenter 4, wie insbesondere auch in 2 erkennbar, einen Bund 9, der gegenüber dem Pleuelauge 5 vorspringend angeordnet ist, und eine kreisringförmige radiale Erweiterung 10. Mittels des Magneten 8 wird das Magnetfeld in axialer Richtung bezogen auf eine Drehachse 11 des Exzenters 4 stirnseitig in die radiale Erweiterung eingekoppelt. Alternativ kann das Magnetfeld mittels eines ebenfalls dargestellten alternativ oder ergänzend einsetzbaren Magneten 8 auch in eine Umfangsfläche der radialen Erweiterung 10 eingekoppelt werden. Demgegenüber ist bei der in 3 gezeigten Variante des Exzenters 4 ohne einen Bund 9 ausschließlich eine stirnseitige Einkopplung des Magnetfeldes möglich. Diese Variante eignet sich insbesondere für Hubkolbenmaschinen 1 mit beengten Platzverhältnissen oder gegebenenfalls für Nachrüstlösungen bereits vorhandener Hubkolbenmaschinen 1. Der Exzenter 4 ist mit einem Referenzpunkt 12 zur messtechnischen Erfassung der jeweiligen Winkelposition des Exzenters 4 ausgestattet, indem die Hubkolbenmaschine 1 mit einem Sensor 13 ausgestattet ist. Dieser erfasst während der Rotation der Kurbelwelle 2 den radialen Abstand R des Referenzpunktes 12 von einer Drehachse 14 der Kurbelwelle 2, aus welcher die Winkelposition abgeleitet werden kann. 3 a variant of an eccentric in a side view. An inventive designed as an internal combustion engine reciprocating engine 1 will be described below with reference to two embodiments in the 1 to 3 explained in more detail. The reciprocating engine 1 is with a crankshaft 2 equipped, the crank pin 3 by means of a rotatable eccentric 4 in a connecting rod eye 5 a connecting rod 6 is stored. To set different lifting heights different angular positions of the eccentric 4 opposite the connecting rod eye 5 be changed continuously, so as to be able to set, for example, a desired compression ratio. Such a deviating angular position is in 1 by a dashed representation of the eccentric 4 clarified. To the required to change the angular position rotational movement during operation of the reciprocating piston engine 1 to be able to make, is an adjusting device 7 provided with a switchable magnet designed as an electromagnet 8th equipped on one of the crankshaft 2 facing, not shown inner wall surface of the reciprocating engine 1 is arranged. By activating the magnet 8th becomes cyclic at each passage of the eccentric 4 through the area of the magnet 8th an eddy current in the eccentric 4 induced and thereby generates the desired braking effect, as a braking torque on the eccentric 4 acts. For this purpose, the eccentric 4 , as in particular in 2 recognizable, a covenant 9 , the opposite the connecting rod eye 5 projecting, and an annular radial extension 10 , By means of the magnet 8th the magnetic field is in the axial direction with respect to a rotation axis 11 of the eccentric 4 coupled frontally in the radial extension. Alternatively, the magnetic field by means of an alternative or complementary deployable magnet also shown 8th also in a peripheral surface of the radial extension 10 be coupled. In contrast, in the in 3 shown variant of the eccentric 4 without a covenant 9 only an end-side coupling of the magnetic field possible. This variant is particularly suitable for reciprocating engines 1 with cramped space or possibly for retrofit solutions already existing reciprocating engines 1 , The eccentric 4 is with a reference point 12 for metrological detection of the respective angular position of the eccentric 4 equipped by the reciprocating engine 1 with a sensor 13 Is provided. This is detected during the rotation of the crankshaft 2 the radial distance R of the reference point 12 from a rotation axis 14 the crankshaft 2 from which the angular position can be derived.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Hubkolbenmaschine reciprocating engine
22: Kurbelwelle crankshaft
33: Hubzapfen crank pins
44: Exzenter eccentric
55: Pleuelauge connecting rod
66: Pleuel pleuel
77: Stellvorrichtung locking device
88th: Magnet magnet
99: Bund Federation
1010: Erweiterung extension
1111: Drehachse axis of rotation
1212: Referenzpunkt reference point
1313: Sensor sensor
1414: Drehachse axis of rotation
RR: Abstand distance

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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.This list of the documents listed by the applicant has been generated automatically and is included solely for the better information of the reader. The list is not part of the German patent or utility model application. The DPMA assumes no liability for any errors or omissions.

Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 10309649 A1 [0004]
DE 19703948 C1 [0005]
EP 1247958 A1 [0006]
DE 4226361 C2 [0007]
DE 3818357 A1 [0008]

Claims

Reciprocating engine ( 1 ) with a crankpin ( 3 ) having crankshaft ( 2 ) and with a connecting rod ( 6 ), whose connecting rod eye ( 5 ) with the crankpin ( 3 ) by means of a in the connecting rod eye ( 5 ) rotatably arranged eccentric ( 4 ) is connected to set different lifting heights, and with an adjusting device ( 7 ) for changing the angular position of the eccentric ( 4 ), characterized in that the adjusting device ( 7 ) with at least one switchable magnet ( 8th ), in particular electromagnet, is equipped, by the one on the eccentric ( 4 ) acting magnetic field to generate a torque contactless transferable.

Reciprocating engine ( 1 ) according to claim 1, characterized in that the eccentric ( 4 ) with at least one in the axial direction with respect to the axis of rotation ( 11 ) of the eccentric ( 4 ) opposite the connecting rod eye ( 5 ) projecting extension ( 10 ) Is provided.

Reciprocating engine ( 1 ) according to claims 1 or 2, characterized in that the magnet ( 8th ) an orientation for transmitting a magnetic field to a peripheral surface of the axial and / or radial extension ( 10 ) of the eccentric ( 4 ) having.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that by means of the magnet ( 8th ) the torque on an end face of the eccentric ( 4 ) with respect to its axis of rotation ( 11 ) is transferable.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the reciprocating piston engine ( 1 ) at least one sensor ( 13 ) for detecting the angular position of the eccentric ( 4 ) relative to the connecting rod eye ( 5 ) and / or the crankpin ( 3 ) having.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the eccentric ( 4 ) at least one reference point ( 12 ) having.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the means of the switchable magnet ( 8th ) in the eccentric ( 4 ) generated torque by means of a control unit of the reciprocating piston engine ( 1 ) adjustable, in particular is adjustable.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the magnetic field in the axial and / or radial extension ( 10 ) parallel to the axis of rotation ( 11 ) of the eccentric ( 4 ) can be coupled.

Reciprocating engine ( 1 ) according to at least one of the preceding claims, characterized in that the eccentric ( 4 ) consists at least in sections of a material having a high electrical conductivity.

Working method for operating a reciprocating piston engine ( 1 ) with a connecting rod ( 6 ), whose connecting rod eye ( 5 ) with a crankpin ( 3 ) by means of a in the connecting rod eye ( 5 ) rotatably arranged eccentric ( 4 ), wherein different relative angular positions of the eccentric ( 4 ) opposite the connecting rod eye ( 5 ) to achieve different lifting heights and the angular position of the eccentric ( 4 ) by braking by means of an adjusting device ( 7 ) by activating a switchable magnet ( 8th ), in particular an electromagnet, is changed.