DE10309652A1

DE10309652A1 - Internal combustion engine for e.g. motor vehicle, has locking device used to securely latch to eccentric cam to prevent eccentric cam from rotating if desired

Info

Publication number: DE10309652A1
Application number: DE2003109652
Authority: DE
Inventors: Ulrich Dr.-Ing. Bertsch; Helmut Dipl.-Ing.(FH) Scheffel
Original assignee: DaimlerChrysler AG
Current assignee: Mercedes Benz Group AG
Priority date: 2003-03-06
Filing date: 2003-03-06
Publication date: 2004-09-23
Anticipated expiration: 2023-03-07
Also published as: DE10309652B4

Abstract

The engine has a piston rod (7) connected to the lifting pin (4) of a crankshaft (1). An eccentric cam (6) is rotatably arranged between the lifting pin and the piston rod for lifting a piston (12). A locking device (9) is used to securely latch to the eccentric cam to prevent the eccentric cam from rotating if desired. An independent claim is also included for the operation of the internal combustion engine.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1 und ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 10.The invention relates to a reciprocating engine with the features of the preamble of claim 1 and a method for operating a reciprocating engine with the features of the preamble of Claim 10.

Aus der Offenlegungsschrift DE 43 16 719 A1 ist eine Hubkolbenmaschine, insbesondere Brennkraftmaschine bekannt, bei der ein Hubkolben mittels eines Pleuels mit dem Hubzapfen einer Kurbelwelle in beweglicher Verbindung steht und bei der ein zwischen Hubzapfen und großem Pleuelauge drehbar angeordneter Exzenter durch eine Hubveränderung ein änderbares Verdichtungsverhältnis ermöglicht. Der Exzenter wird mittels der Triebwerkskräfte bzw. eines sogenannten Kulissenschiebers in Extremstellungen bewegt, die eine Hubveränderung bewirken. Der Exzenter wird in seinen Extremstellungen mit der Kurbelwange durch einen Sperrbolzen drehfest verbunden. Während des verstellvorganges befindet sich der Exzenter in einem labilen Gleichgewichtszustand, der von den drehzahlabhängigen Triebwerkskräften und aktuellen Reibbedingungen zwischen Exzenter und Hubzapfen bzw. Pleuelauge abhängt.From the publication DE 43 16 719 A1 is a reciprocating engine, in particular internal combustion engine is known in which a reciprocating piston by means of a connecting rod with the crank pin of a crankshaft is in a movable connection and in which a between crank pin and large connecting rod rotatably arranged eccentric by a Hubveränderung allows a variable compression ratio. The eccentric is moved by means of the engine forces or a so-called sliding link in extreme positions that cause a Hubveränderung. The eccentric is rotatably connected in its extreme positions with the crank arm by a locking pin. During the adjustment process, the eccentric is in a labile state of equilibrium, which depends on the speed-dependent engine forces and current friction conditions between eccentric and crank pin or connecting rod eye.

Aufgabe der Erfindung ist es demgegenüber eine Hubverstellung einer Hubkolbenmaschine mittels eines Exzenters auf dem Hubzapfen einer Kurbelwelle bereitzustellen, die einfach und betriebssicher bei beliebigen Drehzahlen und Reibbedingungen im Triebwerk funktioniert.The object of the invention is in contrast a Stroke adjustment of a reciprocating engine by means of an eccentric to provide the crankpin of a crankshaft, the simple and reliable at any speed and friction conditions in the Engine works.

Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruches 1 und ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruches 10 gelöst.This task is performed by a reciprocating engine with the features of claim 1 and a method with the features of claim 10 solved.

Die erfindungsgemäße Hubkolbenmaschine zeichnet sich durch einen Exzenter aus, der auf einem Hubzapfen der Kurbelwelle angeordnet und vom großen Pleuelauge umschlossen ist. Dieser Exzenter ist mittels eines Vorrichtung, die an dem Exzenter angeordnet ist, drehfest mit der Kurbelwelle verriegelbar. Im Falle der Verriegelung greift das Verriegelelement in eine Wange der Kurbelwelle ein und verbindet den Exzenter, an dem das Verriegelelement angeordnet ist, mit der Kurbelwelle. Im Falle der Entriegelung lässt sich der Exzenter auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehen. Durch Drehen des Exzenters auf dem Hubzapfen lässt sich der Hub des Kolbens verändern, der über das Pleuel mit dem Exzenter verbunden ist. Auf diese Weise lässt sich eine Hubkolbenmaschine mit variabler Verdichtung verwirklichen. Eine variable Verdichtung ist insbesondere bei Brennkraftmaschinen mit stark unterschiedlichen Betriebspunkten von Vorteil, weil zum Beispiel bei Teillast und niedrigen Drehzahlen eine hohe Verdichtung von Vorteil ist, jedoch bei Volllast diese hohe Verdichtung von Nachteil ist und die Brennkraftmaschine entsprechend von Anfang an mit einer niedrigeren Verdichtung ausgelegt wird. Bei einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung kann die Verdichtung entweder bei Teillast vergrößert, bei Volllast verringert werden, oder aber bei jedem beliebigen Betriebspunkt kann eine beliebig wählbare Verdichtung eingestellt werden. Eine variable Verdichtung bei einer Brennkraftmaschine ist mit einem Exzenter auf dem Hubzapfen der Kurbelwelle einfach darzustellen. Um ein unbeabsichtigtes Verstellen bzw. Verdrehen des Exzenters zu verhindern, ist im Exzenter ein Verriegelelement angeordnet. Das Verriegelelement ist beispielsweise ein Stift, eine Kugel oder ein Kolben, die vom Exzenter aus in die Kurbelwange oder den Hubzapfen verschoben werden können. Das Verriegelelement kann direkt auf dem Exzenter angeordnet sein und radial in Richtung Hubzapfenmitte in den Hubzapfen eingreifen oder es ist seitlich angebracht und greift in axialer Richtung in die Kurbelwange ein. Mittels dieses Verriegelelements kann der Exzenter auf einfache Weise drehfest mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle verbunden werden und eine unbeabsichtigte Veränderung der Stellung des Exzenters und damit der Verdichtung wird verhindert. Durch Lösen des Verriegelelements wird die Drehung des Exzenters freigegeben und eine Hubverstellung und damit eine veränderte Verdichtung ermöglicht. Während des Verstellvorganges wird der Exzenter drehfest mit dem Pleuel verbunden und führt damit eine Drehung um den Hubzapfen aus. D.h. nach einer Umdrehung der Kurbelwelle hat sich der mit dem Pleuel drehfest verbundene Exzenter einmal um den Hubzapfen gedreht. Um ein Feststellen des Exzenters auf der Kurbelwelle zu bewirken, um damit eine beliebige Einstellung des Kolbenhubes zu erreichen, wird das Verriegelelement am Exzenter mit der Kurbelwelle verbunden und die drehfeste Verbindung des Exzenters zum Pleuel wird gelöst. Dies ist bei jedem beliebigen, durch die konstruktive Lage der Verriegelelemente auf dem Exzenter und im Pleuel und an der Kurbelwange festgelegten Winkel möglich.The reciprocating engine according to the invention records characterized by an eccentric on a crankpin of the crankshaft arranged and of the big one Constricted eye is enclosed. This eccentric is by means of a device which is arranged on the eccentric rotatably locked to the crankshaft. In the case of locking the locking element engages in a cheek the crankshaft and connects the eccentric to which the locking element is arranged with the crankshaft. In case of unlocking can be Turn the eccentric on the crankshaft crankpin. Go berserk of the eccentric on the crank pin can be the stroke of the piston change, the over the connecting rod is connected to the eccentric. That way you can realize a reciprocating engine with variable compression. A variable compression is especially in internal combustion engines with very different operating points of advantage because of Example at part load and low speeds a high compression is advantageous, but at full load this high compression of Disadvantage is and the internal combustion engine accordingly from the beginning is designed with a lower compression. In an internal combustion engine With variable compression, the compression can either at partial load enlarged, at Be reduced to full load, or at any operating point can be arbitrarily selected Compression can be set. A variable compression in one Internal combustion engine is equipped with an eccentric on the crankpin Easy to show crankshaft. In order to prevent unintentional adjustment or To prevent twisting of the eccentric is a locking element in the eccentric arranged. The locking element is for example a pin, a Ball or a piston, from the eccentric in the crank cheek or the crank pin can be moved. The locking element can be arranged directly on the eccentric and radially in the direction Hubzapfenmitte engage in the crank pin or it is laterally attached and engages in the axial direction in the crank arm. By means of this locking element, the eccentric to simple Rotary manner connected to the crank pin or the crankshaft and an unintentional change in the position of the eccentric and thus the compression is prevented. By loosening the Locking element, the rotation of the eccentric is released and a stroke adjustment and thus a modified compression allows. While the adjustment of the eccentric is rotatably connected to the connecting rod and leads thus turning around the crankpin. That after a revolution the crankshaft has the non-rotatably connected to the connecting rod Eccentric once turned around the crank pin. To a determination of the Exzenters on the crankshaft to effect any Setting the piston stroke is achieved, the locking element connected to the eccentric with the crankshaft and the non-rotatable connection the eccentric to the connecting rod is released. This is at any, through the constructive position of the locking elements on the eccentric and possible in the connecting rod and on the crank web.

In einer Ausgestaltung der Erfindung ist der Exzenter mittels eines hydraulisch ansteuerbaren Verriegelelements mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle drehfest verbindbar. Dies geschieht wahlweise in einer Stellung für großen oder einer Stellung für kleinen Hub, um damit eine hohe oder niedrige Verdichtung der Brennkraftmaschine zu erreichen. Bei einer Verstellung, die nur zwischen einem maximalen und einem minimalen Wert gewählt werden kann, ist eine einfache Ansteuerung ausreichend, die sowohl in der Herstellung als auch im Betrieb wenig Aufwand erfordert. Dies wird durch ein hydraulisch angesteuertes Verriegelelement erreicht, das Exzenter angeordnet ist. Dieses Verriegelelement wird durch eine hydraulische Flüssigkeit mit einem von zwei dem Umfang des Exzenters gegenüberliegenden Gegenstücken verriegelt und verbindet auf diese Weise den Exzenter mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle. Zum Umschal ten von großem auf kleinen Hub des Kurbeltriebes bzw. umgekehrt wird das Verriegelelement vom hydraulischen Druck entlastet und wird zum Beispiel durch Federkraft oder eine zweite hydraulische Flüssigkeit aus den Gegenstücken in der Kurbelwelle herausbewegt und gibt damit den Exzenter zur Drehung auf dem Hubzapfen frei. Der Exzenter ist während des Verstellvorganges mit dem Pleuel drehfest verbunden. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle ist der Exzenter von seiner maximalen Stellung auf seine minimale Stellung bzw. genau umgekehrt gedreht worauf das Verriegelelement im Hubzapfen den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen verriegelt und gleichzeitig die Verriegelung des Exzenters mit dem Pleuel gelöst wird. Auf diese Weise ist die Verstellung des Hubes sicher und unabhängig von der Drehzahl der Brennkraftmaschine innerhalb einer halben Kurbelwellenumdrehung erreichbar.In one embodiment of the invention, the eccentric by means of a hydraulically controllable locking element with the crank pin of the crankshaft rotatably connected. This is done either in a position for large or a position for small stroke, so as to achieve a high or low compression of the internal combustion engine. In an adjustment that can only be selected between a maximum and a minimum value, a simple control is sufficient, which requires little effort both in production and in operation. This is achieved by a hydraulically actuated locking element, the eccentric is arranged. This locking element is replaced by a hydraulic fluid with one of two opposite the circumference of the eccentric counterparts locked and connects in this way the eccentric with the crankpin and the crankshaft. For switching over from large to small stroke of the crank mechanism or vice versa, the locking element is relieved of hydraulic pressure and is moved out, for example by spring force or a second hydraulic fluid from the counterparts in the crankshaft and thus releases the eccentric for rotation on the crank pin. The eccentric is rotatably connected during the adjustment process with the connecting rod. After half a revolution of the crankshaft, the eccentric is rotated from its maximum position to its minimum position or exactly vice versa, whereupon the locking element in the crank pin rotatably locks the eccentric with the crank pin and at the same time the locking of the eccentric with the connecting rod is released. In this way, the adjustment of the stroke is safe and independent of the speed of the internal combustion engine within half a crankshaft revolution reachable.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung besteht die Vorrichtung zur drehfesten Verriegelung aus einem hydraulisch ansteuerbaren Kolben, der innerhalb des Exzenters gelagert und an einer Wange am Hubzapfen der Kurbelwelle in eine Vertiefung einrastbar ist. Eine einfache Ausführungsart des Verriegelelements besteht aus einem Kolben, der im Exzenter gelagert ist, bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck sich verschiebt und in eine Bohrung, bzw. Vertiefung in einer Wange der Kurbelwelle einrückt bzw. einfährt oder aber bei Beaufschlagung mit hydraulischem Druck aus der Vertiefung ausrückt bzw. ausfährt. Der Kolben kann in radialer Richtung oder in axialer Richtung – jeweils bezogen auf den Hubzapfen – beweglich angeordnet sein und entsprechend vom Exzenter aus in den Hubzapfen oder seitlich in die Wange der Kurbelwelle einrücken und damit den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen bzw. der Kurbelwelle verbinden.In a further embodiment of the Invention consists of the device for non-rotatable locking a hydraulically controllable piston inside the eccentric stored and on a cheek on the crankpin of the crankshaft in a recess is latched. A simple embodiment of the locking element consists of a piston, which is mounted in the eccentric, upon application with hydraulic pressure shifts and into a hole, or Depression in a cheek of the crankshaft engages or retracts or but disengages from the depression upon application of hydraulic pressure or extending. The piston can be in the radial direction or in the axial direction - respectively relative to the crankpin - movable be arranged and according to the eccentric in the crankpin or Engage laterally in the cheek of the crankshaft and thus the eccentric rotatably connect with the crankpin or the crankshaft.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung verbindet der hydraulisch ansteuerbare Kolben den Exzenter drehfest mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle wahlweise in einer Stellung für großen Hub oder einer Stellung für kleinen Hub. In einer einfachen Ausführung der Hubverstellung bzw. Verstellung der Verdichtung kann zwischen zwei Extrema umgeschalten werden, nämlich zwischen einer Stellung für großen Hub, entsprechend einer hohen Verdichtung, und einer Stellung für kleinen Hub, was einer niedrigen Verdichtung bei sonst gleichen Maschinenparametern entspricht. Auf diese Weise kann mit einer einfachen Steuerung – es muss nur zwischen zwei Werten umgeschalten werden – und einem einfachen Aufbau innerhalb der Kurbelwelle ein Großteil der Anforderungen an eine variable Verdichtung erfüllt werden.In a further embodiment of the Invention, the hydraulically controllable piston connects the eccentric rotatably with the crankpin of the crankshaft optionally in one position for big hub or a position for small stroke. In a simple version of the stroke adjustment or Adjustment of compression can be switched between two extremes be, namely between a position for great Hub, corresponding to a high compression, and a position for small Hub, which means low compaction with otherwise identical machine parameters equivalent. This way, with a simple control - it has to only switch between two values - and a simple structure within the crankshaft much of the requirements fulfilled a variable compression become.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung liegt bei zu niedrigem oder fehlendem Druck zur Ansteuerung der hydraulisch ansteuerbare Kolben mittels einer Feder in einer verriegelnden Endstellung an. Beim Start der Maschine, wenn noch kein hydraulischer Druck aufgebaut ist, oder bei einer Unterbrechung oder Schwankung der Druckversorgung ist es erforderlich, dass der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist und ein gleichmäßiger Betrieb gewährleistet ist. Deshalb ist es von Vorteil, wenn der Exzenter unabhängig vom Zustand der hydraulischen Versorgung durch ein Verbindungselement und eine Feder, die den Kolben in den Hubzapfen, bzw. in die Wange einrastet, mechanisch fest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Da der Verstellvorgang im Verhältnis zur gesamten Betriebszeit nur einen kurzen Zeitraum beansprucht, ist es vom Energieverbrauch und der Betriebssicherheit her betrachtet von Vorteil nur während des Verstellvorganges den Kolben mit hydraulischem Druck zu beaufschlagen und während des wesentlich größeren restlichen Zeitanteils den Kolben durch eine Feder in einer verriegelnden Endstellung zu halten.In a further embodiment of the Invention is too low or lack of pressure to control the hydraulically controllable piston by means of a spring in one locking end position on. At the start of the machine, if still no hydraulic pressure is built up, or in case of interruption or fluctuation of the pressure supply, it is necessary that the Eccentric rotatably connected to the crankshaft and ensures a smooth operation is. Therefore, it is advantageous if the eccentric regardless of State of hydraulic supply through a connecting element and a spring, which engages the piston in the crank pin, or in the cheek, mechanically firmly connected to the crankshaft. As the adjustment process in relation to claimed only a short period of time for the entire operating time, It is considered in terms of energy consumption and operational safety beneficial only during the adjusting process to pressurize the piston with hydraulic pressure and while the much larger remaining Zeitanteils the piston by a spring in a locking end position to keep.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung weist der Exzenter zwischen dem großen Pleuelauge und einer Wange eines Hubzapfens einen seitlichen Flansch zur Aufnahme des ansteuerbaren Kolbens auf. Bei einer Ausführung mit einem seitlichen Flansch am Exzenter zur Aufnahme zur Aufnahme des ansteuerbaren Kolbens kann der Exzenter um den Hubzapfen in seinem Durchmesser sehr klein gewählt werden, so dass das den Exzenter umgreifende große Pleuelauge nicht übermäßig groß in seinem Durchmesser ausgeführt werden muss. Dies ist von Vorteil, da dadurch der Bauraum der Hubkolbenmaschine und die durchmesserabhängige Reibung in der Gleitlagerung des großen Pleuelauges sich nicht vergrößern. Bei einer seitlichen Anordnung des Verstellelements ist dieses weiterhin nicht durch Gas- und Massenkräfte aus dem Kurbeltrieb belastet und somit leichter und einfacher zu gestalten, da bei einer Anordnung im eigentlichen Exzenter die Gas- und Massenkräfte den Exzenter mit den darin enthaltenen Bauelementen wie Kolben und Feder stark belasten und verformen.In a further embodiment of the Invention, the eccentric between the large eye and a cheek a Hubzapfens a side flange for receiving the controllable On the piston. In one execution with a lateral flange on the eccentric for receiving the controllable piston, the eccentric about the crank pin in its diameter chosen very small be, so that the eccentric embracing large connecting rod eye is not excessive in his Diameter executed must become. This is advantageous, since thereby the space of the reciprocating engine and the diameter-dependent Friction in the plain bearing of the large connecting rod eye is not enlarge. at a lateral arrangement of the adjusting element this is still not by gas and ground forces loaded from the crank mechanism and thus easier and easier to design, since in an arrangement in the actual eccentric, the gas and ground forces the eccentric with the components contained therein such as pistons and Heavy load and deform the spring.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die hydraulische Flüssigkeit dm Schmieröl der Hubkolbenmaschine entnommen. Auf diese Weise ist eine einfache und kostengünstige Versorgung mit hydraulischer Flüssigkeit möglich und etwaige Leckagen der Flüssigkeit im Verstellsystem werden einfach dem ohnehin im Triebwerksraum enthaltenen Schmieröl zugeführt.In a further embodiment of the Invention is the hydraulic fluid dm lubricating oil of the reciprocating engine taken. This way is a simple and inexpensive supply with hydraulic fluid possible and any leaks in the liquid in the adjustment system are simply supplied to the lubricating oil contained anyway in the engine room.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist die Vorrichtung zur Verriegelung vom Hubzapfen der Kurbelwelle mit Schmieröl steuerbar. In der Kurbelwelle ist meist eine Schmierölversorgung der Hubzapfen über Ölkanäle von den Grundlagern aus vorgesehen. Diese Ölversorgung dient erfindungsgemäß zur Ölversorgung der Vorrichtung zur Verriegelung des Exzenters mit dem Hubzapfen. Eine Steuerung erfolgt zum Beispiel über einen kurzzeitig erhöhten Öldruck in der Versorgungsleitung.In a further embodiment of the invention, the device for locking the crank pin of the crankshaft with lubricating oil is controllable. In the crankshaft usually a lubricating oil supply of the crank pin is provided via oil passages from the base camps. This oil supply is used according to the invention for oil supply to the device for locking the eccentric with the crank pin. A Steue tion takes place, for example, over a short-term increased oil pressure in the supply line.

In einer weiteren Ausführung der Erfindung ist während des Verstellvorganges bei entriegeltem Kolben der Exzenter mittels eines federbelasteten Verriegelelementes drehfest mit dem Pleuel verbunden. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Exzenter während des Verstellvorganges bei entriegeltem Verriegelelement mittels einer federbelasteten Kugel drehfest mit dem Pleuel verbunden. Während des Ver stellvorganges ist das Verriegelelement zwischen Hubzapfen und Exzenter gelöst, so dass sich der Exzenter auf dem Hubzapfen drehen kann. Um jedoch ein schnelles und eindeutiges Drehen des Exzenters zu erreichen, ist eine drehfeste Verbindung des Exzenters mit dem Pleuel für den Zeitraum bzw. Winkelbereich einer halben Umdrehung der Kurbelwelle vonnöten. Dies ist mittels einer Kugel, die vom Exzenter aus in eine Ausnehmung im Pleuel fällt und dabei das Pleuel mit dem Exzenter drehfest verbindet, einfach zu gewährleisten. Die Kugel wird dabei von einer Feder in die Ausnehmung im Pleuel gedrückt. Die Feder ist eine Stahlfeder (z.B. Spiralfeder), kann aber auch eine hydraulische oder pneumatische Feder sein. D.h. zum Beispiel mittels des Öldrucks in der Schmierölversorgung aus der Kurbelwelle wird die Feder vom Pleuel aus in die Ausnehmung im Exzenter gedrückt. Wenn die Verriegelung zwischen dem Hubzapfen und dem Exzenter geschlossen ist, d.h. nach Beenden des Verstellvorganges, wird die federbelastete Kugel überdrückt und aus der Ausnehmung herausbewegt. Es ist ebenfalls möglich den Kolben, der den Exzenter mit dem Hubzapfen verbindet, auf seiner Rückseite so zu gestalten, dass er in seiner entriegelten Stellung mit einem Stift, Zapfen oder einem kugelförmigen Endstück in das Pleuel eingreift und dieses mit dem Exzenter solange drehfest verbindet, wie die hydraulische Steuerdruck am Kolben anliegt, d.h. im kürzest möglichen Fall die Dauer einer halben Umdrehung der Kurbelwelle.In a further embodiment of the Invention is during the adjusting process with unlocked piston of the eccentric means a spring-loaded locking element rotatably with the connecting rod connected. In a further embodiment of the invention is the Eccentric during the adjustment process with unlocked locking element means a spring-loaded ball rotatably connected to the connecting rod. During the Ver setting process is the locking element between crank pin and Eccentric solved, so that the eccentric can turn on the crank pin. However to achieve a quick and clear turning of the eccentric, is a non-rotatable connection of the eccentric with the connecting rod for the period or angle range of half a revolution of the crankshaft needed. This is by means of a ball, from the eccentric in a recess falling in the connecting rod while connecting the connecting rod with the eccentric rotation, simple to ensure. The ball is thereby by a spring in the recess in the connecting rod pressed. The spring is a steel spring (e.g., coil spring), but it can be be a hydraulic or pneumatic spring. That for example by means of the oil pressure in the lubricating oil supply From the crankshaft, the spring from the connecting rod in the recess pressed in the eccentric. When the lock between the crank pin and the eccentric is closed is, i. after completion of the adjustment process, the spring-loaded Ball over and over moved out of the recess. It is also possible the Piston, which connects the eccentric with the crankpin, on his back so that he in his unlocked position with a Pen, cones or a spherical one tail engages in the connecting rod and this with the eccentric long rotation connects how the hydraulic control pressure is applied to the piston, i. in the shortest possible Case the duration of half a revolution of the crankshaft.

Das erfindungsgemäße Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass zur Hubverstellung ein Kolben im Exzenter hydraulisch in eine Entriegelungsstellung bewegt wird, der Exzenter aufgrund der Verriegelung mit einem federbelasteten Verriegelelement sich mit dem Pleuel mitdreht und nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle der Kolben im Exzenter hydraulisch in Verriegelungsstellung bewegt wird. Nach einem vorgegebenen Drehwinkel der Kurbelwelle wird das Verriegelelement im Hubzapfen der Kurbelwelle hydraulisch in Verriegelungsstellung bewegt. Das Verfahren zur Hubverstel lung einer Hubkolbenmaschine mittels eines Exzenters, der auf einem Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und drehfest mit der Kurbelwelle oder dem auf dem Exzenter gelagerten Pleuel verbunden ist, lässt sich in folgende Einzelschritte gliedern:

– in einer ersten Stellung der Kurbelwelle und des mit der Kurbelwelle drehfest verbundenen Exzenters wird der Exzenter mittels einer federbelasteten Kugel drehfest mit dem Pleuel verbunden und gleichzeitig wird das Verriegelelement, das den Exzenter mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verbindet, hydraulisch in eine Entriegelstellung bewegt,
– die Kurbelwelle dreht sich weiter
– der Exzenter ist drehfest mit dem Pleuel verbunden und dreht sich auf der Kurbelwelle
– in einer zweiten Stellung der Kurbelwelle, die einem vorgegebenen Drehwinkel entspricht, wird das Verriegelelement, das den Exzenter mit dem Hubzapfen der Kurbelwelle verbindet in den Hubzapfen bewegt und damit der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden und
– die federbelastete Kugel wird beim Weiterdrehen der Kurbelwelle überdrückt, wodurch die feste Verbindung zwischen dem Exzenter und dem Pleuel gelöst wird.

The inventive method for operating a reciprocating engine is characterized in that the stroke adjustment a piston in the eccentric is hydraulically moved to an unlocked position, the eccentric due to the lock with a spring-loaded locking element rotates with the connecting rod and after half a revolution of the crankshaft of the piston in the Eccentric is moved hydraulically in locking position. After a predetermined angle of rotation of the crankshaft, the locking element is moved hydraulically in the crankpin crankpin in the locked position. The method for Hubverstel development of a reciprocating engine by means of an eccentric, which is mounted on a crankpin of a crankshaft and rotatably connected to the crankshaft or the bearing on the eccentric connecting rod, can be divided into the following steps:

- In a first position of the crankshaft and the crankshaft rotatably connected to the eccentric cam of the eccentric means of a spring-loaded ball is rotatably connected to the connecting rod and at the same time the locking element which connects the eccentric with the crank pin of the crankshaft, moves hydraulically in an unlocking position,
- the crankshaft continues to rotate
- The eccentric is rotatably connected to the connecting rod and rotates on the crankshaft
- In a second position of the crankshaft, which corresponds to a predetermined angle of rotation, the locking element which connects the eccentric with the crank pin of the crankshaft moves into the crank pin and thus the eccentric rotatably connected to the crankshaft and
- The spring-loaded ball is suppressed during further rotation of the crankshaft, whereby the firm connection between the eccentric and the connecting rod is released.

Die vorgegebenen Drehwinkelstellungen, in denen der Exzenter gehalten wird, entsprechen zum Beispiel einer Stellung mit maximalem Hub und einer um 180° gedrehten Stellung mit minimalem Hub.The given angular positions, in which the eccentric is held, for example, correspond to one Position with maximum stroke and a position rotated by 180 ° with minimum Hub.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Feder des federbelasteten Verriegelelementes in verriegeltem Zustand des Kolbens entlastet. Dies ist zum Beispiel dadurch möglich, dass sich die Feder am Kolben abstützt und dadurch nur dann eine Kraft auf die Kugel ausüben kann, wenn der Kolben sich in einer Entriegelstellung befindet. Wenn der Kolben sich in der verriegelten Stellung befindet, ist er verschoben und die Feder entlastet. Auf diese Weise tritt zwischen der Kugel und dem Pleuel kein hoher Verschleiß auf.In a further embodiment of the Invention is the spring of the spring-loaded locking element Relieved in the locked state of the piston. This is for example thereby possible that the spring is supported on the piston and thereby only one Exercise power on the ball can when the piston is in an unlocked position. If the piston is in the locked position, it is shifted and the spring relieved. In this way occurs between the ball and the connecting rod no high wear on.

Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie der Zeichnung. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.Further features and feature combinations arise from the description and the drawing. concrete embodiments The invention are shown in simplified form in the drawing and explained in more detail in the following description.

Dabei zeigt die einzige Figur eine Prinzipskizze einer Hubverstellung einer Hubkolbenmaschine mittels eines verriegelbaren Exzenters.The only figure shows one Schematic diagram of a stroke adjustment of a reciprocating engine by means a lockable eccentric.

In der Figur ist eine Kurbelwelle 1 gezeigt, bestehend aus Grundlager 2, Kurbelwangen 3 und Hubzapfen 4. Auf dem Hubzapfen 4 ist über eine Lagerschale 5 eine drehbarer Exzenter 6 gelagert, der seinerseits von einem Pleuel 7 umfasst ist. In einem Flansch 8, der seitlich am Exzenter 6 angeordnet ist, ist die Vorrichtung 9 zum Verriegeln des Exzenters untergebracht. Durch Drehen des Exzenters 6 auf dem Hubzapfen 4 verändert sich der Hub des Kurbeltriebes, der aus der Kurbelwelle 1, dem Exzenter und dem Pleuel 7 besteht. In der gezeigten Stellung ist der Exzenter 6 für einen großen Hub eingestellt, bei einer Drehung um 180° um die Längsachse 10 des Hubzapfens 4 stünde der Exzenter in einer Stellung für kleinen Hub. Ein Verdrehen des Exzenters 6 um 180° entspricht einer maximal möglichen Hubverstellung. Bei einer Verdrehung um einen anderen Winkel als 180° wird der Hub entsprechend weniger verstellt. Auf diese Weise können somit auch Zwischenwerte eingestellt werden, was jedoch ein aufwändigeres Verfahren zum Verdrehen erfordert, als ein Verdrehen um 180°. Durch Verdrehen des Exzenters 6 ist somit eine Hubverstellung und damit eine Veränderung der Verdichtung der Hubkolbenmaschine möglich, wie es zum Beispiel bei Brennkraftmaschinen bei verschiedenen Betriebsbereichen von Vorteil ist. Dazu ist jedoch ein gezieltes Verstellen und Festhalten in einer gewünschten Lage notwendig.In the figure is a crankshaft 1 shown, consisting of basic stock 2 , Crank webs 3 and crankpin 4 , On the crankpin 4 is over a bearing shell 5 a rotatable eccentric 6 stored, in turn, from a connecting rod 7 is included. In a flange 8th , the side of the eccentric 6 is arranged, is the device 9 accommodated for locking the eccentric. By turning the eccentric 6 on the crankpin 4 changes the stroke of the crank mechanism, consisting of the crankshaft 1, the eccentric and the connecting rod 7 consists. In the position shown is the eccentric 6 set for a big stroke, at a rotation through 180 ° about the longitudinal axis 10 of the journal 4 the eccentric would be in a position for small stroke. A twisting of the eccentric 6 180 ° corresponds to a maximum possible stroke adjustment. When rotated by an angle other than 180 °, the stroke is correspondingly less adjusted. In this way, intermediate values can thus also be set, which, however, requires a more complicated method of twisting than twisting by 180 °. By turning the eccentric 6 is thus a stroke adjustment and thus a change in the compression of the reciprocating engine possible, as is for example in internal combustion engines at different operating ranges of advantage. For this purpose, however, a targeted adjustment and retention in a desired position is necessary.

Der Exzenter 6 wird durch die Vorrichtung 9 in seinen Stellungen für großen bzw. kleinen Hub bzw. Verdichtung dadurch gehalten, dass er drehfest mit der Wange 3 der Kurbelwelle 1 verbunden ist. Während des Verstellvorganges von großem zu kleinem Hub bzw. umgekehrt wird der Exzenter durch die Vorrichtung 9 drehfest mit dem Pleuel verbunden, wodurch er sich durch die Rotation der Kurbelwelle 1 um den Hubzapfen 4 dreht. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 hat sich der Exzenter 6 somit um eine halbe Umdrehung um den Hubzapfen gedreht, was einer Verstellung von großem zu kleinem Hub bzw. umgekehrt entspricht. Auf diese Weise genügt eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 1 um den Hub des Kurbeltriebes zu verstellen. D.h. der Exzenter 6 muss nur eine halbe Umdrehung der Kurbelwelle 1 mit dem Pleuel 7 verbunden sein um den Hub zu verstellen, die übrige Zeit mit einem fest eingestellten Hub ist der Exzenter drehfest mit der Kurbelwelle verbunden.The eccentric 6 is through the device 9 held in its positions for large or small stroke or compression characterized in that it rotatably with the cheek 3 the crankshaft 1 connected is. During the adjustment of large to small stroke or vice versa of the eccentric device 9 rotatably connected to the connecting rod, causing it by the rotation of the crankshaft 1 around the crankpin 4 rotates. After half a revolution of the crankshaft 1 has the eccentric 6 thus rotated by half a turn around the crank pin, which corresponds to an adjustment of large to small stroke or vice versa. In this way, half a revolution of the crankshaft is sufficient 1 to adjust the stroke of the crank mechanism. That is, the eccentric 6 only needs half a turn of the crankshaft 1 with the connecting rod 7 be connected to adjust the stroke, the rest of the time with a fixed stroke the eccentric is rotatably connected to the crankshaft.

Die Vorrichtung 9 in einem seitlichen Flansch 8 des Exzenters 6 besteht aus einem Stift 11, der von einem Kolben 12 betätigt und im Exzenter geführt in eine erste Bohrung 13 in der Wange 3 einrasten kann und damit den Exzenter drehfest mit der Wange verbindet. In der Figur ist der Stift 11 in einer zurückgezogenen Lage gezeigt, in der keine drehfeste Verbindung zwischen Exzenter 6 und der Wange 3 besteht, d.h. in einer Lage, die dem kurzen Zeitabschnitt des Hubverstellens während einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 entspricht. Auf der der Wange 3 abgewandten Seite des Kolbens 12 ist eine Feder 14 angeordnet, die auf eine Kugel 15 drückt. Die Kugel 15 gleitet am Pleuel 7 entlang und fällt in eine der Ausnehmungen 16 im Pleuel. Damit ist der Exzenter 6 in der gezeigten Lage drehfest mit dem Pleuel 7 verbunden. Damit sich der Kolben 12 entgegen der Kraft der Feder 14 aus der Bohrung 13 der Wange 3 bewegt, wird er mit Öldruck beaufschlagt. Dieses Öl wird durch die Kurbelwelle 1 in den Hubzapfen 4 geleitet und von dort über eine Zuführbohrung 17 im Exzenter 6 zum Kolben 12 geführt. Auf der dem Pleuel zugewandten Seite des Kolbens 12 fließt das Öl teilweise an der Feder 14 vorbei in den Zwischenraum zwischen Exzenter 6 und dem Pleuel 7, der Rest des verdrängten Öls fließt über eine Rückführbohrung 18 in die Wange 4 und wird von dort dem Schmieröl der Kolbenmaschine zugeführt. Außer der Kugel 15 ist auch eine andere Form eines Verriegelelementes möglich, z.B. ein Stift, Kolben oder Bolzen, der im Exzenter 6 gelagert ist und in das Pleuel 7 eingreift. Es ist z.B. auch eine im radialen Spalt zwischen Pleuel 7 und Exzenter 6 angeordnete Blattfeder mit einem Einrastelement als Halteelement möglich. Zur drehfesten Verbindung von Pleuel 7 und Exzenter 6 ist es unerheblich ob das Halteelement am Exzenter – wie gezeigt – oder am Pleuel gelagert bzw. befestigt ist.The device 9 in a side flange 8th of the eccentric 6 consists of a pen 11 that of a piston 12 operated and guided in the eccentric in a first bore 13 in the cheek 3 can engage and thus rotatably connects the eccentric with the cheek. In the figure is the pen 11 shown in a retracted position in which no rotationally fixed connection between the eccentric 6 and the cheek 3 that is, in a position corresponding to the short period of stroke adjustment during half a revolution of the crankshaft 1 equivalent. On the cheek 3 opposite side of the piston 12 is a spring 14 arranged on a ball 15 suppressed. The ball 15 slides on the connecting rod 7 along and falls into one of the recesses 16 in the connecting rod. This is the eccentric 6 in the position shown rotatably with the connecting rod 7 connected. So that the piston 12 against the force of the spring 14 out of the hole 13 the cheek 3 moved, it is pressurized with oil pressure. This oil gets through the crankshaft 1 in the crankpin 4 directed and from there via a Zuführbohrung 17 in the eccentric 6 to the piston 12 guided. On the connecting rod side of the piston 12 the oil flows partly to the spring 14 passing in the space between eccentric 6 and the connecting rod 7 , the rest of the displaced oil flows via a return bore 18 in the cheek 4 and is supplied from there to the lubricating oil of the reciprocating engine. Save the ball 15 is also another form of locking element possible, for example, a pin, piston or bolt in the eccentric 6 is stored and in the connecting rod 7 intervenes. It is, for example, also in the radial gap between the connecting rod 7 and eccentric 6 arranged leaf spring with a latching element as a holding element possible. For non-rotatable connection of connecting rod 7 and eccentric 6 It is irrelevant whether the retaining element on the eccentric - as shown - or mounted on the connecting rod or fixed.

Ein Verstellen des Hubes des Kurbeltriebes, bestehend aus der Kurbelwelle 1, dem Exzenter 6 und dem Pleuel 7 geschieht in folgenden Verfahrensschritten:
Ausgangslage: Der Exzenter 6 steht z.B. in der Stellung für großen Hub, der Kolben 12 wird durch die Feder 14 in Richtung der Wange 3 gedrückt und der Stift 11 ist in der Bohrung 13 eingeschoben. Aufgrund der Reibung zwischen dem sich um den Exzenter 6 drehenden Pleuel 7 und dem Exzenter und der daraus entstehenden Drehkraft ist der Stift 11 in der Bohrung verklemmt, so dass keine große Haltekraft für den Stift in Richtung der Bewegung des Kolbens 12 notwendig ist. Exzenter 6 und Kurbelwelle 1 sind drehfest verbunden.An adjustment of the stroke of the crank mechanism, consisting of the crankshaft 1 , the eccentric 6 and the connecting rod 7 happens in the following process steps:
Starting position: The eccentric 6 is eg in the position for large stroke, the piston 12 is by the spring 14 in the direction of the cheek 3 pressed and the pen 11 is in the hole 13 inserted. Due to the friction between itself around the eccentric 6 rotating connecting rod 7 and the eccentric and the resulting torque is the pin 11 jammed in the hole, so no great holding force for the pin in the direction of movement of the piston 12 necessary is. eccentric 6 and crankshaft 1 are rotatably connected.

Einleitung der Verstellphase: Mittels Öldrucks, der gesteuert durch die Zuführbohrung 17 auf den Kolben 12 aufgebracht wird, verschiebt sich der Kolben in Richtung Pleuel 7 und der Stift 11 rückt aus der Bohrung 13. Gleichzeitig wird die Feder 14 durch den Kolben 12 vorgespannt und stützt sich mit einer großen Kraft auf der Kugel 15 ab. Der Exzenter 6 ist weder mit der Kurbelwelle 1 noch mit dem Pleuel 7 verbunden.Initiation of the adjustment phase: By means of oil pressure, controlled by the supply bore 17 on the piston 12 is applied, the piston moves in the direction of the connecting rod 7 and the pen 11 moves out of the hole 13 , At the same time the spring 14 through the piston 12 harnessed and supported with a great force on the ball 15 from. The eccentric 6 is not with the crankshaft 1 still with the connecting rod 7 connected.

Verstellphase: Die Kugel 15 fällt in eine Ausnehmung 16 und verbindet den Exzenter 6 mit dem Pleuel 7 drehfest. Durch die Drehung der Kurbelwelle 1 dreht sich der Exzenter 6 und das damit drehfest verbundene Pleuel 7 um den Hubzapfen. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1 hat sich der Exzenter 6 um 180° um den Hubzapfen 4 gedreht. Durch Absenken des Öldruckes in der Zuführleitung 17 nach Beginn der Verstellphase wird der Kolben 12 durch die Feder 14 in Richtung Wange 3 gedrückt. Nach einer halben Umdrehung der Kurbelwelle 1, bewegt sich aufgrund der Federkraft auf den Kolben 12 der Stift 13 in eine zweite Bohrung 19 in der Wange. Die zweite Bohrung 19 sitzt zur Bohrung 13 um die Achse 10 um 180° gedreht gegenüber in der Wange 3. Nach dem Einrasten des Stiftes 13 in der zweiten Bohrung 19 ist der Exzenter 6 in einer Stellung für kleinen Hub drehfest mit der Kurbelwelle verbunden. Aufgrund der geringen Restfederkraft der Feder 14 und der Drehung des Pleuels 7 um den Exzenter wird die Kugel 15 aus der Ausnehmung 16 herausgedrückt. Der Exzenter 6 befindet sich jetzt in einer der Ausgangslage entsprechenden Lage, mit der Ausnahme, dass er um 180° auf dem Hubzapfen 4 gedreht und damit der Hub verstellt ist.Adjusting phase: The ball 15 falls into a recess 16 and connects the eccentric 6 with the connecting rod 7 rotation. By the rotation of the crankshaft 1 the eccentric turns 6 and the connecting rod rotatably connected thereto 7 around the crankpin. After half a revolution of the crankshaft 1 has the eccentric 6 180 ° around the crankpin 4 turned. By lowering the oil pressure in the supply line 17 after the start of the adjustment phase, the piston 12 through the spring 14 in the direction of the cheek 3 pressed. After half a revolution of the crankshaft 1 , moves due to the spring force on the piston 12 the pencil 13 in a second hole 19 in the cheek. The second hole 19 sits to the hole 13 around the axis 10 rotated by 180 ° in the cheek 3 , After locking the pin 13 in the second hole 19 is the eccentric 6 in a position for small stroke rotatably connected to the crankshaft. Due to the low residual spring force of the spring 14 and the rotation of the connecting rod 7 around the eccentric becomes the ball 15 from the recess 16 pushed out. The eccentric 6 is now in a position corresponding to the starting position, with the off assume that it is 180 ° on the crankpin 4 rotated and thus the stroke is adjusted.

Anstelle der Feder 14 ist es ebenfalls möglich den Kolben 12 durch Öldruck, der durch die Rückführbohrung 18 bereitgestellt wird, in Richtung der Wange 3 zu verschieben, jedoch erfordert eine derartige Lösung einen etwas höheren Aufwand in der Fertigung und in der hydraulischen Steuerung.Instead of the spring 14 it is also possible the piston 12 by oil pressure passing through the return bore 18 is provided, in the direction of the cheek 3 to move, however, such a solution requires a slightly higher cost in manufacturing and in the hydraulic control.

Eine Verstellung von niedrigem Hub in eine Stellung des Exzenters 6 für großen Hub erfolgt in gleicher Weise.An adjustment from low lift to a position of the eccentric 6 for big stroke takes place in the same way.

Claims

Reciprocating piston engine, in particular internal combustion engine, having the following features: a piston is connected via a connecting rod and its large connecting rod eye with the crank pin of a crankshaft, between crank pin and large connecting rod an eccentric is rotatably arranged to thereby change a stroke of the piston and the eccentric is rotatably lockable with the crankpin of the crankshaft, characterized in that the device ( 9 ) for non-rotatable locking of the eccentric ( 6 ) is arranged on the eccentric.

Reciprocating piston engine according to claim 1, characterized in that the device ( 9 ) for non-rotatable locking of the eccentric ( 6 ) is hydraulically controllable.

Reciprocating piston engine according to claim 1 or 2, characterized in that the device ( 9 ) for non-rotatable locking of a hydraulically controllable, within the eccentric ( 6 ) mounted piston ( 12 ), which is attached to a cheek ( 3 ) on the crankpin ( 4 ) of the crankshaft ( 1 ) into a depression ( 13 ) is latched.

Reciprocating piston engine according to claim 3, characterized in that the hydraulically controllable piston ( 12 ) the eccentric ( 6 ) with the crankpin ( 4 ) of the crankshaft ( 1 ) rotatably connects either in a position for large stroke or a position for small stroke.

Reciprocating piston engine according to claim 3 or 4, characterized in that at too low or missing pressure for controlling the hydraulically controllable piston ( 12 ) by means of a spring ( 14 ) abuts in a locking end position.

Reciprocating piston engine according to one of claims 3 to 5, characterized in that the eccentric ( 6 ) between the large eye and a cheek ( 3 ) of a crank pin ( 4 ) a side flange ( 8th ) has for receiving the controllable piston ( 12 ).

Reciprocating piston engine according to one of claims 2 to 6, characterized in that the hydraulic fluid the lubricating oil the reciprocating engine is removed.

Reciprocating piston engine according to one of claims 1 to 7, characterized in that the device ( 9 ) for locking the crankpin ( 4 ) of the crankshaft ( 1 ) is controllable with lubricating oil.

Reciprocating piston engine according to one of claims 1 to 8, characterized in that during the adjustment process with unlocked piston ( 12 ) of the eccentric ( 6 ) by means of a spring-loaded locking element against rotation with the connecting rod ( 7 ) connected is.

Method for operating a reciprocating piston engine according to one of claims 2 to 9, wherein by means of a lockable eccentric, which is enclosed by a large connecting rod and arranged on a crankpin of a crankshaft, the stroke of a crank mechanism formed thereby is variable, characterized in that the stroke adjustment a piston ( 12 ) in the eccentric ( 6 ) is hydraulically moved into an unlocking position, the eccentric due to the locking with a spring-loaded locking element with the connecting rod ( 7 ) and after half a revolution of the crankshaft ( 1 ) The piston is moved hydraulically in the eccentric locking position.

Method for operating a reciprocating piston engine according to claim 10, characterized in that the spring ( 14 ) of the spring-loaded locking element in the locked state of the piston ( 12 ) is relieved.