DE19847453C2 - Device for the variable control of pistons of an internal combustion engine - Google Patents

Device for the variable control of pistons of an internal combustion engine

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DE19847453C2 DE1998147453 DE19847453A DE19847453C2 DE 19847453 C2 DE19847453 C2 DE 19847453C2 DE 1998147453 DE1998147453 DE 1998147453 DE 19847453 A DE19847453 A DE 19847453A DE 19847453 C2 DE19847453 C2 DE 19847453C2
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Description

Stand der TechnikState of the art

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Kolben je Zylinder, insbesondere zur Realisierung einer variablen Verdichtung in dem Verbrennungsraum der Zylinder, mit den nachfolgend aufgeführten Bauteilen je Zylinder:
The present invention relates to a device for variable control of pistons of an internal combustion engine with at least one cylinder and one piston per cylinder, in particular for realizing a variable compression in the combustion chamber of the cylinders, with the following components per cylinder:

  • - einer zweiteiligen Pleuelstange, die eine geradlinige Bewegung des Kolbens in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umwandelt, wobei die beiden Teile der Pleuelstange in einem Anlenkpunkt verschwenkbar miteinander verbunden sind,- a two-piece connecting rod, which is a straight line Movement of the piston in a rotational movement of a Converted crankshaft, the two parts of the Connecting rod swiveling in a pivot point are interconnected
  • - einer Anlenkstange, die an ihrem distalen Ende an dem Anlenkpunkt an die Pleuelstange angelenkt ist und die zum Verschieben des Anlenkpunkts quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens ansteuerbar ist,- A link rod, which at its distal end on the Articulation point is articulated to the connecting rod and the to move the articulation point across Direction of movement of the piston can be controlled
  • - einer Exzenteranordnung zum Ansteuern der Anlenkstange, mit einem als Auge ausgebildeten proximalen Ende der Anlenkstange, in dem ein Rundkörper um eine quer zu der Bewegungsrichtung der Anlenkstange verlaufende Drehachse drehbar aufgenommen ist, wobei eine ortsfeste und versetzt zu der Drehachse angeordnete Welle mit dem Rundkörper drehfest verbunden ist.- An eccentric arrangement for driving the Link rod, with one designed as an eye proximal end of the link rod in which a Round body around a cross to the direction of movement Pivot rod rotating axis rotatably added is a fixed and offset to the Rotation axis arranged shaft with the round body is rotatably connected.

Derartige Vorrichtungen sind aus dem Stand der Technik, bspw. aus dem Artikel "Kurbeltrieb für variable Verdichtung", MTZ Motortechnische Zeitschrift 58 (1997) 11, S. 706-711, bekannt. Das Wirkprinzip dieser variablen Steuerung der Kolben einer Brennkraftmaschine beruht auf der zweiteiligen Pleuelstange, die quer zu ihrer Längsrichtung in zwei Pleuelteile unterteilt ist. Die beiden Pleuelteile sind in einem Anlenkpunkt verschwenkbar miteinander verbunden. Die effektive Pleuellänge kann durch Verschieben des Anlenkpunkts quer zu der Bewegungsrichtung des Kolbens verändert werden. Die Veränderung der effektiven Pleuellänge führt zu einer Verschiebung der Kolbentotpunkte. Das wiederum führt zu einer gezielten Veränderung des Verdichtungsraumes und damit des Verdichtungsverhältnisses. Unter Verdichtungsverhältnis versteht man das Verhältnis der Summe von Hubraum und Verdichtungsraum zu Verdichtungsraum. Das Wirkprinzip der variablen Steuerung der Kolben würde in gleicher Weise auch mit Pleuelstangen funktionieren, die in mehr als zwei Pleuelteile unterteilt sind.Such devices are from the prior art, For example, from the article "crank mechanism for variable Compression ", MTZ Motortechnische Zeitschrift 58 (1997) 11, Pp. 706-711. The operating principle of this variable Control of the pistons of an internal combustion engine is based on the two-piece connecting rod, which is transverse to their Longitudinal direction is divided into two connecting rod parts. The the two connecting rod parts can be pivoted at one pivot point connected with each other. The effective connecting rod length can be determined by Moving the pivot point across the direction of movement of the piston are changed. The change in effective connecting rod length leads to a shift in the Piston dead center. That in turn leads to a targeted Change in the compression space and thus the Compression ratio. Under compression ratio one understands the ratio of the sum of displacement and Compression area to compression area. The principle of action of variable control of the pistons would work in the same way too work with connecting rods that work in more than two Connecting rod parts are divided.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Verschiebung des Anlenkpunktes der zweiteiligen Pleuelstange mittels der Exzenteranordnung, wobei die Welle um ihre Längsachse manuell verdreht wird. Bei dem offenbarten Aufbau der Exzenteranordnung wäre ein Verstellen der Exzenteranordnung mittels eines Aktors auch nicht sinnvoll, da sich bei einer Bewegung der Kurbelwelle zwangsläufig Anlenkkräfte an der Anlenkstange einstellen, die zu Drehmomenten auf der Welle führen. Im stationären Fall müßte ein Aktor den Anlenkkräften entgegengerichtete Haltekräfte aufwenden, um die Anlenkstange in einer gewünschten Verschiebestellung zu halten. Beim Einsatz eines elektrischen Aktors müßten dann entsprechend hohe Halteströme fließen, die einen unerwünschten Energieverbrauch und eine thermische Belastung des Aktors zur Folge hätten.According to the prior art, the Articulation point of the two-part connecting rod by means of Eccentric arrangement, the shaft about its longitudinal axis is rotated manually. With the disclosed structure of the Eccentric arrangement would be an adjustment of the eccentric arrangement by means of an actuator also makes no sense, since one Movement of the crankshaft inevitably leads to articulation Adjust the link rod, which leads to torques on the shaft to lead. In the stationary case, an actuator would have to Apply opposing holding forces to the articulation forces the link rod in a desired shift position hold. When using an electrical actuator would then have to correspondingly high holding currents flow unwanted energy consumption and a thermal Would result in a load on the actuator.

Die Aufgabe der Erfindung besteht deshalb darin, die Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art dahingehend auszugestalten und weiterzubilden, daß die an der Anlenkstange anliegenden Anlenkkräfte nicht zu Drehmomenten auf der Welle führen.The object of the invention is therefore that Device for variable control of pistons one Internal combustion engine of the type mentioned above to design and develop that at the Articulation rod not applied to the torque lead on the wave.

Zur Lösung dieser Aufgabe schlägt die Erfindung ausgehend von der Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine der eingangs genannten Art vor, dass zwischen dem Rundkörper und dem Auge ein Reibschlusselement angeordnet ist, das den Rundkörper reibschlüssig und um die Drehachse drehbar umgreift und das selbst in dem Auge reibschlüssig und um die Drehachse drehbar angeordnet ist.To achieve this object, the invention suggests of the device for variable control of pistons an internal combustion engine of the type mentioned in the introduction, that between the round body and the eye Friction element is arranged, the round body engages frictionally and rotatable about the axis of rotation and that even in the eye frictionally and around the axis of rotation is rotatably arranged.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird wie beim Stand der Technik eine Drehbewegung der Welle in eine geradlinige Bewegung der Anlenkstange zum Verschieben des Anlenkpunkts an der Pleuelstange quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens umgewandelt. Durch Verschieben des Anlenkpunkts kann die effektive Pleuellänge verändert werden. Die Veränderung der effektiven Pleuellänge führt zu einer Verschiebung der Kolbentotpunkte und damit zu einer gezielten Veränderung des Verdichtungsraumes und damit des Verdichtungsverhältnisses.In the device according to the invention, as in the state the technique of rotating the shaft into a straight line Movement of the link rod to move the link point on the connecting rod transverse to the direction of movement of the piston converted. By moving the articulation point the effective connecting rod length can be changed. The change in effective connecting rod length leads to a shift in the Piston dead spots and thus to a targeted change the compression space and thus the Compression ratio.

Die beim Betrieb der Brennkraftmaschine zwangsläufige Bewegung der Kurbelwelle führt zu einer Auf- und Abwärtsbewegung der Anlenkstange, die wiederum zu einer Drehbewegung des Auges auf dem Reibschlusselement führt. An dem Übergang zwischen Auge und Reibschlusselement wird so ein Gleitreibungsmoment erzeugt. Die Bewegung der Kurbelwelle führt auch zu Zug- und Druckkräften, die über die Anlenkstange auf das Reibschlusselement und den Rundkörper wirken. Aufgrund der versetzten Lage der Welle zu der Drehachse bewirken die Zug- und Druckkräfte ein Drehmoment bezüglich der Längsachse der Welle. Gleichzeitig stellt sich aufgrund von Haftreibungskräften am Übergang zwischen Reibschlusselement und Rundkörper ein Gegenmoment, das sogenannte Haftreibungsmoment, ein. Dem Haftreibungsmoment ist das Gleitreibungsmoment überlagert. Das resultierende Gesamtmoment ist den Drehmomenten entgegengerichtet, die aufgrund der an der Anlenkstange anliegenden Anlenkkräfte auf die Welle wirken. Dadurch werden bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung in vorteilhafter Weise die in der Exzenteranordnung durch die Anlenkkräfte hervorgerufenen Drehmomente kompensiert und nicht auf die Welle übertragen.The inevitable when operating the internal combustion engine Movement of the crankshaft leads to an up and down Downward movement of the link rod, which in turn becomes a Rotary movement of the eye on the frictional element leads. On the transition between the eye and the frictional engagement element generates a sliding friction moment. The movement of the Crankshaft also leads to tensile and compressive forces that over the link rod on the frictional engagement element and Round bodies work. Due to the offset position of the shaft  the tensile and compressive forces act on the axis of rotation Torque with respect to the longitudinal axis of the shaft. At the same time arises due to static friction at the transition a counter torque between the frictional engagement element and the round body, the so-called static friction moment. The Stiction of friction is superimposed on the sliding friction moment. The resulting total torque is the torque opposed, due to the on the link rod applied coupling forces act on the shaft. Thereby are in the device according to the invention in advantageously in the eccentric arrangement by the Torque-induced torques are compensated for and not transferred to the shaft.

Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine wird somit eine selbsthemmende Exzenteranordnung zum Ansteuern der Anlenkstange realisiert. Sie eignet sich besonders gut für eine Betätigung durch einen elektrischen, hydraulischen oder andersartigen Aktor, da ein Aktor bei der erfindungsgemäßen Exzenteranordnung im stationären Zustand nur sehr geringe oder nahezu keine Haltekräfte aufwenden muß, um die Anlenkstange in einer gewünschten Verschiebestellung zu halten. Außerdem können durch die erfindungsgemäße Vorrichtung die Schwingungen der Exzenteranordnung aufgrund der pulsierenden Anlenkkräfte, die aufgrund der Bewegung der Kurbelwelle auf die Anlenkstange wirken, wirkungsvoll unterbunden werden.In the device according to the invention for variable Control of pistons of an internal combustion engine is thus a self-locking eccentric arrangement for controlling the Link rod realized. It is particularly suitable for actuation by an electrical, hydraulic or other type of actuator, since an actuator is used in the Eccentric arrangement according to the invention in the stationary state use very little or almost no holding force must to the link rod in a desired Hold shift position. In addition, through the device according to the invention the vibrations of the Eccentric arrangement due to the pulsating articulation forces, which due to the movement of the crankshaft on the Linkage rod act, effectively prevented.

Aufgrund der pulsierenden Kräfte in der Exzenteranordnung kann der Wirkungsgrad nicht stationär bestimmt werden, sondern muß dynamisch angesetzt werden. Der dynamische Wirkungsgrad ergibt sich aus einer Vielzahl von über einen bestimmten Zeitraum gemittelten stationären Werten des Wirkungsgrades. Bei der Betrachtung des dynamischen Wirkungsgrades ergibt sich entgegen dem ersten Eindruck, daß die Reibschlussverbindungen zwischen Auge und Reibschlusselement und zwischen Reibschlusselement und Rundkörper zwangsläufig zu einer höheren Stellenergie führen müsse, daß die bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tatsächlich aufzuwendende Stellenergie gegenüber den bekannten Vorrichtungen entscheidend verringert wird.Due to the pulsating forces in the eccentric arrangement the efficiency cannot be determined stationary, but must be applied dynamically. The dynamic Efficiency results from a multitude of over one averaged inpatient values of the period Efficiency. When considering the dynamic Efficiency is contrary to the first impression,  that the frictional connections between the eye and Friction element and between friction element and Round bodies inevitably lead to higher actuation energy must lead that in the device according to the invention Actual energy to be used compared to the known devices is significantly reduced.

Das resultierende Gesamtmoment ergibt sich aus einer Überlagerung des Haftreibungsmoments und des Gleitreibungsmoments. Im ungünstigsten Fall sind das Gleitreibungsmoment und das Haftreibungsmoment entgegengerichtet. Um auch in diesem Fall noch eine ausreichende Kompensation des durch die Anlenkkräfte hervorgerufenen Drehmoments sicherstellen zu können, wird gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung der vorliegenden Erfindung vorgeschlagen, dass der nachfolgende Zusammenhang gilt:
The resulting total torque results from a superposition of the static friction torque and the sliding friction torque. In the worst case, the sliding friction torque and the static friction torque are opposite. In order to be able to ensure adequate compensation of the torque caused by the articulation forces in this case as well, it is proposed according to an advantageous development of the present invention that the following relationship applies:

µH.rR - µG.rS < a,
µ H .r R - µ G .r S <a,

wobei µH der Haftreibungskoeffezient zwischen dem Rundkörper und dem Reibschlusselement, rR der Radius des Rundkörpers, µG der Gleitreibungskoeffizient zwischen dem Reibschlusselement und dem Auge, rS der Radius des Reibschlusselements in dem Bereich, in dem es von dem Auge aufgenommen ist, und a der Abstand zwischen der Drehachse und der Längsachse der Welle ist.where µ H is the coefficient of static friction between the round body and the friction element, r R is the radius of the round body, µ G is the coefficient of sliding friction between the friction element and the eye, r S is the radius of the friction element in the area in which it is received by the eye, and a is the distance between the axis of rotation and the longitudinal axis of the shaft.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung wird vorgeschlagen, daß das Reibschlusselement als eine topfförmige Schale ausgebildet ist, in der der Rundkörper aufgenommen ist und von deren Boden aus sich ein Rundsteg erstreckt, dessen Längsachse deckungsgleich mit der Drehachse ist und der von dem Auge der Anlenkstange aufgenommen ist. Der Radius rS ist bei dieser Ausführungsform der Radius des Rundstegs, da das der Bereich des Reibschlusselements ist, in dem es von dem Auge aufgenommen ist. Auf diese Weise kann die Exzenteranordnung wesentlich freizügiger ausgelegt werden, da der Radius rS in weiten Bereichen variiert werden kann, und zwar unabhängig von den Durchmessern des Rundkörpers und des als topfförmige Schale ausgebildeten Reibschlusselements. Der Durchmesser des Rundstegs ist vorzugsweise kleiner als der Durchmesser des Rundkörpers.According to a preferred embodiment of the device according to the invention, it is proposed that the frictional engagement element is designed as a pot-shaped shell, in which the round body is received and from the bottom of which a round web extends, the longitudinal axis of which is congruent with the axis of rotation and that of the eye of the articulation rod is recorded. In this embodiment, the radius r S is the radius of the round web, since this is the area of the frictional engagement element in which it is received by the eye. In this way, the eccentric arrangement can be designed much more freely, since the radius r S can be varied over a wide range, regardless of the diameters of the round body and of the friction-locking element designed as a cup-shaped shell. The diameter of the round web is preferably smaller than the diameter of the round body.

Um eine symmetrische Kräfte- und Momentenverteilung innerhalb der erfindungsgemäßen Exzenteranordnung zu bewirken, wird gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung vorgeschlagen, daß die Welle in zwei Wellenabschnitte unterteilt ist, die über jeweils einen Rundkörper und das Reibschlusselement miteinander in Verbindung stehen. Beide Wellenabschnitte sind in Wellenlagern gelagert. Auf diese Weise werden die Anlenkkräfte von der Anlenkstange auf beide Wellenlager verteilt. Die Anlenkstange ist mittig zwischen den beiden Wellenabschnitten an dem Reibschlusselement angelenkt. Dadurch werden die Anlenkkräfte gleichmäßig auf beide Wellenlager verteilt.A symmetrical distribution of forces and moments within the eccentric arrangement according to the invention effect is according to another advantageous Development of the invention proposed that the shaft in is divided into two shaft sections, each over a round body and the frictional engagement element with each other Connect. Both wave sections are in Shaft bearings. In this way, the Linkage forces from the linkage rod to both shaft bearings distributed. The link rod is in the middle between the two Shaft sections hinged to the frictional engagement element. This makes the articulation forces even on both Distributed shaft bearings.

Bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern wird gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform vorgeschlagen, daß der Wellenabschnitt der Exzenteranordnung eines der Zylinder mit dem Wellenabschnitt der Exzenteranordnung eines benachbarten Zylinders drehfest verbunden ist. Auf diese Weise können bei Brennkraftmaschinen mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern einfach durch Drehen der beiden äußeren Wellenabschnitte sämtliche Kolben variabel angesteuert werden. Das Drehen der Wellenabschnitte erfolgt vorzugsweise durch einen Aktor, der an einem der beiden Wellenabschnitte oder durch mehrere Aktoren, die an beiden Wellenabschnitten angeordnet sind.In an internal combustion engine with several side by side arranged cylinders is special according to one preferred embodiment suggested that the Shaft section of the eccentric arrangement of one of the cylinders with the shaft section of the eccentric arrangement adjacent cylinder is rotatably connected. To this Way can with multiple engines in series arranged cylinders simply by turning the two outer shaft sections all pistons variable can be controlled. The shaft sections are rotated preferably by an actuator on one of the two Shaft sections or by several actuators on both Shaft sections are arranged.

Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung der vorliegenden Erfindung wird vorgeschlagen, daß zur variablen Steuerung der Kolben mindestens ein Aktor vorgesehen ist, und daß zwischen dem Aktor und dem anzusteuernden Kolben eine selbsthemmende Getriebeanordnung angeordnet ist. Durch die selbsthemmende Getriebeanordnung kann die selbsthemmende Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung weiter verstärkt werden. Die selbsthemmende Getriebeanordnung ist vorzugsweise als ein Schneckengetriebe ausgebildet.According to a preferred development of the present  Invention is proposed that for variable control the piston is provided at least one actuator, and that between the actuator and the piston to be controlled self-locking gear arrangement is arranged. Through the self-locking gear assembly can be the self-locking Effect of the device according to the invention further enhanced become. The self-locking gear arrangement is preferably designed as a worm gear.

Im Folgenden werden anhand der Zeichnungen drei bevorzugte 3 Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung näher erläutert. Es zeigen:In the following, three preferred 3 Embodiments of the present invention closer explained. Show it:

Fig. 1 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform in einer Seitenansicht; Figure 1 shows a device according to the invention according to a first embodiment in a side view.

Fig. 2 eine erfindungsgemäße Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine mit vier Zylindern gemäß einer zweiten Ausführungsform in einer Ansicht von vorne; Figure 2 shows an inventive device for the variable control of the piston of an internal combustion engine with four cylinders in a second embodiment in a front view.

Fig. 3 eine erfindungsgemäße Vorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform in schematischer Darstellung; und Fig. 3 shows an inventive device according to a third embodiment in a schematic representation; and

Fig. 4 eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung. Fig. 4 shows a device known from the prior art.

In Fig. 4 ist eine aus dem Stand der Technik bekannte Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine in ihrer Gesamtheit mit dem Bezugszeichen 1 gekennzeichnet. Die Vorrichtung 1 dient insbesondere zur Realisierung einer variablen Verdichtung in dem Verbrennungsraum eines Zylinders der Brennkraftmaschine. Das Wirkprinzip der variablen Steuerung der Kolben der Brennkraftmaschine beruht auf einer zweiteiligen Pleuelstange (nicht dargestellt), wobei die beiden Teile der Pleuelstange in einem Anlenkpunkt 2 gelenkig miteinander verbunden sind. Die effektive Länge der Pleuelstange kann durch Verschieben des Anlenkpunkts 2 quer zu der Bewegungsrichtung des Kolbens, also in Bewegungsrichtung 7, verändert werden. Die Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange führt zu einer Verschiebung der Kolbentotpunkte. Das wiederum führt zu einer gezielten Veränderung des Verdichtungsraumes und damit des Verdichtungsverhältnisses.In FIG. 4 a well-known from the prior art device for the variable control of the piston of an internal combustion engine is characterized in its entirety by reference numeral 1. The device 1 is used in particular to implement variable compression in the combustion chamber of a cylinder of the internal combustion engine. The operating principle of the variable control of the pistons of the internal combustion engine is based on a two-part connecting rod (not shown), the two parts of the connecting rod being articulated to one another at a pivot point 2 . The effective length of the connecting rod can be changed by moving the articulation point 2 transversely to the direction of movement of the piston, that is to say in the direction of movement 7 . The change in the effective length of the connecting rod leads to a displacement of the piston dead center. This in turn leads to a targeted change in the compression space and thus the compression ratio.

Der Anlenkpunkt 2 ist an dem distalen Ende einer Anlenkstange 3 angeordnet. Die Anlenkstange 3 wird mittels einer Exzenteranordnung 4 in Bewegungsrichtung 7 verschoben. Die Exzenteranordnung 4 der aus dem Stand der Technik bekannten Vorrichtung 1 weist ein als Auge 5 ausgebildetes proximales Ende der Anlenkstange 3 auf, in dem ein Rundkörper 6 um eine quer zu der Bewegungsrichtung 7 der Anlenkstange 3 verlaufende Drehachse 8 drehbar aufgenommen ist. Eine ortsfeste und versetzt zu der Drehachse 8 angeordnete Welle 9 ist mit dem Rundkörper 6 drehfest verbunden.The articulation point 2 is arranged at the distal end of an articulation rod 3 . The linkage rod 3 is displaced in the direction of movement 7 by means of an eccentric arrangement 4 . The eccentric arrangement 4 of the device 1 known from the prior art has a proximal end of the articulation rod 3 designed as an eye 5 , in which a round body 6 is rotatably received about an axis of rotation 8 extending transversely to the direction of movement 7 of the articulation rod 3 . A stationary shaft 9 which is arranged offset from the axis of rotation 8 is connected to the round body 6 in a rotationally fixed manner.

Nach dem Stand der Technik erfolgt die Verschiebung des Anlenkpunktes 2 der zweiteiligen Pleuelstange mittels der Exzenteranordnung 4, wobei die Welle 9 um ihre Längsachse manuelle verdreht wird. Bei der Vorrichtung 1 aus Fig. 4 ist ein Verstellen der Exzenteranordnung 4 mittels eines Aktors nicht sinnvoll, da sich bei einer Bewegung der Kurbelwelle zwangsläufig Anlenkkräfte an der Anlenkstange 3 einstellen, die zu Drehmomenten auf der Welle 9 führen. Im stationären Fall müsste ein Aktor den Anlenkkräften entgegengerichtete Haltekräfte aufwenden, um die Anlenkstange 3 in einer gewünschten Verschiebestellung zu halten. According to the prior art, the articulation point 2 of the two-part connecting rod is displaced by means of the eccentric arrangement 4 , the shaft 9 being rotated manually about its longitudinal axis. In the device 1 from FIG. 4, an adjustment of the eccentric arrangement 4 by means of an actuator is not sensible, since when the crankshaft moves, articulation forces on the articulation rod 3 inevitably occur, which lead to torques on the shaft 9 . In the stationary case, an actuator would have to exert holding forces opposing the articulation forces in order to hold the articulation rod 3 in a desired displacement position.

Bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 gemäß Fig. 1 führen die an einer Anlenkstange anliegenden Anlenkkräfte dagegen nicht zu Drehmomenten auf einer Welle 18. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 ist zwischen dem Rundkörper 15 und dem Auge 14 ein Reibschlusselement 19 angeordnet. Das Reibschlusselement 19 umfasst den Rundkörper 15 reibschlüssig und eine Drehachse 17 drehbar. Das Reibschlusselement 19 selbst wird von dem Auge 14 reibschlüssig und um die Drehachse 17 drehbar umfasst. Die Anlenkkräfte an der Anlenkstange 12 führen zu einem Gleitreibungsmoment zwischen dem Auge 14 und dem Reibschlusselement 19 und zu einem Haftreibungsmoment zwischen dem Reibschlusselement 19 und dem Rundkörper 15. Aus der Verlängerung von Gleitreibungsmoment und Haftreibungsmoment ergibt sich ein revertierendes Gesamtmoment, das den Drehmomenten entgegengerichtet ist, die aufgrund der an der Anlenkstange 12 anliegenden Anlenkkräfte auf die Welle 18 wirken. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 werden demnach die durch die Anlenkkräfte hervorgerufenen Drehmomente kompensiert und nicht auf die Welle 18 übertragen.In contrast, in a device 10 according to the invention according to FIG. 1, the articulation forces applied to a link rod do not lead to torques on a shaft 18 . In the device 10 according to the invention, a frictional engagement element 19 is arranged between the round body 15 and the eye 14 . The frictional engagement element 19 comprises the round body 15 in a frictional manner and an axis of rotation 17 is rotatable. The frictional engagement element 19 itself is frictionally encompassed by the eye 14 and rotatable about the axis of rotation 17 . The articulation forces on the articulation rod 12 lead to a sliding friction moment between the eye 14 and the frictional engagement element 19 and to a static frictional moment between the frictional engagement element 19 and the round body 15 . The extension of the sliding friction torque and static friction torque results in a reverting total torque which is directed counter to the torques which act on the shaft 18 due to the articulation forces applied to the articulation rod 12 . In the device 10 according to the invention, therefore, the torques caused by the articulation forces are compensated for and are not transmitted to the shaft 18 .

In Fig. 2 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine mit vier in Reihe angeordneten Zylindern gemäß einer zweiten Ausführungsform dargestellt. Das Reibschlusselement 19 ist als eine topfförmige Schale ausgebildet, in der der Rundkörper 15 reibschlüssig aufgenommen ist und von deren Boden aus sich ein Rundsteg 20 erstreckt. Die Längsachse des Rundstegs 20 ist deckungsgleich mit der Drehachse 17. Der Rundsteg 20 wird von dem Auge 14 an dem proximalen Ende der Anlenkstange 12 reibschlüssig aufgenommen. Die Welle 18 ist in zwei Wellenabschnitte 18a, 18b unterteilt, wobei die beiden Wellenabschnitte 18a, 18b über jeweils einen Rundkörper 15 und das Reibschlusselement 19 miteinander in Verbindung stehen. In Fig. 2 sind die Bezugszeichen lediglich an der Exzenteranordnung 11 des ersten Zylinders angegeben. Für die Exzenteranordnungen 11 der anderen Zylinder gelten die gleichen Bezugszeichen. Der Wellenabschnitt 18b der Exzenteranordnung 11 des ersten Zylinders ist mit dem Wellenabschnitt 18a der Exzenteranordnung 11 des zweiten Zylinders drehfest verbunden. In gleicher Weise ist der Wellenabschnitt 18b der Exzenteranordnung des zweiten und dritten Zylinders mit dem Wellenabschnitt 18a der Exzenteranordnung 11 des dritten bzw. vierten Zylinders drehfest verbunden.In FIG. 2, an inventive device 10 for variable control of the piston of an internal combustion engine with four cylinders arranged in series according to a second embodiment. The frictional engagement element 19 is designed as a pot-shaped shell, in which the round body 15 is received in a frictionally engaged manner and from the bottom of which a round web 20 extends. The longitudinal axis of the circular web 20 is congruent with the axis of rotation 17 . The round web 20 is frictionally received by the eye 14 at the proximal end of the articulation rod 12 . The shaft 18 is divided into two shaft sections 18 a, 18 b, the two shaft sections 18 a, 18 b each being connected to one another via a round body 15 and the frictional engagement element 19 . In Fig. 2, the reference numerals are given only on the eccentric arrangement 11 of the first cylinder. The same reference numerals apply to the eccentric arrangements 11 of the other cylinders. The shaft section 18 b of the eccentric arrangement 11 of the first cylinder is rotatably connected to the shaft section 18 a of the eccentric arrangement 11 of the second cylinder. In the same way, the shaft section 18 b of the eccentric arrangement of the second and third cylinders is rotatably connected to the shaft section 18 a of the eccentric arrangement 11 of the third and fourth cylinders.

Bei der Vorrichtung 10 gilt der Zusammenhang:
The following applies to device 10 :

µH.rR - µG.rS < a.µ H .r R - µ G .r S <a.

Als µH wird der Haftreibungskoeffizient zwischen dem Rundkörper 15 und dem Reibschlusselement 19 und als µG der Gleitreibungskoeffizient zwischen dem Rundsteg 20 des Reibschlusselements 19 und dem Auge 14 bezeichnet. Als rR wird der Radius des Rundkörpers 15 und als rS wird der Radius des Reibschlusselements 19 in dem Bereich bezeichnet, in dem es von dem Auge 14 aufgenommen ist. Bei dem Ausführungsbeispiel aus Fig. 2 bezeichnet rS den Radius des Rundstegs 20. Mit a ist der Abstand zwischen der Drehachse 17 und der Längsachse der Welle 18 bezeichnet.The static friction coefficient between the round body 15 and the frictional engagement element 19 is designated as µ H and the sliding friction coefficient between the circular web 20 of the frictional engagement element 19 and the eye 14 is designated as µ G. The radius of the round body 15 is designated as r R and the radius of the frictional engagement element 19 in the region in which it is received by the eye 14 as r S. In the exemplary embodiment from FIG. 2, r S denotes the radius of the round web 20 . With a the distance between the axis of rotation 17 and the longitudinal axis of the shaft 18 is designated.

Zum Ansteuern der Kolben der Brennkraftmaschine, wird bei der Vorrichtung 10 die Welle 18 um ihre Längsachse mittels eines Aktors 21 (vgl. Fig. 3) verdreht.In order to control the pistons of the internal combustion engine, the shaft 18 in the device 10 is rotated about its longitudinal axis by means of an actuator 21 (cf. FIG. 3).

In Fig. 3 ist eine erfindungsgemäße Vorrichtung 10 gemäß einer dritten Ausführungsform schematisch dargestellt. Der Aktor 21 betätigt zunächst ein selbsthemmendes Getriebe 22, das dann die selbsthemmende Exzenteranordnung 11 betätigt. Diese betätigt dann in der oben beschriebenen Art und Weise den Kolben 23. Das selbsthemmende Getriebe 22 ist als ein Schneckengetriebe ausgebildet. Auf diese Weise kann die selbsthemmende Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung 10 weiter verstärkt werden.In Fig. 3, an apparatus 10 according to the invention is shown according to a third embodiment schematically. The actuator 21 first actuates a self-locking gear 22 , which then actuates the self-locking eccentric arrangement 11 . This then actuates the piston 23 in the manner described above. The self-locking gear 22 is designed as a worm gear. In this way, the self-locking effect of the device 10 according to the invention can be further increased.

Claims (7)

1. Vorrichtung zur variablen Steuerung von Kolben einer Brennkraftmaschine mit mindestens einem Zylinder und einem Kolben (23) je Zylinder, insbesondere zur Realisierung einer variablen Verdichtung in dem Verbrennungsraum der Zylinder, mit den nachfolgend aufgeführten Bauteilen je Zylinder:
  • - einer zweiteiligen Pleuelstange, die eine geradlinige Bewegung des Kolbens (23) in eine Drehbewegung einer Kurbelwelle umwandelt, wobei die beiden Teile der Pleuelstange in einem Anlenkpunkt (13) verschwenkbar miteinander verbunden sind,
  • - einer Anlenkstange (12), die an ihrem distalen Ende an dem Anlenkpunkt (13) an die Pleuelstange angelenkt ist und die zum Verschieben des Anlenkpunkts (13) quer zur Bewegungsrichtung des Kolbens ansteuerbar ist, und
  • - einer Exzenteranordnung (11) zum Ansteuern der Anlenkstange (12), mit einem als Auge (14) ausgebildeten proximalen Ende der Anlenkstange (12), in dem ein Rundkörper (15) um eine quer zu der Bewegungsrichtung (16) der Anlenkstange (12) verlaufende Drehachse (17) drehbar aufgenommen ist, wobei eine ortsfest und versetzt zu der Drehachse (17) angeordnete Welle (18) mit dem Rundkörper (15) drehfest verbunden ist,
dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Rundkörper (15) und dem Auge (14) ein Reibschlusselement (19) angeordnet ist, das den Rundkörper (15) reibschlüssig und um die Drehachse (17) drehbar umgreift und das selbst in dem Auge (14) reibschlüssig und um die Drehachse (17) drehbar angeordnet ist.1. Device for the variable control of pistons of an internal combustion engine with at least one cylinder and one piston ( 23 ) per cylinder, in particular for realizing a variable compression in the combustion chamber of the cylinders, with the following components per cylinder:
  • a two-part connecting rod which converts a linear movement of the piston ( 23 ) into a rotary movement of a crankshaft, the two parts of the connecting rod being pivotally connected to one another at a pivot point ( 13 ),
  • - A link rod ( 12 ) which is articulated at its distal end at the articulation point ( 13 ) on the connecting rod and which can be controlled to move the articulation point ( 13 ) transversely to the direction of movement of the piston, and
  • - An eccentric arrangement ( 11 ) for controlling the articulation rod ( 12 ), with a proximal end of the articulation rod ( 12 ) designed as an eye ( 14 ), in which a round body ( 15 ) around a transverse to the direction of movement ( 16 ) of the articulation rod ( 12 ) Rotating axis of rotation ( 17 ) is rotatably received, a shaft ( 18 ) arranged in a stationary manner and offset to the axis of rotation ( 17 ) being connected in a rotationally fixed manner to the round body ( 15 ),
characterized in that a frictional engagement element ( 19 ) is arranged between the round body ( 15 ) and the eye ( 14 ), which frictionally engages around the round body ( 15 ) and can rotate about the axis of rotation ( 17 ) and that also frictionally engages in the eye ( 14 ) and is arranged rotatably about the axis of rotation ( 17 ). 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der nachfolgende Zusammenhang gilt:
µH.rR - µG.rS < a,
wobei µH der Haftreibungskoeffezient zwischen dem Rundkörper (15) und dem Reibschlusselement (19), rR der Radius des Rundkörpers (15), µG der Gleitreibungskoeffizient zwischen dem Reibschlusselement (19) und dem Auge (14), rS der Radius des Reibschlusselements (19) in dem Bereich, in dem es von dem Auge (14) aufgenommen ist, und a der Abstand zwischen der Drehachse (17) und der Längsachse der Welle (18) ist.2. Device according to claim 1, characterized in that the following relationship applies:
µ H .r R - µ G .r S <a,
where µ H is the coefficient of static friction between the round body ( 15 ) and the frictional engagement element ( 19 ), r R is the radius of the round body ( 15 ), µ G is the sliding friction coefficient between the frictional engagement element ( 19 ) and the eye ( 14 ), r S is the radius of the Frictional engagement element ( 19 ) in the area in which it is received by the eye ( 14 ) and a is the distance between the axis of rotation ( 17 ) and the longitudinal axis of the shaft ( 18 ). 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das Reibschlusselement (19) als eine topfförmige Schale ausgebildet ist, in der der Rundkörper (15) aufgenommen ist und von deren Soden aus sich ein Rundsteg (20) erstreckt, dessen Längsachse deckungsgleich mit der Drehachse (17) ist und der von dem Auge (14) der Anlenkstange (12) aufgenommen ist.3. Apparatus according to claim 2, characterized in that the frictional engagement element ( 19 ) is designed as a pot-shaped shell in which the round body ( 15 ) is received and from the bottom of which a round web ( 20 ) extends, the longitudinal axis of which is congruent with the Axis of rotation ( 17 ) and which is received by the eye ( 14 ) of the link rod ( 12 ). 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Welle (18) in zwei Wellenabschnitte (18a, 18b) unterteilt ist, die über jeweils einen Rundkörper (15) und das Reibschlusselement (19) miteinander in Verbindung stehen.4. The device according to claim 3, characterized in that the shaft ( 18 ) is divided into two shaft sections ( 18 a, 18 b) which are connected to each other via a round body ( 15 ) and the frictional engagement element ( 19 ). 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß bei einer Brennkraftmaschine mit mehreren nebeneinander angeordneten Zylindern der Wellenabschnitt (18b; 18a) der Exzenteranordnung (11) eines der Zylinder mit dem Wellenabschnitt (18a; 18b) der Exzenteranordnung (11) eines benachbarten Zylinders drehfest verbunden ist.5. The device according to claim 4, characterized in that in an internal combustion engine with a plurality of cylinders arranged side by side the shaft section ( 18 b; 18 a) of the eccentric arrangement ( 11 ) one of the cylinders with the shaft section ( 18 a; 18 b) of the eccentric arrangement ( 11 ) of an adjacent cylinder is rotatably connected. 6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zur variablen Steuerung der Kolben (23) mindestens ein Aktor (21) vorgesehen ist, und daß zwischen dem Aktor (21) und dem anzusteuernden Kolben (23) eine selbsthemmende Getriebeanordnung (22) angeordnet ist.6. Device according to one of claims 1 to 5, characterized in that for variable control of the pistons ( 23 ) at least one actuator ( 21 ) is provided, and that between the actuator ( 21 ) and the piston ( 23 ) to be controlled, a self-locking gear arrangement ( 22 ) is arranged. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die selbsthemmende Getriebeanordnung (22) als ein Schneckengetriebe ausgebildet ist.7. The device according to claim 6, characterized in that the self-locking gear arrangement ( 22 ) is designed as a worm gear.
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