DE102015220350A1

DE102015220350A1 - Drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine

Info

Publication number: DE102015220350A1
Application number: DE102015220350.6A
Authority: DE
Inventors: Sebastian Zwahr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2014-10-29
Filing date: 2015-10-20
Publication date: 2016-05-04

Abstract

Ein Antriebssystem für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine weist eine Verstellwelle (17) auf, die von einem aus einem Stellmotor (19) und einem diesem nachgeordneten Getriebe (20) bestehenden Verstellaktuator (21) angetrieben wird. Dabei ist eine Abtriebswelle (22) des Getriebes (20) über ein Kuppelelement trieblich mit der Verstellwelle (17) verbunden. Die Verstellwelle (17) wirkt mit zumindest einer Verstelleinrichtung, die einem Kurbeltrieb (1) einer Kurbelwelle (4) zugeordnet ist, zusammen. Dabei sollen Beschädigung des hochübersetzten Getriebes durch die von der Verstellwelle übertragenen Lastspitzen dadurch vermieden werden, dass das Kuppelelement oder ein abtriebsseitiges Bauelement des Getriebes (20) eine reibschlüssig wirkende Überlastkupplung (24) aufweist.A drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine has an adjusting shaft (17), which is driven by an adjusting actuator (21) consisting of a servomotor (19) and a gear (20) arranged downstream of it. In this case, an output shaft (22) of the transmission (20) via a coupling element is drivingly connected to the adjusting shaft (17). The adjusting shaft (17) interacts with at least one adjusting device, which is associated with a crank mechanism (1) of a crankshaft (4). In this case, damage to the highly geared transmission by the load peaks transmitted by the adjusting shaft should be avoided in that the coupling element or an output-side component of the transmission (20) has a frictional engagement overload clutch (24).

Description

Gebiet der ErfindungField of the invention

Die Erfindung betrifft ein Antriebssystem für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem eine Verstellwelle antreibenden Verstellaktuator, der aus einem Stellmotor und einem diesem nachgeordneten Getriebe mit zumindest einer hochübersetzten Getriebestufe besteht, wobei eine Abtriebswelle des Getriebes über ein Kuppelelement trieblich mit der Verstellwelle verbunden ist und wobei die Verstellwelle mit zumindest einer Verstelleinrichtung, die einem Kurbeltrieb einer Kurbelwelle zugeordnet ist, zusammenwirkt. The invention relates to a drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with an adjusting actuator driving Verstellaktuator consisting of a servomotor and a downstream transmission with at least one highly geared transmission stage, wherein an output shaft of the transmission via a coupling element drivingly connected to the adjusting shaft is and wherein the adjusting shaft cooperates with at least one adjusting device which is associated with a crank mechanism of a crankshaft.

Stand der TechnikState of the art

Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben. With the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine ε the ratio of the volume of the entire cylinder chamber to the volume of the compression chamber is designated. By increasing the compression ratio, the efficiency of the reciprocating internal combustion engine can be increased and thus overall fuel consumption can be reduced. In spark-ignited reciprocating internal combustion engines, however, the tendency to knock increases with the increase in the compression ratio in full-load operation. The knocking is an uncontrolled self-ignition of the fuel-air mixture. On the other hand, in the partial load operation in which the charge is lower, the compression ratio may be increased to improve the corresponding partial load efficiency without the aforementioned knocking occurring. As a result, it is expedient to operate the reciprocating internal combustion engine in part-load operation with a relatively high compression ratio and in full load operation with a reduced compression ratio compared to this.

Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.A change in the compression ratio is also particularly advantageous for supercharged reciprocating internal combustion engines with spark ignition, as these overall in terms of charging a low compression ratio is specified. In addition, it is possible to change the compression ratio in dependence on further operating parameters of the reciprocating internal combustion engine, such. of driving conditions of the motor vehicle, operating points of the internal combustion engine, signals of a knock sensor, exhaust gas values, etc.

Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, bei denen eine Lageänderung der gesamten Kurbelwelle oder des Pleuels gegenüber der Kurbelwelle vorgenommen wird. In beiden Fällen kann eine mit Exzentern versehene Verstellwelle vorgesehen sein. Bei der Vorrichtung, mit welcher eine Lageänderung des Pleuels erzielbar ist, greift zwischen einem Kurbelzapfen und einem Pleuellagerauge ein Koppelhebel an. Dieser nimmt dabei an seinem einen Ende über ein Gelenk das Pleuel auf. Außerdem ist der Kurbelzapfen drehbar in dem Koppelhebel gelagert. Auf das andere Ende des Koppelhebels wird eine Stellbewegung einer mit Exzentern versehenen Verstellwelle übertragen. Die Ausbildung des Kurbeltriebes der einzelnen Zylindereinheiten ist auch als Mehrgelenkkurbeltrieb bekannt.Among other things, devices are known from the prior art, in which a change in position of the entire crankshaft or the connecting rod relative to the crankshaft is made. In both cases, provided with an eccentric adjusting can be provided. In the device with which a change in position of the connecting rod can be achieved, a coupling lever engages between a crank pin and a connecting rod bearing eye. This takes on at one end via a joint the connecting rod. In addition, the crank pin is rotatably mounted in the coupling lever. On the other end of the coupling lever an adjusting movement is transmitted to a provided with eccentric adjusting shaft. The design of the crank mechanism of the individual cylinder units is also known as multi-joint crank mechanism.

Ein Verstellaktuator zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2011 101 780 A1 bekannt. Eine als Exzenterwelle bezeichnete Verstellwelle soll danach drehbar im Kurbelgehäuse angeordnet, wobei jeder der Exzenter an einem Koppelelement angreifen soll. Das entsprechende Koppelelement ist andererseits mit einem Ende eines Hebelelements verbunden, welches verschwenkbar am Kurbelzapfen der Kurbelwelle geführt ist. Am anderen Ende Hebelelements ist ein Pleuellager ausgebildet, so dass durch ein Verschwenken des Hebelelements auf dem Kurbelzapfen eine Lageänderung des Pleuels zum Kurbelzapfen bewirkt wird, aus der eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses resultiert.An adjusting actuator for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine of the type described in the preamble of claim 1 is known from DE 10 2011 101 780 A1 known. A designated as eccentric adjusting shaft is then rotatably disposed in the crankcase, each of the eccentric is to engage a coupling element. The corresponding coupling element is on the other hand connected to one end of a lever element, which is guided pivotably on the crank pin of the crankshaft. At the other end of the lever element, a connecting rod bearing is formed so that a change in position of the connecting rod to the crank pin is caused by a pivoting of the lever element on the crank pin, resulting in a change in the compression ratio.

Dabei besteht der Verstellaktuator aus einem innerhalb des Kurbelgehäuses angeordneten Getriebe und aus einem außerhalb dieses liegenden Elektromotor, dessen Abtriebswelle über eine Steckverbindung mit einer Kupplung verbunden ist. Diese Kupplung soll einen Ausgleich eines gegebenenfalls vorhandenen Achsversatzes zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und einer Eingangswelle des Getriebes ermöglichen. Wie weiterhin in der Druckschrift vorgeschlagen wird, kann die Kupplung auch zwischen einer Ausgangswelle des Getriebes und der Verstellwelle angeordnet sein. Ferner ist vorgesehen, die Kupplung als Oldham-Kupplung oder als Balgkupplung auszubilden.Here, the Verstellaktuator consists of a disposed within the crankcase transmission and an outboard of this lying electric motor whose output shaft is connected via a plug connection with a coupling. This coupling is intended to compensate for any existing axial offset between the output shaft of the electric motor and an input shaft of the transmission. As further proposed in the document, the clutch may also be arranged between an output shaft of the transmission and the adjusting shaft. Further, it is envisaged to form the clutch as Oldham coupling or bellows coupling.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, das Antriebssystem derart weiterzubilden, dass eine Beschädigung des hochübersetzten Getriebes durch die von der Verstellwelle übertragenen Lastspitzen vermieden wird.It is an object of the present invention to develop the drive system such that damage to the highly geared transmission is avoided by the load peaks transmitted by the adjusting shaft.

Diese Aufgabe wird sowohl durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 als auch durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 2 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesen abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche, jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander, einen Aspekt der Erfindung darstellen können.This object is solved both by the features of the characterizing part of independent claim 1 and by the features of the characterizing part of independent claim 2. Advantageous embodiments are in the dependent of these claims which, taken alone or in various combinations with each other, may constitute an aspect of the invention.

Danach soll innerhalb des Kuppelelements oder an einem abtriebsseitigen Bauelement des Getriebes eine reibschlüssig wirkende Überlastkupplung vorgesehen sein. Dabei wird berücksichtigt, dass aus den zuvor erläuterten als Mehrgelenkkurbeltriebe ausgebildeten Verstelleinrichtungen der Hubkolbenbrennkraftmaschine Drehmomentanregungen auf die Verstellwelle übertragen werden. Diese resultieren aus den bewegten Massen der Kolben, der Pleuel und Kinematik der einzelnen Mehrgelenkkurbeltriebe. Prinzipbedingt wirkt die Drehmomentanregung zyklisch mit zeitlichen Bereichen geringer Last und zeitlichen Bereichen sehr hoher Last auf die Verstellwelle. Das daraus resultierende Drehmoment an der Verstellwelle weist einen entsprechenden Verlauf mit einem geringen mittleren Drehmoment auf, das überlagert ist von kurzen hohen Drehmomentlastspitzen. Thereafter, should be provided within the coupling element or on a driven-side component of the transmission, a frictionally acting overload clutch. It is taken into account that torque excitations are transmitted to the adjusting shaft from the adjustment devices of the reciprocating internal combustion engine designed as multi-joint crank drives as explained above. These result from the moving masses of the pistons, the connecting rods and kinematics of the individual multi-joint crankshaft drives. Due to the principle, the torque excitation acts cyclically with temporal regions of low load and temporal regions of very high load on the adjusting shaft. The resulting torque on the adjusting shaft has a corresponding course with a low average torque, which is superimposed by short high torque load peaks.

Der Verstellaktuator muss während eines Verstellvorganges die Verstellwelle gegen das mittlere Drehmoment verdrehen können. Wenn bei einer Aktuierung des Verstellaktuators eine Lastspitze auftritt, so wird der Verstellvorgang kurzzeitig verzögert, um anschließend die Verstellwelle wieder mit der gewünschten Verstellgeschwindigkeit weiter zu verstellen. Ein Problem ist dabei allerdings, dass die hohen Lastspitzen auf das hochübersetzte Getriebe des Verstellaktuators übertragen werden und dieses beschädigen können. Daher wird das hochübersetzte Getriebe bislang derart ausgelegt, dass die Lastspitzen keine Schäden hervorrufen. Das führt zu einer Dimensionierung der Bauteile des Getriebes, die in keinem Bezug zu dessen eigentlicher Verstellfunktion steht. Das Getriebe ist üblicher Weise als Wellgetriebe, auch bekannt als Harmonic-Drive-Getriebe, ausgebildet. Dabei ist das Wellgetriebe geeignet, eine von dem als Elektromotor ausgebildeten Stellmotor mit hoher Geschwindigkeit und niedriger Last eingespeiste Antriebsleistung zu wandeln in eine Abtriebsleistung mit geringer Drehzahl und eine für den Verstellvorgang erforderliche Last.The Verstellaktuator must be able to rotate the adjusting shaft against the mean torque during an adjustment. If during an actuation of the Verstellaktuators a load peak occurs, the adjustment process is briefly delayed to then adjust the adjustment again with the desired adjustment speed. One problem, however, is that the high load peaks are transmitted to the highly geared transmission of the Verstellaktuators and can damage this. Therefore, the highly geared transmission is so far designed so that the load peaks cause no damage. This leads to a dimensioning of the components of the transmission, which is not related to its actual adjustment function. The transmission is usually designed as a wave gear, also known as harmonic drive gearbox. In this case, the wave gear is adapted to convert one of the designed as an electric motor actuator at high speed and low load input power into a low-output power and a required for the adjustment load.

Die Überlastkupplung weist Reibeelemente auf, die entweder jeweils mit der Abtriebswelle des Getriebes und der Verstellwelle verbunden sein können oder die abtriebsseitig innerhalb eines Getriebegehäuses des hochübersetzten Getriebes angeordnet sind. Dabei sind diese Reibelemente derart über Federmittel vorgespannt, dass sie reibschlüssig zusammenwirken. Die entsprechende Überlastkupplung wird dann als „lost motion – Funktion“ ausgelöst, wenn ein voreingestelltes Auslösemoment überschritten wird. Dadurch tritt kurzzeitig zwischen den über die Überlastkupplung verbundenen Bauteilen eine Drehzahldifferenz auf, wobei die Energie in Reibung und folglich Wärme umgesetzt wird. Somit kann verhindert werden, dass die von der Verstellwelle übertragenen Lastspitzen des Drehmoments das Getriebe beschädigen, obwohl das Getriebe baulich nur auf das geringere mittlere Drehmoment ausgelegt ist. The overload clutch has friction elements, which can either be connected respectively to the output shaft of the transmission and the adjusting shaft or the output side are arranged within a transmission housing of the highly geared transmission. In this case, these friction elements are biased by spring means such that they interact frictionally. The corresponding overload clutch is then triggered as a "lost motion" function when a preset tripping torque is exceeded. As a result, a speed difference occurs briefly between the components connected via the overload clutch, the energy being converted into friction and consequently heat. Thus, it can be prevented that the load peaks of the torque transmitted by the adjusting shaft damage the transmission, although the transmission is structurally designed only for the lower average torque.

Gemäß einer weiteren alternativen Lösung soll innerhalb des Kuppelelements oder an einem abtriebsseitigen Bauelement des Getriebes ein Torsionsdämpfer vorgesehen sein. In diesem Fall wird die Energie des Lastpeaks von einer Elastizität aufgenommen und anschließend über einen längeren Zeitraum wieder abgegeben. Dabei kehren die über den Torsionsdämpfer aneinander gekuppelten Antriebselemente nach einer auftretenden Lastspitze und deren Abfederung selbsttätig wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück. Ein derartiger Torsionsdämpfer, der auch als Torsionskupplung bezeichnet wird, dient in bekannten Anwendungen dazu, eine Übertragung von Drehschwingungen von einem Antriebsbauteil auf ein anderes zu verhindern. Der Torsionsdämpfer besteht vorzugsweise aus einem inneren, mit der Abtriebswelle oder einem abtriebsseitigen Bauelement des Getriebes verbundenen Bauteil und einem äußeren, mit der Verstellwelle verbundenen Bauteil, die über elastisch ausgebildete Verbindungselemente aneinander befestigt sind. Alternativ dazu kann es sich auch um zumindest teilweise flanschartig ausgebildete Bauelemente handeln. Die Verbindungselemente dienen zur Drehmomentübertragung und verhindern, dass ein hohes Drehmoment von der Verstellwelle auf die Getriebebauteile des Getriebes übertragen wird.According to a further alternative solution, a torsion damper should be provided within the coupling element or on a driven-side component of the transmission. In this case, the energy of the load peak is absorbed by an elasticity and then released again over a longer period of time. The drive elements which are coupled to one another via the torsion damper automatically return to their original position after an occurring peak load and their cushioning. Such a torsional damper, which is also referred to as a torsion coupling, is used in known applications to prevent transmission of torsional vibrations from one drive component to another. The torsional damper preferably consists of an inner, connected to the output shaft or a driven-side component of the transmission component and an outer, connected to the adjusting shaft component, which are fastened to each other via elastically formed connecting elements. Alternatively, it can also be at least partially flange-shaped components. The connecting elements serve to transmit torque and prevent a high torque from the adjusting shaft is transmitted to the transmission components of the transmission.

Demgegenüber ist der Verstellaktuator nach der DE 10 2011 101 780 A1 mit einem sogenannten Kopplungselement zwischen einer Ausgangswelle des Getriebes und der Verstellwelle versehen, die einen Achsversatz zwischen diesen Wellen ausgleichen soll. Dabei soll das entsprechende Kopplungselement als Balgkupplung oder Oldham-Kupplung ausgebildet sein. Demnach ist dieses Kopplungselement nicht vorgesehen, um die Übertragung der in der Verstellwelle auftretenden Lastspitzen auf das Getriebe zu verhindern.In contrast, the Verstellaktuator is after DE 10 2011 101 780 A1 provided with a so-called coupling element between an output shaft of the transmission and the adjusting shaft, which is intended to compensate for an axial offset between these waves. In this case, the corresponding coupling element should be designed as a bellows coupling or Oldham coupling. Accordingly, this coupling element is not provided to prevent the transmission of the load peaks occurring in the adjusting shaft to the transmission.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die Überlastkupplung als Zweischeibenkupplung ausgeführt sein. Dabei können die Reibscheiben dieser Zweischeibenkupplung axial verschiebbar auf den miteinander zu kuppelnden Wellen angeordnet sein und jeweils mittels eines federbelasteten Druckringes aufeinander zu vorgespannt sein. Darüber hinaus besteht auch die Möglichkeit, die Überlastkupplung als Mehrscheibenkupplung, also beispielsweise als Lamellenkupplung auszubilden.In a further embodiment of the invention, the overload clutch should be designed as a double-disc clutch. In this case, the friction discs of this double-disc clutch can be arranged to be axially displaceable on the shafts to be coupled to each other and each biased towards each other by means of a spring-loaded pressure ring. In addition, it is also possible to form the overload clutch as a multi-plate clutch, so for example as a multi-plate clutch.

Im Falle der Verwendung eines Torsionsdämpfers kann dieser wahlweise metallische oder gummielastische Federelemente aufweisen. Diese können zwischen Flanschen oder Laschen der entsprechenden Wellenabschnitte angeordnet sein. In the case of using a torsion damper, this may optionally have metallic or rubber-elastic spring elements. These can be arranged between flanges or tabs of the corresponding shaft sections.

Weiterhin ist vorgesehen, dass das Antriebssystem im Falle einer als Überlastkupplung ausgebildeten Drehmomentbegrenzung eine Einrichtung zur Erfassung und zur Korrektur eines zwischen der Abtriebswelle bzw. dem abtriebsseitigen Bauelement und der Verstellwelle auftretenden Drehwinkelfehlers aufweist. Zu diesem Zweck können den beiden Wellenabschnitten Drehwinkelsensoren zugeordnet sein, die einen Drehwinkelfehler ermitteln. Gemäß einer ersten Ausgestaltung dieser Einrichtung soll diese zumindest einen Drehwinkelsensor und eine Bremseinrichtung für die Verstellwelle aufweisen. Weiterhin soll der Drehwinkelfehler durch eine Drehrichtungsänderung des Stellmotors korrigierbar sein. Wenn die Drehwinkelsensoren einen Drehwinkelfehler ermittelt haben, wird demnach kurzzeitig die Verstellwelle abgebremst, und es wird anschließend durch eine Rückstellung des vom Getriebe ausgehenden Wellenabschnitts mittels des Verstellaktuators der Drehwinkelfehler ausgeglichen.Furthermore, it is provided that in the case of a torque limiting designed as an overload clutch, the drive system has a device for detecting and correcting a rotational angle error occurring between the output shaft or the output-side component and the adjusting shaft. For this purpose, the two shaft sections may be associated with rotational angle sensors which determine a rotational angle error. According to a first embodiment of this device, this should have at least one rotational angle sensor and a braking device for the adjusting shaft. Furthermore, the rotational angle error should be correctable by a change in the direction of rotation of the servo motor. Accordingly, if the rotation angle sensors have determined a rotation angle error, the adjustment shaft is briefly braked, and the rotational angle error is subsequently compensated by resetting the shaft section starting from the transmission by means of the adjustment actuator.

Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, die Einrichtung ebenfalls mit zumindest einem Drehwinkelsensor zu versehen, wobei der auftretende Drehwinkelfehler aber regelungstechnisch ausgeglichen werden soll. Dabei wird aufgrund eines ermittelten Drehwinkelfehlers in einer dem Stellmotor zugeordneten Regeleinrichtung ein Korrekturwert gebildet, so dass die ohnehin für die Verstellung des Verdichtungsverhältnisses erforderliche Regeleinrichtung unter Berücksichtigung dieses korrekturwertes stets die korrekte Stellung der Verstellwelle und somit der Bauteile des Mehrgelenkkurbeltriebes ermittelt.Alternatively, it is possible to provide the device with at least one rotation angle sensor, but the rotational angle error occurring but should be compensated control technology. In this case, a correction value is formed on the basis of a determined rotation angle error in a control device associated with the control device, so that the control device anyway required for the adjustment of the compression ratio always determines the correct position of the adjusting shaft and thus the components of the multi-joint crank drive taking into account this correction value.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1 und 2 mit den jeweils von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.The invention is not limited to the specified combination of the features of the independent claims 1 and 2 with the respectively dependent therefrom claims. In addition, there are further possibilities of combining individual features, in particular if they result from the patent claims, the following description of the exemplary embodiments or directly from the figures. In addition, the reference of the claims to the figures by the use of reference numerals is not intended to limit the scope of the claims to the illustrated embodiment examples.

Kurze Beschreibung der ZeichnungShort description of the drawing

Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:For further explanation of the invention reference is made to the drawing, in which several different embodiments are shown in simplified form. Show it:

1 eine schematische Darstellung einer einen Mehrgelenkkurbeltrieb aufweisenden Vorrichtung zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit, 1 a schematic representation of a device having a multi-joint crank mechanism for adjusting the compression ratio of a cylinder unit,

2 eine Teilansicht eines gemäß 1 ausgebildeten Mehrgelenkkurbeltriebes im Querschnitt, 2 a partial view of a according 1 formed multi-joint crank drive in cross-section,

3 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems einer Verstellwelle, die über eine Überlastkupplung mit einer Abtriebswelle eines Getriebes verbunden ist, und 3 a schematic representation of a drive system of an adjusting shaft which is connected via an overload clutch with an output shaft of a transmission, and

4 eine schematische Darstellung eines Antriebssystems einer Verstellwelle, die über einen Torsionsdämpfer mit einer Abtriebswelle eines Getriebes verbunden ist 4 a schematic representation of a drive system of an adjusting shaft, which is connected via a torsional damper with an output shaft of a transmission

Ausführliche Beschreibung der ZeichnungDetailed description of the drawing

In der 1 ist mit 1 ein Mehrgelenkkurbeltrieb bezeichnet, der zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer einen Zylinder 2 und einen Kolben 3 aufweisenden Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dient. Diese Hubkolbenbrennkraftmaschine weist eine Kurbelwelle 4 auf, von der in der schematischen Darstellung ein Hauptlagerzapfen 5, eine Kurbelwange 6 und ein Kurbelzapfen 7 sichtbar sind. Der Kurbelzapfen 7 ist in einem Koppelhebel 8 drehbar gelagert, wobei der Koppelhebel 8 über ein erstes Gelenk 9 eine Pleuelstange 10 und über ein zweites Gelenk 11 eine Schubstange 12 aufnimmt. Die Pleuelstange 10 ist an ihrem vom Koppelhebel 8 abgewandten Ende mit einem Pleuelauge 13 versehen, in dem ein Kolbenbolzen 14 drehbar gelagert ist. Dieser verbindet die Pleuelstange 10 mit dem Kolben 3 der Zylindereinheit. Die Schubstange 12 ist über ein Schubstangenauge 16 radial auf einem Exzenter 15 einer Verstellwelle 17 geführt, so dass durch eine Verdrehung der Verstellwelle 17 eine Schub- oder Zugbewegung auf die Schubstange 12 und somit auf den Koppelhebel 8 an dessen zweitem Gelenk 11 übertragen wird. Diese führt zum Verschwenken des Koppelhebels 8 auf dem Kurbelzapfen 7, so dass sich der Abstand zwischen diesem und dem Kolbenbolzen 15 und folglich das Verdichtungsverhältnis dieser Zylindereinheit ändert. In the 1 is with 1 a multi-joint crank mechanism, which is used to change the compression ratio of a cylinder 2 and a piston 3 having cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine is used. This reciprocating internal combustion engine has a crankshaft 4 on, in the schematic representation of a main journal 5 , a crank arm 6 and a crankpin 7 are visible. The crankpin 7 is in a coupling lever 8th rotatably mounted, wherein the coupling lever 8th over a first joint 9 a connecting rod 10 and a second joint 11 a push rod 12 receives. The connecting rod 10 is at her from the coupling lever 8th opposite end with a connecting rod eye 13 provided in which a piston pin 14 is rotatably mounted. This connects the connecting rod 10 with the piston 3 the cylinder unit. The push rod 12 is via a pushrod eye 16 radially on an eccentric 15 an adjusting shaft 17 guided, so that by a rotation of the adjusting shaft 17 a push or pull movement on the push rod 12 and thus on the coupling lever 8th at its second joint 11 is transmitted. This leads to pivoting of the coupling lever 8th on the crank pin 7 so that the distance between this and the piston pin 15 and consequently the compression ratio of this cylinder unit changes.

Die 2 zeigt einen Querschnitt durch einen entsprechend 1 ausgebildeten Mehrgelenkkurbeltrieb 1 im Bereich des Koppelhebels 8. Der einzige Unterschied gegenüber der 1 besteht darin, dass die Verstellwelle 17 in einer Ebene unterhalb der Kurbelwelle 4 angeordnet ist. Weiterhin ist der 2 zu entnehmen, dass der Kolbenbolzen 15 über ein Kolbenbolzenlager 18 in dem Pleuelauge 13 gelagert ist. The 2 shows a cross section through a corresponding 1 trained multi-joint crank drive 1 in the area of the coupling lever 8th , The only difference from the 1 is that the adjusting shaft 17 in a plane below the crankshaft 4 is arranged. Furthermore, the 2 to see that the piston pin 15 via a piston pin bearing 18 in the connecting rod eye 13 is stored.

In den 3 und 4 ist ein erfindungsgemäßes Antriebssystem für die Verstellwelle 17 dargestellt, wobei die Verstellwelle 17, ein Stellmotor 19 und ein hochübersetztes Getriebe 20 vereinfacht durch Rechtecke symbolisiert sind. Der Stellmotor 19 und das Getriebe 20 bilden dabei gemeinsam einen Verstellaktuator 21, der in einem Kurbelgehäuse oder einem Räderkasten eines Rädertriebes der Hubkolbenbrennkraftmaschine befestigt ist. Dabei kann der Verstellaktuator 21 vollständig innerhalb oder außerhalb des Kurbelgehäuses oder des Räderkastens angeordnet sein. Es besteht auch die Möglichkeit, dass sich nur das Getriebe 20 innerhalb des Kurbelgehäuses oder Räderkastens befindet und der Stellmotor außerhalb liegt. In the 3 and 4 is an inventive drive system for the adjustment 17 shown, wherein the adjusting shaft 17 , a servomotor 19 and a highly geared transmission 20 simplified symbolized by rectangles. The servomotor 19 and the gearbox 20 together form a Verstellaktuator 21 which is mounted in a crankcase or a gear box of a wheel drive of the reciprocating internal combustion engine. In this case, the Verstellaktuator 21 completely inside or outside the crankcase or the gear box be arranged. There is also the possibility that only the gearbox 20 within the crankcase or gear box and the servomotor is outside.

Nach der 3 ist eine Abtriebswelle 22 des Getriebes 20 mit einer ersten Reibscheibe 23 einer Überlastkupplung 24 verbunden, wobei die Verbindung eine Axialbewegung der ersten Reibscheibe 23 zur Abtriebswelle 22 ermöglicht, aber in Drehrichtung formschlüssig ist. Zu der Abtriebswelle 22 verläuft gleichachsig die Verstellwelle 17, auf der eine zweite Reibscheibe 25 drehfest und axial verschiebbar angeordnet ist. Beide Reibscheiben 23 und 25 sind an ihren einander zugewandten Stirnseiten im Reibkontakt. Dabei werden die Reibscheiben 23 und 25 durch Federmittel 26 und 27 und gleitend an den Reibscheiben 23 und 25 geführte Druckringe 28 und 29 aufeinander zu gespannt. Die Federmittel 26 und 27 stützen sich dabei an einem Gehäuse 30 ab. Bei einer Überschreitung eines vorgegebenen Drehmoments an der Verstellwelle 17, also dem Erreichen eines Auslösemoments, führen die beiden Reibscheiben 23 und 25 zueinander eine Verdrehung um einen geringen Drehwinkel aus, so dass diese Lastspitzen nicht auf das Getriebe übertragen werden.After 3 is an output shaft 22 of the transmission 20 with a first friction disc 23 an overload clutch 24 connected, wherein the compound is an axial movement of the first friction disc 23 to the output shaft 22 allows, but is positively in the direction of rotation. To the output shaft 22 runs coaxially the adjusting shaft 17 on which a second friction disc 25 is arranged rotationally fixed and axially displaceable. Both friction discs 23 and 25 are in frictional contact on their mutually facing end faces. This will be the friction discs 23 and 25 by spring means 26 and 27 and sliding on the friction discs 23 and 25 guided pressure rings 28 and 29 stretched towards each other. The spring means 26 and 27 rely on a housing 30 from. When exceeding a predetermined torque on the adjusting shaft 17 , So reaching a triggering moment, lead the two friction discs 23 and 25 to each other a rotation about a small angle of rotation, so that these load peaks are not transmitted to the transmission.

Da die rotative Verstellbewegung des Verstellaktuators 21 exakt auf die jeweiligen Stellungen der Verstellwelle abgestimmt ist, muss ein durch die Überlastfunktion der Überlastkupplung 24 hervorgerufener Drehwinkelfehler wieder ausgeglichen werden. Zu diesem Zweck sind ein Drehwinkelsensor 31 auf der Abtriebswelle 22 und ein Drehwinkelsensor 32 auf der Verstellwelle 17 angeordnet, über die ein auftretender Drehwinkelfehler ermittelt wird. Die beiden Drehwinkelsensoren 31 und 32 stehen mit einer Steuereinheit 33 des Stellmotors 19 in Verbindung, welche im Fall eines aufgetretenen Drehwinkelfehlers über eine Bremseinrichtung 34 die Verstellwelle 17 festlegt und durch eine Rückstellung der Abtriebswelle 22 über den Stellmotor 19 den Drehwinkelfehler ausgleicht. Alternativ dazu kann aufgrund eines ermittelten Drehwinkelfehlers in der Steuereinheit 32 ein Korrekturwert ermittelt werden, um den die dem Stellmotor 19 zugeführten Sollwerte verändert werden.Since the rotational adjustment of the Verstellaktuators 21 is exactly matched to the respective positions of the adjusting, must by the overload function of the overload clutch 24 caused rotation angle error can be compensated again. For this purpose, a rotation angle sensor 31 on the output shaft 22 and a rotation angle sensor 32 on the adjusting shaft 17 arranged over which an occurring rotational angle error is determined. The two rotation angle sensors 31 and 32 stand with a control unit 33 of the servomotor 19 in connection, which in the event of a rotation angle error occurred via a braking device 34 the adjusting shaft 17 determines and by a provision of the output shaft 22 via the servomotor 19 compensates for the rotational angle error. Alternatively, due to a detected rotation angle error in the control unit 32 a correction value can be determined to the the the servomotor 19 supplied setpoint values are changed.

Eine erfindungsgemäße Verbindung der Abtriebswelle 22 mit der Verstellwelle 17 über einen Torsionsdämpfer 35 ist in der 4 dargestellt. In diesem Fall ist die Abtriebswelle 22 mit einem Innenteil 36 des Torsionsdämpfers 35 verbunden, das aus einer auf der Abtriebswelle 22 drehfest angeordneten Nabe 37 mit zu dieser radial verlaufenden Schwenkarmen 38 besteht. Mit der Verstellwelle 17 ist ein Außenteil 39 des Torsionsdämpfers 35 drehfest verbunden, welches das Innenteil 36 radial umschließt. Die diametral verlaufenden Schwenkarme 38 greifen in Ausnehmungen 40 des Außenteils 39 ein und sind jeweils an gegenüberliegenden Wandabschnitten 41 der Ausnehmungen über elastische Federelemente 42 abgestützt.An inventive compound of the output shaft 22 with the adjusting shaft 17 via a torsion damper 35 is in the 4 shown. In this case, the output shaft 22 with an inner part 36 of the torsion damper 35 connected to one of the output shaft 22 rotatably mounted hub 37 with to this radially extending pivot arms 38 consists. With the adjusting shaft 17 is an outdoor part 39 of the torsion damper 35 rotatably connected, which is the inner part 36 encloses radially. The diametrically extending swivel arms 38 grab in recesses 40 of the outer part 39 and are each on opposite wall sections 41 the recesses on elastic spring elements 42 supported.

Bei Verwendung des Torsionsdämpfers 35 wird die Energie des Lastpeaks von der Elastizität der Federelemente 42 aufgenommen und anschließend über einen längeren Zeitraum wieder abgegeben. Dabei kehren die über den Torsionsdämpfer 35 aneinander gekuppelten Antriebselemente nach einer auftretenden Lastspitze und deren Abfederung selbsttätig wieder in ihre ursprüngliche Stellung zurück. When using the torsion damper 35 The energy of the load peak is determined by the elasticity of the spring elements 42 recorded and then released again over a longer period. The sweep over the torsion damper 35 Coupled to one another drive elements after a peak load occurring and their suspension automatically back to their original position.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: Mehrgelenkkurbeltrieb Multi-joint crank drive
22: Zylinder cylinder
33: Kolben piston
44: Kurbelwelle crankshaft
55: Hauptlagerzapfen Main bearing journal
66: Kurbelwange crank web
77: Kurbelzapfen crank pin
88th: Koppelhebel coupling lever
99: erstes Gelenk first joint
1010: Pleuelstange connecting rod
1111: zweites Gelenk second joint
1212: Schubstange pushrod
1313: Pleuelauge connecting rod
1414: Kolbenbolzen piston pin
1515: Exzenter von 17 Eccentric of 17
1616: Schubstangenauge Connecting rod eye
1717: Verstellwelle adjusting
1818: Kolbenbolzenlager Piston pin bearing
1919: Stellmotor servomotor
2020: hochübersetztes Getriebe highly geared transmission
2121: Verstellaktuator adjustment actuator
2222: Abtriebswelle von 20 Output shaft of 20
2323: erste Reibscheibe first friction disc
2424: Überlastkupplung Overload clutch
2525: zweite Reibscheibe second friction disc
2626: Federmittel spring means
2727: Federmittel spring means
2828: Druckring pressure ring
2929: Druckring pressure ring
3030: Gehäuse von 24 Housing of 24
3131: Druckwinkelsensor Pressure angle sensor
3232: Druckwinkelsensor Pressure angle sensor
33 33: Steuereinheit von 19 Control unit of 19
3434: Bremseinrichtung braking means
3535: Torsionsdämpfer Dampers
3636: Innenteil von 35 Inner part of 35
3737: Nabe von 36 Hub of 36
3838: Schwenkarm swivel arm
3939: Außenteil von 35 Outside part of 35
4040: Ausnehmung recess
4141: Wandabschnitt wall section
4242: elastische Federmittel elastic spring means

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

DE 102011101780 A1 [0005, 0013]

Claims

Drive system for a device for changing the compression ratio of a reciprocating internal combustion engine with an adjusting shaft ( 17 ) driving Verstellaktuator ( 21 ), which consists of a servomotor ( 19 ) and a downstream transmission ( 20 ) with at least one highly geared transmission stage, wherein an output shaft ( 22 ) of the transmission ( 20 ) via a coupling element drivingly with the adjusting shaft ( 17 ) and wherein the adjusting shaft ( 17 ) with at least one adjusting device which is a crank mechanism ( 1 ) a crankshaft ( 4 ), cooperates, characterized in that the coupling element or a driven-side component of the transmission ( 20 ) a frictionally acting overload clutch ( 24 ) having.

Drive system according to the preamble of patent claim 1, characterized in that the coupling element or a driven-side component of the transmission, a torsion damper ( 35 ) having.

Drive system according to claim 1, characterized in that the overload clutch ( 24 ) is designed as a double-disc clutch

Drive system according to claim 1, characterized in that the overload clutch ( 24 ) is designed as a multi-plate clutch.

Drive system according to claim 2, characterized in that the torsion damper ( 35 ) metallic spring elements ( 42 ) having.

Drive system according to claim 2, characterized in that the torsion damper ( 25 ) has rubber-elastic spring elements.

Drive system according to claim 1, characterized in that the drive system comprises a device for detecting and correcting a between the output shaft ( 22 ) or the output element and the adjusting shaft ( 17 ) has occurring rotational angle error.

Drive system according to claim 7, characterized in that the device at least one rotation angle sensor ( 31 . 32 ) and a braking device ( 34 ) for the adjusting shaft ( 17 ) and that the rotational angle error by a change in the direction of rotation of the overload clutch ( 24 ) driving servomotor ( 19 ) is correctable.

Drive system according to claim 7, characterized in that the device at least one rotation angle sensor ( 31 . 32 ) and that due to a detected rotation angle error in a servomotor ( 19 ) associated control device ( 33 ) a correction value is formed.