DE102017000246A1 - Multi-link crank drive for an internal combustion engine - Google Patents

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Jason Cox
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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb (9) für eine Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem auf einem Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelglied (10) und wenigstens einer drehbar auf einem Hubzapfen (15) einer Anlenkwelle (7) gelagerten Anlenkpleuelstange (14), wobei das Koppelglied (10) schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und der Anlenkpleuelstange (14) verbunden ist, und wobei die Anlenkwelle (7) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Stellantriebs um eine Drehachse (8) innerhalb eines Stellwinkelbereichs drehbar ist. Es ist vorgesehen, dass der Stellwinkelbereich von einem temperaturabhängigen Endanschlag (32) begrenzbar ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkkurbeltriebs (9).The invention relates to a multi-link crank drive (9) for an internal combustion engine (1), with at least one coupling member (10) mounted on a crankpin (6) of a crankshaft (2) and at least one rotatably mounted on a crankpin (15) of a linkage shaft (7) Anlenkpleuelstange (14), wherein the coupling member (10) is pivotally connected to a piston connecting rod (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and the Anlenkpleuelstange (14), and wherein the articulation shaft (7) for adjusting the compression ratio of the internal combustion engine (1) is rotatable about an axis of rotation (8) within an adjustment angle range by means of an actuator. It is envisaged that the adjustment angle range of a temperature-dependent end stop (32) can be limited. The invention further relates to a method for operating a multi-joint crank drive (9).

Description

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 Mehrgelenkkurbeltriebs.The invention relates to a multi-link crank drive for an internal combustion engine, with at least one mounted on a crank pin of a crankshaft coupling member and at least one rotatably mounted on a crankpin a Anlenkwelle connecting rod, wherein the coupling member is pivotally connected to a piston connecting rod of a piston of the internal combustion engine and the Anlenkpleuelstange, and wherein the articulation shaft for adjusting the compression ratio of the internal combustion engine by means of an actuator about an axis of rotation within a Stellwinkelbereichs is rotatable. The invention further relates to a method for operating a multi-joint crank drive.

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.From the prior art, for example, the publication DE 10 2012 020 999 A1 known. This concerns a reciprocating internal combustion engine with a hydraulic adjusting mechanism associated with a connecting rod and the at least one eccentric arranged in a connecting rod eye or in a crank eye of a connecting rod for setting at least one variable compression ratio in at least one cylinder of the reciprocating internal combustion engine via a change in an effective length of the connecting rod by means of the adjusting mechanism, wherein the adjusting mechanism comprises a first hydraulic cylinder with a first piston in a first fluid chamber and a hydraulic cylinder with a second piston in a second fluid chamber, and the hydraulic cylinders are operated with a fluid and an adjustment of at least the one variable compression ratio a movement of at least the first piston in the first hydraulic cylinder, wherein the first and the second fluid chamber with a first fluid line for a direct Hin or flowing the fluid between the first and second fluid chambers during the movement of the first piston in the first hydraulic cylinder are connected, wherein the first fluid conduit is arranged in the connecting rod.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Mehrgelenkskurbeltrieb für eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welcher unabhängig von Umgebungsbedingungen zuverlässig einsetzbar ist.It is an object of the invention to propose a multi-joint crank drive for an internal combustion engine, which can be used reliably regardless of ambient conditions.

Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass der Stellwinkelbereich von einem temperaturabhängigen Endanschlag begrenzbar ist.This is achieved according to the invention with a multi-joint crank mechanism with the features of claim 1. It is provided that the adjustment angle range can be limited by a temperature-dependent end stop.

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.The multi-joint crank drive, for example, part of the internal combustion engine, but can also be found in other areas application. The multi-link crank drive comprises the articulation shaft and furthermore has the coupling element, in particular a number of coupling links corresponding to the number of pistons of the internal combustion engine. The coupling member or the coupling members are each rotatably mounted on the corresponding crank pin of the crankshaft. Preferably, the coupling member on two opposite sides on the crankshaft projecting, at its end each provided with a pivot arms on. Of course, other embodiments are possible. The axis of rotation of the coupling member about the crankshaft or about the crank pin of the crankshaft can be referred to as a coupling member axis of rotation.

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.One of the pivot joints serves for the pivotable connection of the coupling member with the piston connecting rod, which connects one of the pistons of the internal combustion engine via the coupling member with the crankshaft. The axis of rotation of this pivot joint is referred to, for example, as Kolbenpleueldrehachse. Due to the pivotability of the coupling member, the Kolbenpleueldrehachse is not stationary, but is displaced or pivoted together with the coupling member. Another of the pivot joints is used for pivotal connection of the coupling member with the so-called Anlenkpleuelstange, which is mounted with its other, the coupling member opposite end to or on the pivot shaft, in particular rotatable. The axis of rotation of this pivot joint may be referred to as articulated-body pivot axis. It is preferably provided that the Anlenkpleuelstange is rotatably mounted on the crank pin of the articulation shaft, wherein the crank pin is eccentric with respect to a rotation axis of the articulation shaft.

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.The Anlenkpleuelstange has to form the pivot joints preferably via two connecting rod, namely a first connecting rod and a second connecting rod. The first connecting rod eye is part of the pivot joint; over which the Anlenkpleuelstange interacts with the coupling member. In this case, the first connecting rod eye encompasses, for example, a coupling pin or bearing pin held on the coupling element. The second connecting rod eye is analogous to part of the pivot joint, via which the Anlenkpleuelstange is connected to the articulation shaft or its crank pin. In particular, the second connecting rod eye at least partially surrounds the articulation shaft or the crank pin of the articulation shaft.

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.By means of the multi-joint crank drive, the compression ratio reached in the piston in each case assigned to the cylinder can be adjusted, in particular as a function of the operating point of the internal combustion engine and / or the present Power stroke. The articulation shaft is preferably designed as an eccentric shaft, wherein for adjusting the compression ratio, the eccentric shaft is brought into a specific, the desired compression ratio corresponding rotational angular position. The pivot shaft is preferably decoupled from the crankshaft or only indirectly connected via the Anlenkpleuelstange and the coupling member with this. It is not provided so far that the articulation shaft is driven by the crankshaft, for example via a transmission. The angular position of the articulation shaft can be changed so far only by means of the actuator.

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 ersterem Fall sind Endanschläge für die Anlenkwelle vorgesehen, die den Stellwinkelbereich beidseitig begrenzen, sodass insoweit die Anlenkwelle lediglich zwischen den Endanschlägen gedreht werden kann.For rotating the articulation shaft of the actuator is provided. By means of this, the articulation shaft can be rotated about its axis of rotation, namely within the adjustment angle range. The adjustment angle range is for example limited or limited on both sides. In the former case, end stops are provided for the articulation shaft, which limit the adjustment angle range on both sides, so that insofar as the articulation shaft can only be rotated between the end stops.

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.Due to different environmental conditions, in particular different temperatures, there may be an unintentional adjustment of the compression ratio, in particular by a displacement of the top dead center of a piston, which is articulated on the side facing away from the coupling member on the Kolbenpleuelstange. Such an adjustment occurs in particular when using different materials in the context of the internal combustion engine. If, for example, a cylinder crankcase of the internal combustion engine consists of light metal, in particular aluminum or aluminum alloy, and the multi-joint crank drive, for example the crankshaft, the articulation shaft, the coupling element, the piston connecting rod and / or the Anlenkpleuelstange of another material, such as steel, so are different thermal expansion coefficients that cause different thermal expansions.

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.Usually, the internal combustion engine or the multi-joint crank drive is designed such that the piston moves with decreasing temperature in the direction of a larger compression ratio, ie in the direction of its top dead center. In order nevertheless to avoid a collision of the piston with a cylinder roof and / or gas exchange valves of the cylinder in all adjustable by means of the multi-joint crank drive compression ratios, the distance between the top dead center of the piston and the cylinder roof and the gas exchange valves is usually selected to be correspondingly large. However, this deteriorates the thermodynamic efficiency of the internal combustion engine. Conversely, the piston adjusts with increasing temperature in the direction of smaller compression ratios. This also causes a reduction of the thermodynamic efficiency.

Aus diesem Grund ist erfindungsgemäß der temperaturabhängige Endanschlag vorgesehen. Mit Hilfe des temperaturabhängigen Endanschlags 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.For this reason, the temperature-dependent end stop is provided according to the invention. With the aid of the temperature-dependent end stop, the adjustment angle range within which the articulation shaft can be rotated by means of the actuator is limited as a function of temperature or is at least limited. For example, in the presence of a first temperature, the adjustment angle range is limited to a first angular range and in the presence of a second temperature to a second angular range, wherein the angular ranges are different from one another. In particular, the two angular ranges overlap and have a common boundary on one side. However, they are chosen differently large, so preferably at a lower temperature, the adjustable by means of the actuator compression ratio is limited to a first compression ratio, while released in the presence of the second temperature or limited to a second compression ratio, which is greater than the first compression ratio.

Mit einer derartigen Ausgestaltung des Mehrgelenkskurbeltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine wird eine temperaturbedingte Kollision des Kolbens mit dem Zylinderdach beziehungsweise den Gaswechselventilen verhindert.With such an embodiment of the multi-link crank drive or the internal combustion engine, a temperature-induced collision of the piston with the cylinder roof or the gas exchange valves is prevented.

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.A further development of the invention provides that the end stop for limiting the adjusting angle range is designed to cover a first angular range when a temperature threshold is undershot by a temperature and for limiting to a second angular range when the temperature threshold is exceeded. This has already been pointed out above. The temperature is, for example, at least approximately the temperature of the internal combustion engine, in particular of the cylinder crankcase. If the temperature is less than the temperature threshold, the end stop is arranged such that it limits the setting angle range to the first angle range. If, on the other hand, the temperature is greater than or equal to the temperature threshold, the end stop can be adjusted or arranged to release the second angle range, wherein the second angle range is greater than the first angle range.

Vorstehend wurde bereits erläutert, dass die beiden Wjnkelbereiche 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.It has already been explained above that the two rolling regions preferably have a common boundary, namely on their side lying in the direction of smaller compression ratios. The first angle range is now selected such that the largest adjustable Compression ratio is smaller than in the case of the second angle range. In this way it can be ensured that even at low temperatures of the internal combustion engine, a collision of pistons on the one hand and cylinder roof or gas exchange valves on the other hand is reliably prevented. Preferably, the internal combustion engine is also configured so that it is set to a certain compression ratio at an end of operation, so when stopping the engine, which is smaller than the highest adjustable compression ratio, in particular less than or equal to limiting the Stellwinkelbereichs on the first angle range adjustable compression ratio.

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.A further embodiment of the invention provides that the end stop has a stop element which is arranged as a function of the temperature inside or outside the inlet region of a counterstop element connected to the articulation shaft. The stop element is displaced as a function of the temperature. If the temperature is lower than the temperature threshold, it falls below this, so should the stop element be arranged in the sphere of influence of the counter-stop element. On the other hand, if the temperature is greater than or equal to the temperature threshold, the temperature exceeds it, that is, the stop element should be outside the influence of the counter-stop element.

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.The counter-stop element is, for example, rigidly connected to the articulation shaft, either directly or indirectly. In the latter case, for example, the counter-stop element is attached to the output shaft of the actuator. The region of influence of the counterstop element is to be understood as that region in which the stop element can cooperate with the counterstop element for limiting the adjustment angle range to the respective angle range, for example by coming into abutting contact therewith.

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.After all. can be provided in a further preferred embodiment, that the stop element is connected to a temperature expansion element, in particular via a lever arrangement. The temperature expansion element has, for example, the above-described temperature expansion material. The above-described displacement of the stop element takes place as a function of the present temperature with the aid of the temperature expansion element. For this purpose, the stop element can be directly connected to the temperature expansion element or alternatively coupled via the lever arrangement with this. By way of example, the implementation of a smaller extent of the temperature expansion element into a larger displacement of the stop element takes place via the lever arrangement.

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 der Stellwinkelbereich von einem temperaturabhängigen Endanschlag begrenzt werden kann.The invention further relates to a method for operating a multi-link crank drive for an internal combustion engine, in particular a multi-link crank drive according to the preceding embodiments, wherein the multi-link crank drive has at least one mounted on a crank pin of a crankshaft coupling member and at least one rotatably mounted on a crankpin a Anlenkwelle connecting rod, wherein the coupling member is pivotally connected to a piston piston rod of a piston of the internal combustion engine and the Anlenkpleuelstange, and wherein the articulation shaft for adjusting the compression ratio of the internal combustion engine by means of an actuator is rotatable about an axis of rotation within a Stellwinkelbereichs. It is provided that the adjustment angle range can be limited by a temperature-dependent end stop.

Auf die Vorteile einer derartigen Ausgestaltung des Mehrgelenkskurbeltriebs beziehungsweise einer derartigen Vorgehensweise wurde bereits hingewiesen. Sowohl der Mehrgelenkskurbeltrieb als auch das Verfahren zu seinem Betreiben können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.The advantages of such an embodiment of the multi-link crank drive or such an approach has already been pointed out. Both the multi-link crank drive and the method for its operation can be developed according to the above statements, so that reference is made to this extent.

Mithilfe des temperaturabhängigen Endanschlags ist der Stellwinkelbereich, innerhalb welchem die Anlenkwelle mittels des Stellantriebs drehbar ist, begrenzbar, kann also begrenzt werden. Bevorzugt ist es vorgesehen, dass der Stellwinkelbereich von dem temperaturabhängigen Endanschlag begrenzt wird, insbesondere zumindest in einer Stellung des Endanschlags. Das Begrenzen des Stellwinkelbereichs mittels des Endanschlags wird in Abhängigkeit von der Temperatur vorgenommen. Die Temperatur kann grundsätzlich beliebig gewählt sein. Beispielsweise entspricht die Temperatur einer Kühlmitteltemperatur, einer Kurbelgehäusetemperatur oder einer Schmiermitteltemperatur. Der Stellwinkelbereich wird nun bei wenigstens einer Temperatur mittels des Endanschlags begrenzt, vorzugsweise auf einen bestimmten Winkelbereich.With the aid of the temperature-dependent end stop, the setting angle range within which the articulation shaft can be rotated by means of the actuator can be limited, ie it can be limited. It is preferably provided that the adjustment angle range is limited by the temperature-dependent end stop, in particular at least in one position of the end stop. The limitation of the adjustment angle range by means of the end stop is made as a function of the temperature. The temperature can basically be chosen arbitrarily. For example, the temperature corresponds to a coolant temperature, a crankcase temperature, or a lubricant temperature. The adjusting angle range is now limited at least one temperature by means of the end stop, preferably to a certain angular range.

Beispielsweise wird der Stellwinkelbereich bei Vorliegen einer ersten Temperatur auf einen ersten Winkelbereich und bei Vorliegen einer zweiten Temperatur auf einen zweiten Winkelbereich begrenzt. So kann zuverlässig die vorstehend bereits erwähnte temperaturbedingte Kollision des Kolbens mit dem Zylinderdach beziehungsweise dem wenigstens einen Gaswechselventil verhindert werden. Wenigstens einer der Winkelbereiche, vorzugsweise jedoch mehrere, insbesondere alle der Winkelbereiche, werden entsprechend gewählt.For example, the setting angle range is limited to a first angular range when a first temperature is present and to a second angular range when a second temperature is present. Thus, the above-mentioned temperature-induced collision of the piston with the cylinder roof or the at least one gas exchange valve can be reliably prevented. At least one of the angular ranges, preferably However, several, in particular all of the angular ranges are selected accordingly.

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 temperaturabhängigen Endanschlags des Mehrgelenkskurbeltriebs in einer ersten Stellung, sowie
  • 3 eine schematische Darstellung einer zweiten Stellung des Endanschlags.
The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without any limitation of the invention. Showing:
  • 1 a schematic representation of a portion of an internal combustion engine,
  • 2 a schematic representation of a temperature-dependent end stop of the multi-joint crank drive in a first position, and
  • 3 a schematic representation of a second position of the end stop.

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.The 1 shows a schematic representation of a portion of an internal combustion engine 1 , which is present for example as a series internal combustion engine, in particular as a four-stroke four-cylinder in-line engine. The internal combustion engine 1 has a crankshaft 2 and at least one piston 3 , The piston 3 is mounted individually linearly movable in a cylinder of the internal combustion engine, not shown here. The piston is over a Kolbenpleuelstange 4 to the crankshaft 2 tethered. The crankshaft 2 is about a rotation axis 5 rotatably mounted and has a crank pin 6 on, the eccentric to at least one journal or shaft journal (not shown) of the crankshaft 2 is arranged. Usually there are just as many crank pins 6 like pistons 3 or piston connecting rods 4 in front.

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.The internal combustion engine 1 further comprises a designed as an eccentric shaft connecting shaft 7 one to the axis of rotation 5 the crankshaft 2 parallel axis of rotation 8th having. The connecting shaft 7 For example, in addition to the crankshaft 2 and slightly above this rotatably mounted in the cylinder crankcase. It is part of a multi-joint crank drive 9 , overcome the piston 3 with the crankshaft 2 is actively connected. In addition to the articulation shaft 7 comprises the multi-joint crank mechanism 9 at least one coupling link 10 which is on the crankpin 6 the crankshaft 2 is rotatably mounted. Usually, there are just as many coupling links 10 like pistons 3 available.

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.The coupling link 10 has a lift arm 11 on, via a pivot joint 12 with a lower end of Kolbenpleuelstange 4 connected is. An upper end of the piston connecting rod 4 is about another swivel joint 13 on the piston 3 hinged. In case of several pistons 3 So each is the piston 3 over the respective Kolbenpleuelstange 4 and the respective coupling member 10 with the crankshaft 2 operatively connected. The multi-link crank drive 9 further comprises a Anlenkpleuelstange 14 , This is preferably approximately parallel to the Kolbenpleuelstange 4 aligned and in the axial direction of the crankshaft 2 and the steering shaft 7 each in about the same plane as the associated Kolbenpleuelstange 4 but on the opposite side of the crankshaft 2 arranged.

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.The articulated connecting rod 14 is on one side on a crankpin 15 the connecting shaft 7 rotatably mounted. Her lower end, however, attacks on a lift arm 16 of the coupling link 10 which, for example, on the to the lifting arm 11 opposite side of the crankshaft 2 survives on these. By turning the connecting shaft 7 Within a certain adjustment angle range can be in the cylinder of the internal combustion engine 1 Present compression ratio can be set to a desired value.

Die 2 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 eines Stellantriebs 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:The 2 shows a schematic representation of the multi-joint crank mechanism 9, wherein a temperature-dependent end stop 32 is indicated, the adjusting angle range of the articulation shaft 7 , within which it is rotatable by means of an actuator, limited depending on the temperature. For this purpose, the end stop 32 a stop element 33 on that with a temperature expansion element 34 is connected, in particular via a lever arrangement 35 , The temperature expansion element 34 or the lever arrangement 35 are formed such that the stop element 33 as a function of the temperature within or outside an area of influence of one with the articulation shaft 7 connected counter-stop element 36 is arranged. In addition to the end stop 32 is another end stop 37 provided, which permanently in the sphere of influence of the counter stop element 36 is arranged. The stop element 33 is in a first position, in which it with the counter-stop element 36 for limiting the rotational center region to a first angular range:

Die 3 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.The 3 on the other hand shows a schematic representation of the multi-joint crank drive 9 where the end stop 32 or the end stop element 33 are arranged in a second position, in which it outside the sphere of influence of the counter-stop element 36 is present. The limit stops are limited accordingly 32 the adjustment angle range no longer or at best on a second larger angular range. Rather, serves in the second position of the end stop 37 for limiting the adjusting angle range to the second angular range.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturCited patent literature

  • DE 102012020999 A1 [0002]DE 102012020999 A1 [0002]

Claims (5)

Mehrgelenkskurbeltrieb (9) für eine Brennkraftmaschine (1), mit wenigstens einem auf einem Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelglied (10) und wenigstens einer drehbar auf einem Hubzapfen (15) einer Anlenkwelle (7) gelagerten Anlenkpleuelstange (14), wobei das Koppelglied (10) schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und der Anlenkpleuelstange (14) verbunden ist, und wobei die Anlenkwelle (7) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Stellantriebs um eine Drehachse (8) innerhalb eines Stellwinkelbereichs drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellwinkelbereich von einem temperaturabhängigen Endanschlag (32) begrenzbar ist.Multi-link crank drive (9) for an internal combustion engine (1), with at least one coupling element (10) mounted on a crankpin (6) of a crankshaft (2) and at least one articulated connecting rod (14) rotatably mounted on a crankpin (15) of a linkage shaft (7) wherein the coupling member (10) is pivotally connected to a piston connecting rod (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and the Anlenkpleuelstange (14), and wherein the articulation shaft (7) for adjusting the compression ratio of the internal combustion engine (1) by means of an actuator about a rotational axis (8) within a Stellwinkelbereichs is rotatable, characterized in that the adjusting angle range of a temperature-dependent end stop (32) can be limited. Mehrgelenkskurbeltrieb nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (32) 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.Multi-link crank drive to Claim 1 , characterized in that the end stop (32) for limiting the adjusting angle range to a first angular range when falling below a temperature threshold is formed by a temperature and limiting to a second angular range when exceeding the temperature threshold. Mehrgelenkskurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Endanschlag (32) ein Anschlagselement (33) aufweist, das in Abhängigkeit von der Temperatur innerhalb oder außerhalb des Einflussbereichs eines mit der Anlenkwelle (7) verbundenen Gegenanschlagselements (36) angeordnet ist.Multi-link crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the end stop (32) has a stop element (33) which is arranged as a function of the temperature within or outside the influence of a counter-stop element (36) connected to the link shaft (7). Mehrgelenkskurbeltrieb nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagselement (33) mit einem Temperaturausdehnungselement (34) verbunden ist, insbesondere über eine Hebelanordnung (35).Multi-link crank drive according to one of the preceding claims, characterized in that the stop element (33) is connected to a temperature expansion element (34), in particular via a lever arrangement (35). Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs (9) für eine Brennkraftmaschine (1), insbesondere eines Mehrgelenkskurbeltriebs (9) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mehrgelenkskurbeltrieb (9) wenigstens ein auf einem Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagertes Koppelglied (10) und wenigstens eine drehbar auf einen Hubzapfen (6) einer Anlenkwelle (7) gelagerte Anlenkpleuelstange (14) aufweist, wobei das Koppelglied (10) schwenkbar mit einer Kolbenpleuelstange (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und der Anlenkpleuelstange (14) verbunden ist, und wobei die Anlenkwelle (7) zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine (1) mittels eines Stellantriebs um eine Drehachse (8) innerhalb eines Stellwinkelbereichs drehbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Stellwinkelbereich von einem temperaturabhängigen Endanschlag (32) begrenzt werden kann.Method for operating a multi-link crank drive (9) for an internal combustion engine (1), in particular a multi-link crank drive (9) according to one or more of the preceding claims, wherein the multi-link crank drive (9) has at least one coupling member mounted on a crank pin (6) of a crankshaft (2) (10) and at least one rotatably mounted on a crank pin (6) of a link shaft (7) Anlenkpleuelstange (14), wherein the coupling member (10) pivotally connected to a piston connecting rod (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and the Anlenkpleuelstange (14) is connected, and wherein the articulation shaft (7) for adjusting the compression ratio of the internal combustion engine (1) by means of an actuator about an axis of rotation (8) is rotatable within a Stellwinkelbereichs, characterized in that the adjusting angle range of a temperature-dependent end stop (32 ) can be limited.
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