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Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine, mit wenigstens einem auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelglied und wenigstens einer drehbar auf einem Hubzapfen einer Anlenkwelle gelagerten Anlenkpleuelstange, wobei das Koppelglied schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange eines Kolbens der Brennkraftmaschine und der Anlenkpleuelstange verbunden ist, und wobei die Anlenkwelle zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine mittels eines Stellantriebs um eine Drehachse innerhalb eines Stellwinkelbereichs drehbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs.
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Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift
DE 10 2012 020 999 A1 bekannt. Diese betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem hydraulischen Verstellmechanismus, der einem Pleuel zugeordnet ist und der zumindest einen in einem Pleuellagerauge oder in einem Hublagerauge eines Pleuels angeordneten Exzenter zum Einstellen von mindestens einem variablen Verdichtungsverhältnis in mindestens einem Zylinder der Hubkolbenbrennkraftmaschine über eine Änderung einer effektiven Länge des Pleuels mittels des Verstellmechanismus umfasst, wobei der Verstellmechanismus einen ersten Hydraulikzylinder mit einem ersten Kolben in einer ersten Fluidkammer und einen Hydraulikzylinder mit einem zweiten Kolben in einer zweiten Fluidkammer umfasst, und die Hydraulikzylinder mit einem Fluid betrieben werden und eine Einstellung von mindestens dem einen variablen Verdichtungsverhältnis mittels einer Bewegung von mindestens dem ersten Kolben in dem ersten Hydraulikzylinder erfolgt, wobei die erste und die zweite Fluidkammer mit einer ersten Fluidleitung für ein direktes Hin- oder Herströmen des Fluids zwischen der ersten und der zweiten Fluidkammer während der Bewegung des ersten Kolbens im ersten Hydraulikzylinder verbunden sind, wobei die erste Fluidleitung im Pleuel angeordnet ist.
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Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher unabhängig von Umgebungsbedingungen zuverlässig einsetzbar ist.
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Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Stellantrieb über ein Temperaturausgleichselement mit der Anlenkwelle wirkverbunden ist.
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Der Mehrgelenkskurbeltrieb ist beispielsweise Bestandteil der Brennkraftmaschine, kann jedoch auch in anderen Bereichen Anwendung finden. Der Mehrgelenkskurbeltrieb umfasst die Anlenkwelle und verfügt weiterhin über das Koppelglied, insbesondere über eine der Anzahl der Kolben der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Koppelgliedern. Das Koppelglied beziehungsweise die Koppelglieder sind jeweils drehbar auf dem entsprechenden Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert. Bevorzugt weist das Koppelglied zwei nach entgegengesetzten Seiten über die Kurbelwelle überstehende, an ihrem Ende jeweils mit einem Schwenkgelenk versehene Arme auf. Selbstverständlich sind auch andere Ausführungsformen möglich. Die Drehachse des Koppelglieds um die Kurbelwelle beziehungsweise um den Hubzapfen der Kurbelwelle kann als Koppelglieddrehachse bezeichnet werden.
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Eines der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung des Koppelglieds mit der Kolbenpleuelstange, die einen der Kolben der Brennkraftmaschine über das Koppelglied mit der Kurbelwelle verbindet. Die Drehachse dieses Schwenkgelenks wird beispielsweise als Kolbenpleueldrehachse bezeichnet. Aufgrund der Verschwenkbarkeit des Koppelglieds ist die Kolbenpleueldrehachse nicht ortsfest, sondern wird zusammen mit dem Koppelglied verlagert beziehungsweise verschwenkt. Ein anderes der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung des Koppelglieds mit der sogenannten Anlenkpleuelstange, welche mit ihrem anderen, dem Koppelglied gegenüberliegenden Ende an beziehungsweise auf der Anlenkwelle gelagert ist, insbesondere drehbar. Die Drehachse dieses Schwenkgelenks kann als Anlenkpleueldrehachse bezeichnet werden. Es ist vorzugsweise vorgesehen, dass die Anlenkpleuelstange drehbar auf dem Hubzapfen der Anlenkwelle gelagert ist, wobei der Hubzapfen exzentrisch bezüglich einer Drehachse der Anlenkwelle vorliegt.
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Die Anlenkpleuelstange verfügt zur Ausbildung der Schwenkgelenke bevorzugt über zwei Pleuelaugen, nämlich über ein erstes Pleuelauge und ein zweites Pleuelauge. Das erste Pleuelauge ist Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches die Anlenkpleuelstange mit dem Koppelglied zusammenwirkt. Das erste Pleuelauge umgreift dabei beispielsweise einen an dem Koppelglied gehaltenen Koppelstift beziehungsweise Lagerbolzen. Das zweite Pleuelauge ist analog dazu Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches die Anlenkpleuelstange mit der Anlenkwelle beziehungsweise ihrem Hubzapfen verbunden ist. Insbesondere umgreift das zweite Pleuelauge die Anlenkwelle beziehungsweise den Hubzapfen der Anlenkwelle wenigstens bereichsweise.
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Mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs kann das in dem Kolben jeweils zugeordneten Zylinder erreichte Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder dem vorliegenden Arbeitstakt. Die Anlenkwelle ist bevorzugt als Exzenterwelle ausgebildet, wobei zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses die Exzenterwelle in eine bestimmte, dem gewünschten Verdichtungsverhältnis entsprechende Drehwinkelstellung gebracht wird. Die Anlenkwelle ist dabei vorzugsweise von der Kurbelwelle entkoppelt beziehungsweise lediglich mittelbar über die Anlenkpleuelstange und das Koppelglied mit dieser verbunden. Es ist insoweit nicht vorgesehen, dass die Anlenkwelle von der Kurbelwelle angetrieben wird, beispielsweise über ein Getriebe. Die Drehwinkelstellung der Anlenkwelle kann insoweit lediglich mittels des Stellantriebs verändert werden.
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Zum Drehen der Anlenkwelle ist der Stellantrieb vorgesehen. Mittels diesem kann die Anlenkwelle um ihre Drehachse gedreht werden, nämlich innerhalb des Stellwinkelbereichs. Der Stellwinkelbereich ist beispielsweise beidseitig begrenzt oder begrenzbar. In diesem Fall sind Endanschläge für die Anlenkwelle vorgesehen, die den Stellwinkelbereich beidseitig begrenzen, sodass insoweit die Anlenkwelle lediglich zwischen den Endanschlägen gedreht werden kann.
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Aufgrund unterschiedlicher Umgebungsbedingungen, insbesondere unterschiedlicher Temperaturen, kann es zu einer ungewollten Verstellung des Verdichtungsverhältnisses kommen, insbesondere durch eine Verlagerung des oberen Totpunkts eines Kolbens, welcher auf der dem Koppelglied abgewandten Seite an der Kolbenpleuelstange angelenkt ist. Eine solche Verstellung tritt insbesondere bei der Verwendung unterschiedlicher Materialien im Rahmen der Brennkraftmaschine auf. Besteht beispielsweise ein Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine aus Leichtmetall, insbesondere aus Aluminium beziehungsweise Aluminiumlegierung, und der Mehrgelenkskurbeltrieb, beispielsweise die Kurbelwelle, die Anlenkwelle, das Koppelglied, die Kolbenpleuelstange und/oder die Anlenkpleuelstange aus einem anderen Material, beispielsweise aus Stahl, so liegen unterschiedliche Wärmeausdehnungskoeffizienten vor, die unterschiedliche Wärmeausdehnungen bewirken.
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Üblicherweise ist die Brennkraftmaschine beziehungsweise der Mehrgelenkskurbeltrieb dabei derart ausgestaltet, dass sich der Kolben mit abnehmender Temperatur in Richtung eines größeren Verdichtungsverhältnisses, also in Richtung seines oberen Totpunkts verlagert. Um dennoch bei allen mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs einstellbaren Verdichtungsverhältnissen eine Kollision des Kolbens mit einem Zylinderdach und/oder Gaswechselventilen des Zylinders zu vermeiden, wird üblicherweise der Abstand zwischen dem oberen Totpunkt des Kolbens und dem Zylinderdach beziehungsweise den Gaswechselventilen entsprechend groß gewählt. Dies verschlechtert jedoch den thermodynamischen Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Umgekehrt verstellt sich der Kolben mit zunehmender Temperatur in Richtung kleinerer Verdichtungsverhältnisse. Auch dies bewirkt eine Verringerung des thermodynamischen Wirkungsgrads.
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Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß das Temperaturausgleichselement vorgesehen. Mit Hilfe des Temperaturausgleichselements, welches zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle vorgesehen ist, wird einer temperaturbedingten Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zumindest entgegengewirkt, besonders bevorzugt diese sogar vollständig verhindert. Das Temperaturausgleichselement ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass es einen temperaturabhängigen Winkelversatz zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle beziehungsweise zwischen einer Ausgangswelle des Stellantriebs und der Anlenkwelle einstellt, nämlich derart, dass die temperaturbedingte Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine zumindest teilweise, insbesondere vollständig, ausgeglichen wird.
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Mit einer derartigen Ausgestaltung des Mehrgelenkskurbeltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine kann eine temperaturbedingte Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine zumindest teilweise unterbunden werden. Zumindest jedoch wird eine temperaturbedingte Kollision des Kolbens mit dem Zylinderdach beziehungsweise den Gaswechselventilen verhindert.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass das Temperaturausgleichselement als Flügelzellensteller mit einem Außenrotor und einem Innenrotor ausgestaltet ist, wobei in wenigstens einer Stellkammer des Flügelzellenstellers ein Material mit einem temperaturabhängigen Volumen angeordnet ist. Das Material kann insoweit als Temperaturausdehnungsmaterial bezeichnet werden. Das Material ist derart in dem Flügelzellensteller angeordnet, dass der Außenrotor und der Innenrotor in Abhängigkeit von der Temperatur gegeneinander verlagert werden, also bei unterschiedlichen Temperaturen unterschiedliche Drehwinkelstellungen zueinander einnehmen.
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Über den Flügelzellensteller sind der Stellantrieb und die Anlenkwelle miteinander wirkverbunden. Beispielsweise ist der Stellantrieb hierbei mit dem Außenrotor und die Anlenkwelle mit dem Innenrotor oder umgekehrt gekoppelt, insbesondere starr gekoppelt, sodass eine Veränderung der Drehwinkelstellung von Außenrotor und Innenrotor zueinander eine Veränderung der Drehwinkelstellung von Stellantrieb und Anlenkwelle zueinander bewirkt.
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Im Rahmen einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass der Flügelzellensteller ein Federelement zur Erzeugung einer einer von dem Material bewirkten Stellkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft aufweist. Das Federelement dient insoweit dem zuverlässigen Zurückstellen des Flügelzellenstellers, wenn dies nicht bereits allein mit Hilfe des Material bewerkstellig werden kann.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Temperaturausgleichselement einen Ausgleichszylinder und einen in dem Ausgleichszylinder gelagerten Ausgleichskolben aufweist, wobei in einem von dem Ausgleichszylinder und dem Ausgleichskolben eingeschlossen Ausgleichsvolumen das Material angeordnet ist, und wobei der Ausgleichszylinder und der Ausgleichskolben eine Stellmimik aufweisen, die bei einer linearen Verlagerung des Ausgleichszylinders und des Ausgleichskolbens gegeneinander eine Drehbewegung des Ausgleichszylinders und des Ausgleichskolbens gegeneinander bewirkt. Bei unterschiedlichen Temperaturen soll das Material insoweit für eine unterschiedliche Anordnung in axialer Richtung von Ausgleichszylindern und Ausgleichskolben sorgen.
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In anderen Worten liegen bei unterschiedlichen Temperaturen also unterschiedliche Größen des Ausgleichsvolumens vor. Der Ausgleichszylinder und der Ausgleichskolben sind über die Stellmimik miteinander gekoppelt, wobei diese derart ausgestaltet ist, dass sie die Drehbewegung des Ausgleichszylinders und des Ausgleichskolbens bei einer aus einer Veränderung der Größe des Ausgleichsvolumen folgenden linearen Verlagerung von Ausgleichszylinder und Ausgleichskolben gegeneinander bewirkt.
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Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass die Stellmimik eine Stellaufnahme und einen in die Stellaufnahme eingreifenden Stellzapfen aufweist, wobei die Stellaufnahme bezüglich einer Längsmittelachse des Ausgleichszylinders in Umfangsrichtung angewinkelt und/oder gekrümmt ist. Mit einer derartigen Ausgestaltung kann auf einfache Art und Weise die Drehbewegung von Ausgleichszylinder und Ausgleichskolben gegeneinander bewirkt werden, falls die lineare Verlagerung auftritt.
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Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Wirkverbindung zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle ein Winkelstellungssensor auf der dem Stellantrieb zugewandten Seite des Temperaturausgleichselements vorliegt. Mit Hilfe des Winkelstellungssensors kann insoweit die Winkelstellung des Stellantriebs beziehungsweise einer Ausgangswelle des Stellantriebs ermittelt werden. Diese kann sich von der Winkelstellung der Anlenkwelle unterscheiden, weil zwischen dem Stellantrieb und mithin des Winkelstellungssensors einerseits und der Anlenkwelle andererseits das Temperaturausgleichselement angeordnet ist.
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Bevorzugt ist in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass eine Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung des Stellantriebs als Eingangsgröße eine Winkelstellung einer Ausgangswelle des Stellantriebs aufweist. Die Winkelstellung wird beispielsweise mit Hilfe des Winkelstellungssensors ermittelt beziehungsweise gemessen. Mit Hilfe des Stellantriebs wird insoweit nicht eine bestimmte Drehwinkelstellung der Anlenkwelle eingestellt, sondern vielmehr eine bestimmte Drehwinkelstellung der Ausgangswelle des Stellantriebs. Diese Drehwinkelstellung wird über das Temperaturausgleichselement in eine bestimmte Drehwinkelstellung der Anlenkwelle umgesetzt, sodass also das Temperaturausgleichselement eine von der Steuerungs- und/oder Regelungseinrichtung unabhängige Modifizierung der Drehwinkelstellung der Anlenkwelle und mithin des Verdichtungsverhältnisses vornimmt beziehungsweise vornehmen kann.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Temperaturausgleichselement ist der temperaturabhängige Endanschlag vorgesehen. Mittels diesem wird der Stellwinkelbereich, innerhalb welchem die Anlenkwelle mittels des Stellantriebs drehbar ist, temperaturabhängig begrenzt oder ist zumindest begrenzbar. Beispielsweise wird bei Vorliegen einer ersten Temperatur der Stellwinkelbereich auf einen ersten Winkelbereich und bei Vorliegen einer zweiten Temperatur auf einen zweiten Winkelbereich begrenzt, wobei die Winkelbereiche voneinander verschieden sind. Insbesondere überlappen die beiden Winkelbereiche und weisen auf einer Seite eine gemeinsame Grenze auf. Sie sind jedoch unterschiedlich groß gewählt, sodass bevorzugt bei einer niedrigeren Temperatur das mittels des Stellantriebs einstellbare Verdichtungsverhältnis auf ein erstes Verdichtungsverhältnis begrenzt ist, während es bei Vorliegen der zweiten Temperatur freigegeben oder auf ein zweites Verdichtungsverhältnis begrenzt ist, welches größer ist als das erste Verdichtungsverhältnis.
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Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass der Endanschlag zum Begrenzen des Stellwinkelbereichs auf einen ersten Winkelbereich bei Unterschreiten einer Temperaturschwelle durch eine Temperatur und zum Begrenzen auf einen zweiten Winkelbereich bei Überschreiten der Temperaturschwelle ausgebildet ist. Hierauf wurde vorstehend bereits hingewiesen. Die Temperatur ist beispielsweise zumindest näherungsweise die Temperatur der Brennkraftmaschine, insbesondere des Zylinderkurbelgehäuses. Ist die Temperatur kleiner als die Temperaturschwelle, so wird der Endanschlag derart angeordnet, dass er den Stellwinkelbereich auf den ersten Winkelbereich begrenzt. Ist dagegen die Temperatur größer oder gleich der Temperaturschwelle, so kann der Endanschlag zum Freigeben des zweiten Winkelbereichs eingestellt beziehungsweise angeordnet werden, wobei der zweite Winkelbereich größer ist als der erste Winkelbereich.
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Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die beiden Winkelbereiche vorzugsweise eine gemeinsame Begrenzung aufweisen, nämlich auf ihrer in Richtung kleinerer Verdichtungsverhältnisse liegenden Seite. Der erste Winkelbereich ist nun derart gewählt, dass das größte einstellbare Verdichtungsverhältnis kleiner ist als im Falle des zweiten Winkelbereichs. Auf diese Art und Weise kann sichergestellt werden, dass auch bei niedrigen Temperaturen der Brennkraftmaschine eine Kollision von Kolben einerseits und Zylinderdach beziehungsweise Gaswechselventile andererseits zuverlässig verhindert wird. Bevorzugt ist die Brennkraftmaschine zudem dazu ausgestaltet, dass sie an einem Betriebsende, also bei einem Abstellen der Brennkraftmaschine, auf ein bestimmtes Verdichtungsverhältnis eingestellt wird, welches kleiner ist als das höchste einstellbare Verdichtungsverhältnis, insbesondere kleiner oder gleich dem bei Begrenzung des Stellwinkelbereichs auf den ersten Winkelbereich einstellbaren Verdichtungsverhältnis.
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Eine weitere Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass der Endanschlag ein Anschlagselement aufweist, das in Abhängigkeit von der Temperatur innerhalb oder außerhalb des Einlassbereichs eines mit der Anlenkwelle verbundenen Gegenanschlagselements angeordnet ist. Das Anschlagselement wird insoweit in Abhängigkeit von der Temperatur verlagert. Ist die Temperatur kleiner als die Temperaturschwelle, unterschreitet sie diese also, so soll das Anschlagselement in dem Einflussbereich des Gegenanschlagselements angeordnet sein. Ist die Temperatur dagegen größer oder gleich der Temperaturschwelle, überschreitet die Temperatur diese also, so soll das Anschlagselement außerhalb des Einflussbereichs des Gegenanschlagselements vorliegen.
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Das Gegenanschlagselement ist beispielsweise starr mit der Anlenkwelle verbunden, entweder unmittelbar oder mittelbar. In letzterem Fall ist beispielsweise das Gegenanschlagselement an der Ausgangswelle des Stellantriebs befestigt. Unter dem Einflussbereich des Gegenanschlagselements ist derjenige Bereich zu verstehen, in welchem das Anschlagselement zum Begrenzen des Stellwinkelbereichs auf den jeweiligen Winkelbereich mit dem Gegenanschlagselement zusammenwirken kann, beispielsweise indem es mit diesem in Anlagekontakt tritt.
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Schließlich kann im Rahmen einer weiteren bevorzugten Ausführungsform vorgesehen sein, dass das Anschlagselement mit einem Temperaturausdehnungselement verbunden ist, insbesondere über eine Hebelanordnung. Das Temperaturausdehnungselement weist beispielsweise das vorstehend beschriebene Temperaturausdehnungsmaterial auf. Die vorstehend erläuterte Verlagerung des Anschlagselements erfolgt in Abhängigkeit von der vorliegenden Temperatur mit Hilfe des Temperaturausdehnungselements. Hierzu kann das Anschlagselement unmittelbar mit dem Temperaturausdehnungselement verbunden oder alternativ über die Hebelanordnung mit diesem gekoppelt sein. Über die Hebelanordnung erfolgt beispielsweise die Umsetzung einer kleineren Ausdehnung des Temperaturausdehnungselements in eine größere Verlagerung des Anschlagselements.
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Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs für eine Brennkraftmaschine, insbesondere eines Mehrgelenkskurbeltriebs gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei der Mehrgelenkskurbeltrieb wenigstens ein auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagertes Koppelglied und wenigstens eine drehbar auf einem Hubzapfen einer Anlenkwelle gelagerte Anlenkpleuelstange aufweist, wobei das Koppelglied schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange eines Kolbens der Brennkraftmaschine und der Anlenkpleuelstange verbunden ist, und wobei die Anlenkwelle zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine mittels eines Stellantriebs um eine Drehachse innerhalb eines Stellwinkelbereichs drehbar ist. Dabei ist vorgesehen, dass mittels eines Temperaturausgleichselements, über das der Stellantrieb mit der Anlenkwelle wirkverbunden ist, ein temperaturabhängiger Winkelversatz zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle eingestellt wird.
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Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Mehrgelenkskurbeltriebs sowie einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits eingegangen. Sowohl der Mehrgelenkskurbeltrieb als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
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Es wurde bereits erläutert, dass die Wirkverbindung zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle über das Temperaturausgleichselement hergestellt ist. Insbesondere ist der Stellantrieb über das Temperaturausgleichselement permanent mit der Anlenkwelle gekoppelt. Das Temperaturausgleichselement dient nun dazu, einen bestimmten Winkelversatz zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle einzustellen. Der Winkelversatz wird in Abhängigkeit von einer Temperatur ermittelt. Die Temperatur kann grundsätzlich beliebig gewählt sein, beispielsweise entspricht sie einer Temperatur der Brennkraftmaschine, beispielsweise einer Kühlmitteltemperatur, einer Kurbelgehäusetemperatur oder einer Schmiermitteltemperatur.
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Der mittels des Temperaturausgleichselements einzustellende beziehungsweise eingestellte Winkelversatz zwischen dem Stellantrieb und der Anlenkwelle entspricht bevorzugt bei einer ersten Temperatur einem ersten Winkelversatz und bei einer zweiten Temperatur einem zweiten Winkelversatz. Der Vollständigkeit halber soll darauf hingewiesen werden, dass hierbei die zweite Temperatur von der ersten Temperatur und der zweite Winkelversatz von dem ersten Winkelversatz jeweils verschieden ist.
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Beispielsweise wird der Winkelversatz umso größer gewählt, je größer die Temperatur ist. Selbstverständlich kann es auch vorgesehen sein, dass der Winkelversatz bei einer bestimmten Referenztemperatur gleich Null ist und bei einem Überschreiten und/oder einem Unterschreiten der Referenztemperatur durch die Temperatur der Winkelversatz ungleich Null gewählt wird. Bevorzugt wird hierbei bei einem Überschreiten der Referenztemperatur der Winkelversatz in eine erste Richtung und bei einem Unterschreiten in eine zweite Richtung verändert. Der Betrag dieser Veränderung ist bevorzugt umso größer, je größer die Differenz zwischen der Temperatur und der Referenztemperatur ist, insbesondere der Betrag der Differenz. Unter einer Veränderung in eine erste Richtung ist beispielsweise eine Vergrößerung des Winkelversatzes, bei welcher der Winkelversatz größer als Null wird, und unter der Veränderung in die zweite Richtung eine Verkleinerung des Winkelversatzes, bei welcher der Winkelversatz kleiner als Null wird, zu verstehen. Selbstverständlich kann auch eine umgekehrte Konfiguration realisiert sein.
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Vorzugsweise ist die Referenztemperatur derart gewählt, dass sie einer Temperatur entspricht, bei welcher während eines Betriebs der Brennkraftmaschine der Abstand zwischen dem oberen Totpunkt des Kolbens und dem Zylinderdach einem Sollwert entspricht, der insbesondere derart gewählt ist, dass während des gesamten Arbeitsspiels der Brennkraftmaschine der Kolben von dem Zylinderdach und/oder dem wenigstens einen Gaswechselventil beabstandet ist. Mithilfe des Temperaturausgleichselements soll nun der Abstand auch bei einer Abweichung der Temperatur von der Referenztemperatur möglichst auf diesem Sollwert gehalten werden oder zumindest seine Abweichung von dem Sollwert minimiert werden.
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Zusätzlich oder alternativ zu dem Temperaturausgleichselement kann das Anschlagelement vorliegen. Falls das Anschlagelement zusätzlich zu dem Temperaturausgleichselement vorgesehen ist, so dient es als zusätzlicher Sicherheitsmechanismus, um in jedem Fall die vorstehend bereits erwähnte Kollision des Kolbens mit dem Zylinderdach und/oder dem wenigstens einen Gaswechselventils des Zylinders zu verhindern.
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Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
- 1 eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine,
- 2 eine schematische Darstellung eines Bereichs eines Mehrgelenkskurbeltriebs der Brennkraftmaschine, wobei ein Temperaturausgleichselement zwischen einem Stellantrieb und einer Anlenkwelle angeordnet ist,
- 3 eine schematische Darstellung einer ersten Ausführungsform des Temperaturausgleichselements,
- 4 das Temperaturausgleichselement in einer zweiten Ausführungsform,
- 5 eine schematische Darstellung eines temperaturabhängigen Endanschlags des Mehrgelenkskurbeltriebs in einer ersten Stellung, sowie
- 6 eine schematische Darstellung einer zweiten Stellung des Endanschlags.
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Die 1 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche beispielsweise als Reihenbrennkraftmaschine, insbesondere als Viertakt-Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Kurbelwelle 2 und wenigstens einen Kolben 3. Der Kolben 3 ist in einem hier nicht dargestellten Zylinder der Brennkraftmaschine einzeln linear beweglich gelagert. Der Kolben ist über eine Kolbenpleuelstange 4 an die Kurbelwelle 2 angebunden. Die Kurbelwelle 2 ist um eine Drehachse 5 drehbar gelagert und weist einen Hubzapfen 6 auf, der exzentrisch zu wenigstens einem Lagerzapfen beziehungsweise Wellenzapfen (nicht dargestellt) der Kurbelwelle 2 angeordnet ist. Üblicherweise liegen ebenso viele Hubzapfen 6 wie Kolben 3 beziehungsweise Kolbenpleuelstangen 4 vor.
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Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine als Exzenterwelle ausgestaltete Anlenkwelle 7, die eine zur Drehachse 5 der Kurbelwelle 2 parallel Drehachse 8 aufweist. Die Anlenkwelle 7 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas oberhalb von dieser in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert. Sie ist Bestandteil eines Mehrgelenkskurbeltriebs 9, überwelchen der Kolben 3 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden ist. Neben der Anlenkwelle 7 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 9 wenigstens ein Koppelglied 10, welches auf dem Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert ist. Üblicherweise sind ebenso viele Koppelglieder 10 wie Kolben 3 vorhanden.
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Das Koppelglied 10 weist einen Hubarm 11 auf, der über ein Schwenkgelenk 12 mit einem unteren Ende der Kolbenpleuelstange 4 verbunden ist. Ein oberes Ende der Kolbenpleuelstange 4 ist über ein weiteres Schwenkgelenk 13 an dem Kolben 3 angelenkt. Im Falle mehrerer Kolben 3 ist also jeder der Kolben 3 über die jeweilige Kolbenpleuelstange 4 und das jeweilige Koppelglied 10 mit der Kurbelwelle 2 wirkverbunden. Der Mehrgelenkskurbeltrieb 9 umfasst weiter eine Anlenkpleuelstange 14. Diese ist vorzugsweise ungefähr parallel zu der Kolbenpleuelstange 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Anlenkwelle 7 jeweils in etwa derselben Ebene wie die dazugehörige Kolbenpleuelstange 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet.
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Die Anlenkpleuelstange 14 ist auf ihrer einen Seite auf einem Hubzapfen 15 der Anlenkwelle 7 drehbar gelagert. Ihr unteres Ende dagegen greift an einem Hubarm 16 des Koppelglieds 10 an, welcher beispielsweise auf der zu dem Hubarm 11 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Durch Drehen der Anlenkwelle 7 innerhalb eines bestimmten Stellwinkelbereichs kann ein in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 vorliegendes Verdichtungsverhältnis auf einen gewünschten Wert eingestellt werden.
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Die 2 zeigt eine schematische Darstellung eines Bereichs des Mehrgelenkskurbeltriebs 9. Erkennbar ist insbesondere die Anlenkwelle 7 mit mehreren Hubzapfen 15. Die Anlenkwelle 7 ist mittels eines Stellantriebs 17 innerhalb des Stellwinkelbereichs drehbar. Der Stellantrieb 17 ist hierbei über ein Temperaturausgleichselement 18 mit der Anlenkwelle 7 wirkverbunden. Dem Stellantrieb 17 beziehungsweise einer hier nicht gesondert dargestellten Ausgangswelle des Stellantriebs 17 ist bevorzugt ein Winkelstellungssensor 19 zugeordnet, mittels welchem eine Winkelstellung des Stellantriebs 17 beziehungsweise seiner Ausgangswelle ermittelt werden kann. Der Winkelstellungssensor 19 liegt insoweit auf der der Anlenkwelle 7 abgewandten Seite des Temperaturausgleichselements 18 vor.
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Die 3 zeigt eine schematische Darstellung des Temperaturausgleichselements 18 in einer ersten Ausführungsform. In dieser liegt es als Flügelzellensteller vor, welcher einen Innenrotor 10 und einen Außenrotor 21 aufweist. Der Innenrotor 20 ist beispielsweise mit der Anlenkwelle 7 und der Außenrotor 21 mit dem Stellantrieb 17 verbunden. Der Innenrotor 20 und der Außenrotor 21 schließen miteinander wenigstens eine Stellkammer 22 ein, in welcher ein Material mit einem temperaturabhängigen Volumen angeordnet ist. Bei unterschiedlichen Temperaturen werden also der Innenrotor 20 und der Außenrotor 21 von dem Material in unterschiedliche Drehwinkelstellungen zueinander gedrängt. Weiterhin kann das Temperaturausgleichselement 18 ein Federelement 23 zur Erzeugung einer einer von dem Material bewirkten Stellkraft entgegenwirkenden Rückstellkraft aufweisen.
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Die 4 zeigt eine zweite Ausführungsform des Temperaturausgleichselements 18. In dieser weist es einen Ausgleichszylinder 24 und einen in diesen gelagerten Ausgleichskolben 25 auf. In einem von dem Ausgleichszylinder 24 und dem Ausgleichskolben 25 eingeschlossenen Ausgleichsvolumen 26 ist das Material mit dem temperaturabhängigen Volumen angeordnet. Weiterhin sind der Ausgleichszylinder 24 und der Ausgleichskolben 25 über eine Stellmimik 27 miteinander verbunden, die bei einer linearen Verlagerung des Ausgleichszylinders 24 und des Ausgleichskolbens 25 gegeneinander eine Drehbewegung des Ausgleichszylinders 24 und des Ausgleichskolbens 25 gegeneinander bewirkt.
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Die Stellmimik 27 weist dabei vorzugsweise eine Stellaufnahme 28 und einen Stellzapfen 29 auf, wobei der Stellzapfen 29 in die Stellaufnahme 28 eingreift. Die Stellaufnahme 28 ist gekrümmt, sodass die vorstehend erwähnte Wirkung erzielt wird. Bei einer Temperaturänderung wird insoweit eine Verlagerung des Ausgleichszylinders 24 und des Ausgleichskolbens 25 gegeneinander in Richtung der Pfeile 30 erzielt, woraus wiederum eine Drehbewegung entsprechend des Pfeils 31 folgt.
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Die 5 zeigt eine, schematische Darstellung des Mehrgelenkskurbeltriebs 9, wobei ein temperaturabhängiger Endanschlag 32 angedeutet ist, der den Stellwinkelbereich der Anlenkwelle 7, innerhalb welchem diese mit Hilfe des Stellantriebs 17 drehbar ist, in Abhängigkeit von der Temperatur begrenzt. Hierzu weist der Endanschlag 32 ein Anschlagelement 33 auf, das mit einem Temperaturausdehnungselement 34 verbunden ist, insbesondere über eine Hebelanordnung 35. Das Temperaturausdehnungselement 34 beziehungsweise die Hebelanordnung 35 sind derart ausgebildet, dass das Anschlagselement 33 in Abhängigkeit von der Temperatur innerhalb oder außerhalb eines Einflussbereichs eines mit der Anlenkwelle 7 verbundenen Gegenanschlagselements 36 angeordnet ist. Zusätzlich zu dem Endanschlag 32 ist ein weiterer Endanschlag 37 vorgesehen, welcher permanent in dem Einflussbereich des Gegenanschlagselements 36 angeordnet ist. Das Anschlagselement 33 liegt in einer ersten Stellung vor, in welcher es mit dem Gegenanschlagselement 36 zum Begrenzen des Drehmittelbereichs auf einen ersten Winkelbereich zusammenwirkt.
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Die 6 dagegen zeigt eine schematische Darstellung des Mehrgelenkskurbeltriebs 9, wobei der Endanschlag 32 beziehungsweise das Endanschlagelement 33 in einer zweiten Stellung angeordnet sind, in welcher es außerhalb des Einflussbereichs des Gegenanschlagelements 36 vorliegt. Entsprechend begrenzt der Endanschlag 32 den Stellwinkelbereich nicht mehr oder allenfalls auf einen zweiten größeren Winkelbereich. Vielmehr dient in der zweiten Stellung der Endanschlag 37 zum Begrenzen des Stellwinkelbereichs auf den zweiten Winkelbereich. Der Endanschlag 37 kann zusätzlich oder alternativ zu dem Temperaturausgleichselement 18 vorliegen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012020999 A1 [0002]
