DE29719343U1 - Piston engine with adjustable compression ratio - Google Patents
Piston engine with adjustable compression ratioInfo
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Description
Bezeichnung: Kolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem VerdichtungsverhältnisDesignation: Piston internal combustion engine with adjustable compression ratio
Beschreibung
5Description
5
Bei normalen Hubkolbentriebwerken ist die Stellung des Kolbens im Zylinder ausschließlich von der Stellung der Kurbelwelle abhängig. Um betriebsabhängig das Verdichtungsverhältnis verändern zu können, hat man eine Veränderungsmöglichkeit dadurch geschaffen, daß jeweils das Pleuel in zwei Pleuelteile unterteilt wird, die über ein Mittelgelenk miteinander verbunden sind, und wobei ferner ein Lenkerarm am Pleuel angelenkt ist, dessen anderes Ende über einen am Maschinengehäuse verschiebbaren Anlenkungspunkt befestigt ist. Derartige Konstruktionen sind beispielsweise bekannt aus DE-A-29 35 073, DE-A-29 35 977, DE-A-30 30 615 sowie DE-A-37 15 391. Bei diesen Konstruktionen ist der Lenkerarm unmittelbar an das Mittelgelenk gekoppelt, so daß sich hier erhebliche konstruktive und betriebstechnische Probleme ergeben. Das Mittelge-0 lenk baut sehr breit und erreicht dabei ein hohes Gewicht, das bei den gegebenen Raumverhältnissen nicht mehr durch Gegengewichte an der Kurbelwelle ausgeglichen werden kann. Insgesamt besteht der Nachteil dieser Konstruktionen darin, daß die bewegten Massen, nämlich Kolben und Pleuel, größer werden 5 und damit auch größere Massenkräfte zu beherrschen sind.In normal reciprocating piston engines, the position of the piston in the cylinder depends exclusively on the position of the crankshaft. In order to be able to change the compression ratio depending on the operation, a possibility of change has been created by dividing the connecting rod into two connecting rod parts, which are connected to one another via a central joint, and in which a control arm is also hinged to the connecting rod, the other end of which is attached to the machine housing via a pivot point that can be moved. Such designs are known, for example, from DE-A-29 35 073, DE-A-29 35 977, DE-A-30 30 615 and DE-A-37 15 391. In these designs, the control arm is directly coupled to the central joint, which results in considerable structural and operational problems. The middle joint is very wide and reaches a high weight, which, given the space available, can no longer be compensated for by counterweights on the crankshaft. Overall, the disadvantage of these designs is that the moving masses, namely pistons and connecting rods, become larger 5 and thus larger inertial forces must be controlled.
Um diese Nachteile zu vermeiden, hat man versucht, eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses dadurch zu schaffen, daß man die Kurbelwelle in Exzenterringen gelagert hat, die 0 ihrerseits drehbar im Motorblock gelagert sind und die mit einem Stellantrieb in Verbindung stehen. Durch ein Verdrehen der Exzenterringe ist es möglich, die Lage der Kurbelwelle so zu verschieben, daß jeweils in der oberen Totpunktlage eines Kolbens dieser mehr oder weniger Abstand zur Zylinderdecke einhält. Hierzu ist in DE-A-30 04 402 vorgesehen, daß jeder Exzenterring mit einem Zahnrad verbunden ist, das jeweils in ein Ritzel eingreift, das auf einer parallel zur Kurbelwelle verlaufenden Stellwelle angeordnet ist, die mit einem Stel-In order to avoid these disadvantages, attempts have been made to change the compression ratio by mounting the crankshaft in eccentric rings, which in turn are mounted so that they can rotate in the engine block and are connected to an actuator. By turning the eccentric rings, it is possible to shift the position of the crankshaft so that in the top dead center position of a piston, it maintains a greater or lesser distance from the cylinder head. For this purpose, DE-A-30 04 402 provides that each eccentric ring is connected to a gear wheel, which engages in a pinion, which is arranged on an adjusting shaft running parallel to the crankshaft, which is connected to an adjusting
• ····
• ··
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lantrieb in Verbindung steht. Neben einem erheblichen konstruktiven
und baulichem Aufwand ergibt sich auch ein erhöhter Raumbedarf zur Unterbringung der Exzenterringe und der
damit verbundenen Zahnräder.
5l drive. In addition to considerable design and construction effort, there is also an increased space requirement for accommodating the eccentric rings and the associated gears.
5
Aus DE-A-36 01 528 ist ferner eine Anordnung dieser Art bekannt, bei der die die Kurbelwellenlager tragenden Exzenterringe mit einer konzentrisch zu den Exzenterringen ausgerichteten und sich über die gesamte Länge des Motorblocks erstreckende Zylinderteilschale verbunden sind. Die Zylinderteilschale ist auf ihrer Außenseite mit einem Zahnsegment versehen, in das eine mit einem Stellantrieb verbundene, quer zur Kurbelwelle verlaufende Verstellschnecke eingreift. Dieses System hat trotz einer günstigen Baulänge für die Kurbelwellenlagerung den Nachteil, daß hier ein sehr kompaktes Bauteil für die synchrone Verstellung der Exzenterringe vorgesehen ist und daß die infolge der Exzentrizität der Kurbelwellenachse zur Lagerachse der Exzenterringe im Betrieb wirksam werdenden Momente nur über die Verstellschnecke aufgenomiranen werden können. Da bei einer derartigen Verstellschnecke immer nur wenige Zähne mit einem geringen Überdeckungsgrad in Eingriff stehen, ergibt sich aufgrund der im Betrieb auftretenden pulsierenden Belastungen eine erhebliche Materialbeanspruchung. Schon ein geringes Spiel zwischen Zahnsegment und Verstellschnecke kann hier zu einem rasch fortschreitenden Verschleiß führen.An arrangement of this type is also known from DE-A-36 01 528, in which the eccentric rings supporting the crankshaft bearings are connected to a cylinder shell that is aligned concentrically to the eccentric rings and extends over the entire length of the engine block. The cylinder shell is provided on its outside with a toothed segment into which an adjusting worm connected to an actuator and running transversely to the crankshaft engages. Despite a favorable overall length for the crankshaft bearing, this system has the disadvantage that a very compact component is provided for the synchronous adjustment of the eccentric rings and that the moments that become effective during operation as a result of the eccentricity of the crankshaft axis to the bearing axis of the eccentric rings can only be absorbed via the adjusting worm. Since only a few teeth with a small overlap are engaged in such an adjusting worm, the pulsating loads that occur during operation result in considerable material stress. Even a small amount of play between the tooth segment and the adjusting worm can lead to rapidly progressive wear.
Aus DE-A-36 44 721 ist ferner ein System bekannt, bei dem jeder Exzenterring mit einem seitlich herausragenden Hebel ver-0 bunden ist, der an seinem freien Ende einen Gleitstein trägt. Seitlich parallel zur Kurbelwelle ist eine Stellwelle gelagert, die mit einem Stellantrieb versehen ist und die mit gabelförmigen Klauen versehen ist, die jeweils den Gleitstein eines Exzenterringes umfassen. Da Gleitsteine praktisch nicht spielfrei zu führen sind, besteht auch bei diesem System der Nachteil, daß aufgrund der im Betrieb über die Exzenterringe wirkenden pulsierenden Momente zu einer erheblichen Beanspruchung des Systems in diesem Bereich führen, die mit einem zu-From DE-A-36 44 721 a system is also known in which each eccentric ring is connected to a lever that protrudes to the side and has a sliding block at its free end. An adjusting shaft is mounted laterally parallel to the crankshaft, which is provided with an actuator and which is provided with fork-shaped claws, each of which encloses the sliding block of an eccentric ring. Since sliding blocks can practically not be guided without play, this system also has the disadvantage that the pulsating moments acting on the eccentric rings during operation lead to considerable stress on the system in this area, which can lead to a
nehmenden Verschleiß im Bereich der Gleitsteinführung verbunden ist.increasing wear in the area of the sliding block guide.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Kolbenbrennkraftmaschine zu schaffen, bei der die vorstehend dargestellten Nachteil vermieden sind.The invention is based on the object of creating a piston internal combustion engine in which the disadvantages described above are avoided.
Zur Lösung der Aufgabe wird vorgeschlagen eine Kolbenbrennkraftmaschine mit in einem Motorblock angeordneten Zylindern und mit Kolben, die über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, deren Lager in Exzenterringen angeordnet sind, die ihrerseits in geteilten, mit jeweils einem Lagerdeckel abgeschlossenen Traglagern im Motorblock verschwenkbar gelagert sind, und die jeweils mit einem Schwenkhebel versehen sind, wobei die Lagerdeckel jeweils mit einem Fenster versehen sind, durch das jeweils der Schwenkhebel des zugeordneten Exzenterringes hindurchgeführt ist, und mit einer die freien Enden aller Schwenkhebel verbindenden Koppelstange, die mit einem Stellantrieb in Verbindung steht. Hierdurch wird eine 0 in ihrem Verdichtungsverhältnis veränderbare Kolbenbrennkraftmaschine geschaffen, bei der die Lagerung der Stellanordnung ohne eine Verbreiterung der Kurbelwellenlagerung im Motorblock erreicht wird, so daß die üblichen Baulängen für einen derartigen Motorblock nicht vergrößert werden. Die Schwenkhebel einerseits und die Fenster andererseits sindzweckmäßige rwei se so bemessen, daß hierdurch die axiale Abstützung der Exzenterringe bewirkt wird. Dadurch, daß alle Schwenkhebel mit einer Koppelstange verbunden sind, ist eine synchrone Verschwenkung der Exzenterringe gewährleistet. In 0 vorteilhafter Weise ist hierbei vorgesehen, daß die Schwenkhebel in eine Ölwanne hineinragen.To solve the problem, a piston internal combustion engine is proposed with cylinders arranged in an engine block and with pistons that are connected to a crankshaft via connecting rods, the bearings of which are arranged in eccentric rings, which in turn are pivotably mounted in divided support bearings in the engine block, each of which is closed off by a bearing cover, and which are each provided with a pivot lever, wherein the bearing covers are each provided with a window through which the pivot lever of the associated eccentric ring is guided, and with a coupling rod connecting the free ends of all pivot levers, which is connected to an actuator. This creates a piston internal combustion engine that can be changed in its compression ratio, in which the mounting of the actuator arrangement is achieved without widening the crankshaft bearing in the engine block, so that the usual overall lengths for such an engine block are not increased. The swivel levers on the one hand and the windows on the other are expediently dimensioned in such a way that the axial support of the eccentric rings is achieved. The fact that all swivel levers are connected to a coupling rod ensures that the eccentric rings swivel synchronously. It is advantageously provided that the swivel levers extend into an oil pan.
In vorteilhafter Ausgestaltung ist ferner vorgesehen, daß jeweils der den Zylinderbreich eines Exzenterringes auf seiner Außenseite mit einer sich in Umfangsrichtung erstreckenden Nut versehen ist, die eine radial nach innengeführte Bohrung aufweist und daß im Motorblock ein zentraler Ölkanal angeordnet ist, von dem Zweigkanäle abzweigen, die jeweils in einemIn an advantageous embodiment, it is further provided that the cylinder area of an eccentric ring is provided on its outside with a groove extending in the circumferential direction, which has a radially inwardly guided bore and that a central oil channel is arranged in the engine block, from which branch channels branch off, each of which is in a
Traglager im Bereich der Nut im Exzenterring ausmünden. Durch diese Ausgestaltung ist zum einen sichergestellt, daß die Lagerflächen des Exzenterringes mit Schmiermittel versorgt werden und daß andererseits die in den Exzenterringen angeordneten Kurbelwellenlager ebenfalls mit Schmiermittel versorgt werden.Support bearings open out in the area of the groove in the eccentric ring. This design ensures that the bearing surfaces of the eccentric ring are supplied with lubricant and that the crankshaft bearings arranged in the eccentric rings are also supplied with lubricant.
Weitere Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand schematischer Zeichnungen von Ausführungsbeispielen nachstehend beschrieben. Es zeigen:Further embodiments of the invention are described below using schematic drawings of embodiments. They show:
Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung einesFig. 1 is a perspective schematic representation of a
Vierzylindermotors zur Erläuterung des Grundprinzips,
15four-cylinder engine to explain the basic principle,
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Fig. 2 einen Vertikalschnitt gem. der Schnittlinie H-II in Fig. 1,Fig. 2 is a vertical section along the line H-II in Fig. 1,
Fig. 3 einen Teilquerschnitt durch den Kurbelwellenla-Fig. 3 a partial cross section through the crankshaft bearing
0 gerbereich eines Motors,0 range of an engine,
Fig. 4 einen Teillängsschnitt entsprechend der Linie IV-IV in Fig. 3,Fig. 4 is a partial longitudinal section along line IV-IV in Fig. 3,
Fig. 5 eine Ansicht auf den Koppelbereich in RichtungFig. 5 a view of the coupling area in the direction
des Pfeiles V in Fig. 4of arrow V in Fig. 4
Fig. 6 eine Stirnansicht einer Verstelleinrichtung mitFig. 6 a front view of an adjustment device with
Zahnsegment,
30tooth segment,
30
Fig. 7 eine Seitenansicht der Verstelleinrichtung gem.Fig. 7 is a side view of the adjustment device according to.
Fig. 6,Fig.6,
Fig. 8 eine Abdichtung der steuerseitigen Kurbelwellen-Fig. 8 a seal of the control side crankshaft
5 durchführung.5 implementation.
Wie die schematische Darstellung gem. Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Kurbelwelle 1 mit ihren Kurbelwellenlagern 2 in Ex-As can be seen from the schematic representation in Fig. 1, a crankshaft 1 with its crankshaft bearings 2 is in Ex-
zenterringen 3 gelagert, die ihrerseits verschwenkbar in entsprechenden Traglagern eines angedeuteten Motorblocks 4 gelagert sind. Mit der Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils die hier nur schematisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die Kurbelwelle ist in einer Stellung gezeigt, in der die Zylinder S1 und 64 sich in der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die Zylinder S2 und S2 in der unteren Totpunktstellung befinden.center rings 3, which in turn are pivotably mounted in corresponding support bearings of an indicated engine block 4. The pistons 6, only indicated schematically here, are connected to the crankshaft 1 via connecting rods 5. The crankshaft is shown in a position in which the cylinders S 1 and 6 4 are in the top dead center position, while the cylinders S 2 and S 2 are in the bottom dead center position.
Jeder Exzenterring 3 ist starr mit einem Schwenkhebel 7 verbunden, der jeweils durch ein Fenster 16 in dem Traglager 4.1, wie nachstehend noch näher beschrieben werden wird, nach unten herausgeführt ist. Die Schwenkhebel 7 sind über eine Koppelstange 8 fest miteinander verbunden, so daß ein synchrones Verschwenken aller Exzenterringe 3 möglich ist. Die Koppelstange 8 ist über eine Zugelement 9 mit einem schematisch dargestellten Stellantrieb 10 verbunden. Bei einer Bewegung der Zugelement 9in Richtung des Doppelpfeiles 11 werden die Schwenkhebel 7 entsprechend dem Doppelpfeil 11 hin 0 und her verschwenkt, so daß sich dementsprechend auch jeweils die Höhenlage der Kolben 6 sich verändertEach eccentric ring 3 is rigidly connected to a pivot lever 7, which is led out downwards through a window 16 in the support bearing 4.1, as will be described in more detail below. The pivot levers 7 are firmly connected to one another via a coupling rod 8, so that a synchronous pivoting of all eccentric rings 3 is possible. The coupling rod 8 is connected to a schematically shown actuator 10 via a tension element 9. When the tension element 9 moves in the direction of the double arrow 11, the pivot levers 7 are pivoted back and forth in accordance with the double arrow 11, so that the height of the pistons 6 also changes accordingly.
In Fig. 2 ist in einer schematischen Stirnansicht die Funktion des Systems näher erläutert. Wie aus der Stirnansicht ersichtlich, ist die Drehachse 13 der Kurbelwelle 1 exzentrisch zur Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3 angeordnet und wird über die Schwenkhebel 7 aus einer angenommenen Mittelstellung (der Schwenkhebel 7 weist hierbei senkrecht nach unten) in die dargestellte Stellung verschwenkt. Dadurch wird die Kur-0 belwellenachse 13 um das Maß a gegenüber der ortsfesten Schwenkachse 14 der Exzenterringe 3 angehoben. Das bedeutet aber auch, daß bei einer Drehung der Kurbelwelle der Kolbenboden 15 des Kolbens S1 in der oberen Totpunktstellung um das gleiche Maß näher an die obere Zylinderwandung heranreicht, so daß auch das Verdichtungsverhältnis entsprechend erhöht wird. Werden über den Schwenkhebel 7 die Exzenterringe 3 in die Gegenrichtung verschwenkt, dann wird die Kurbelwellenachse 13 gegenüber der im Motorblock 1 ortsfesten SchwenkachseIn Fig. 2, the function of the system is explained in more detail in a schematic front view. As can be seen from the front view, the rotation axis 13 of the crankshaft 1 is arranged eccentrically to the pivot axis 14 of the eccentric rings 3 and is pivoted via the pivot lever 7 from an assumed central position (the pivot lever 7 points vertically downwards) into the position shown. As a result, the crankshaft axis 13 is raised by the amount a relative to the stationary pivot axis 14 of the eccentric rings 3. This also means, however, that when the crankshaft rotates, the piston head 15 of the piston S 1 in the top dead center position reaches the same amount closer to the upper cylinder wall, so that the compression ratio is also increased accordingly. If the eccentric rings 3 are pivoted in the opposite direction via the pivot lever 7, the crankshaft axis 13 is raised relative to the stationary pivot axis in the engine block 1.
14 der Exzenterringe um ein entsprechendes Maß abgesenkt, so daß dann in der oberen Totpunktstellung der Abstand des Kolbenbodens 15 gegenüber der oberen Zylinderwandung vergrößert ist und dementsprechend das Verdichtungsverhältnis um ein entsprechendes Maß reduziert ist.14 of the eccentric rings are lowered by a corresponding amount, so that in the top dead center position the distance of the piston crown 15 from the upper cylinder wall is increased and accordingly the compression ratio is reduced by a corresponding amount.
Wie bereits aus der schematischen Zeichnung gem. Fig. 2 ersichtlich, weist das Traglager 4.1 für die Exzenterringe 3 ein Fenster 16 auf, durch das der Schwenkhebel 7 hindurchragt. Wie aus den Fig. 1, 2 und auch nachstehend Fig. 3 ersichtlich, ist es zweckmäßig, wenn die Schwenkhebel 7 jeweils nach unten in den Kurbelraum hineinragen.As can be seen from the schematic drawing in Fig. 2, the support bearing 4.1 for the eccentric rings 3 has a window 16 through which the pivot lever 7 protrudes. As can be seen from Figs. 1, 2 and also Fig. 3 below, it is expedient if the pivot levers 7 each protrude downwards into the crank chamber.
Für die Auslegung des Verstellsystems ist es zweckmäßig, wenn das Verhältnis des Durchmessers DKW des Kurbelwellenlagers 2 zum Durchmesser DA des Traglagers 4.1 für die Exzenterringe 3 dkw/°a = 0/5 bis 0,75 beträgt. Hierbei ist es ferner zweckmäßig, wenn das Verhältnis der Länge des Schwenkhebels 7 zum Durchmesser DA einen Wert L/Da = 1,2 bis 1,8 aufweist. Das 0 Verhältnis der Exzentrizität e zwischen der Kurbelwellenachse 13 und der Schwenkachse 14 zum Durchmesser Da beträgt zweckmäßig e/DA = 0,04 bis 0,08. Das Verhältnis der Exzentrizität e zur Länge L wird zweckmäßig mit e/L = 0,03 bis 0,07 vorgegeben.For the design of the adjustment system, it is expedient if the ratio of the diameter D KW of the crankshaft bearing 2 to the diameter D A of the support bearing 4.1 for the eccentric rings 3 is d kw/°a = 0/5 to 0.75. It is also expedient if the ratio of the length of the pivot lever 7 to the diameter D A has a value L/D a = 1.2 to 1.8. The 0 ratio of the eccentricity e between the crankshaft axis 13 and the pivot axis 14 to the diameter D a is expediently e/D A = 0.04 to 0.08. The ratio of the eccentricity e to the length L is expediently specified as e/L = 0.03 to 0.07.
In Fig. 3 ist in einem Querschnitt durch den unteren Bereich eines Motorblocks 4 die Lagersituation für die Kurbelwellenlagerung und die Ausgestaltung der Traglager 4.1 der Exzenterringe 3 in Einzelheiten näher dargestellt.In Fig. 3, in a cross section through the lower area of an engine block 4, the bearing situation for the crankshaft bearing and the design of the support bearings 4.1 of the eccentric rings 3 are shown in more detail.
Das Traglager 4.1 für den Exzenterring 3 wird durch einen geteilten Lagerstuhl gebildet, dessen oberer Teil durch einen Schale im Motorblock 4 und dessen unterer Teil durch eine Lagerdeckel 4.2 gebildet wird. Anders als bei herkömmlichen La-5 gerdeckeln, weist der Lagerdeckel bei dieser Konstruktion ein Fenster 16 auf, durch das der Schwenkhebel 7 nach unten in eine Ölwanne hineinragend geführt ist. Da die Breite der Lagerung durch die notwendige Breite des KurbelwellenlagersThe support bearing 4.1 for the eccentric ring 3 is formed by a split bearing block, the upper part of which is formed by a shell in the engine block 4 and the lower part by a bearing cover 4.2. Unlike conventional bearing covers, the bearing cover in this design has a window 16 through which the pivot lever 7 is guided downwards into an oil pan. Since the width of the bearing is determined by the necessary width of the crankshaft bearing
vorgegeben ist, reicht die um die Breite des Fensters reduzierte Breite der tragenden Lagerfläche des Lagerdeckels für die Aufnahme der Kräfte aus, so daß die Baulänge des Motors bei dieser Konzeption nicht vergrößert wird. 5is specified, the width of the bearing surface of the bearing cover reduced by the width of the window is sufficient to absorb the forces, so that the overall length of the motor is not increased with this design. 5
Der Exzenterring 3 ist in einen unteren Ringteil 3.1 und einen oberen Ringteil 3.2 geteilt, die miteinander verschraubt sind und das Kurbelwellenlager 2 halten.The eccentric ring 3 is divided into a lower ring part 3.1 and an upper ring part 3.2, which are screwed together and hold the crankshaft bearing 2.
Der obere Exzenterringteil 3.2 weist eine in Umfangsrichtung verlaufende Nut 17 auf, die mit einer radial nach innen geführten Bohrung 18 versehen ist. Im Motorblock 4 ist ein zentraler Ölkanal 19 angeordnet, von dem jeweils im Bereich der Traglager 4.1 Zweigkanäle 20 ausgehen, die im Bereich der Nut 17 des Exzenterringes 3 jeweils ausmünden. Durch diese Anordnung ist die Schmiermittelversorgung sowohl für das Traglager 4.1 als auch für das betreffende Kurbelwellenlager 2 gewährleistet. The upper eccentric ring part 3.2 has a groove 17 running in the circumferential direction, which is provided with a bore 18 that runs radially inwards. A central oil channel 19 is arranged in the engine block 4, from which branch channels 20 extend in the area of the support bearing 4.1, which each open out in the area of the groove 17 of the eccentric ring 3. This arrangement ensures that lubricant is supplied both to the support bearing 4.1 and to the relevant crankshaft bearing 2.
0 Das Zugelement 9 mit dem zugeordneten Aktuator 10 ist seitlich am Motorblock 4 angeordnet und aus der Ölwanne herausgeführt .0 The tension element 9 with the associated actuator 10 is arranged on the side of the engine block 4 and leads out of the oil pan.
Fig. 4 zeigt in einem Längsschnitt durch den Motorblock die Lageranordnung des Systems insgesamt. Die anhand von Fig. 3 erläuterten Bauteile sind in Fig. 4 durch korrespondierende Bezugszeichen kenntlich gemacht, so daß auf die vorstehende Beschreibung verwiesen werden kann. Die Zeichnung ist insoweit aus sich selbst heraus verständlich. Die Zeichnung 0 zeigt, daß die Fenster 16 in den Lagerdeckeln 4.2 und die Dicke der Schwenkhebel 7 in ihrer Erstreckung in Richtung der Kurbelwellenachse 13 so aufeinander abgestimmt sind, daß hierüber die axiale Führung der Exzenterringe 3 erfolgt.Fig. 4 shows the bearing arrangement of the system as a whole in a longitudinal section through the engine block. The components explained with reference to Fig. 3 are identified in Fig. 4 by corresponding reference numerals, so that reference can be made to the above description. The drawing is self-explanatory in this respect. The drawing 0 shows that the windows 16 in the bearing caps 4.2 and the thickness of the pivot levers 7 are coordinated with one another in their extension in the direction of the crankshaft axis 13 in such a way that the axial guidance of the eccentric rings 3 takes place via this.
Am abtriebseitigen Ende des Motors weist die Kurbelwelle 1 einen konzentrisch zur Kurbelwellenachse 13 ausgerichteten Ansatz 21 auf, der auf seiner Außenseite mit einer Verzahnung 22 versehen ist. Mit der Verzahnung 22 steht eine Innenver-At the output end of the engine, the crankshaft 1 has a projection 21 that is aligned concentrically to the crankshaft axis 13 and is provided with a toothing 22 on its outside. The toothing 22 is an internal connection.
zahnung 23 an der Schwungscheibe 24 in Verbindung, das konzentrisch zur Exzenterachse 14 ausgerichtet ist. Über die Verzahnung 22, 23 wird die Drehbewegung der Kurbelwelle auf den Abtrieb übertragen. Bei einer Verschwenkung der Exzenterringe um die Schwenkachse 14 rollt hierbei die Verzahnung 22 auf der Innenverzahnung 23 ab, so daß der Krafteingriff in jeder Schwenkstellung der Exzenterring 3 gewährleistet ist.toothing 23 on the flywheel 24, which is aligned concentrically to the eccentric axis 14. The rotational movement of the crankshaft is transmitted to the output via the toothing 22, 23. When the eccentric rings are pivoted about the pivot axis 14, the toothing 22 rolls on the internal toothing 23, so that the force engagement is guaranteed in every pivot position of the eccentric ring 3.
Es ist aber auch möglich, die Schwungscheibe 24 auf einer gesonderten, fest mit dem Motorblock 4 verbundenen und parallel zur Kurbelwellenachse 13 ausgerichteten Achse zu lagern. Die Kraftübertragung zwischen Kurbelwelle und Schwungscheibe kann dann über eine Rollenkette erfolgen, die zum Ausgleich der sich beim Verstellen der Kurbelwelle ergebenden unterschiedliehen Längen über Kettenspanner, beispielsweise hydraulische Kettenspanner, gestrafft wird.However, it is also possible to mount the flywheel 24 on a separate axis that is firmly connected to the engine block 4 and aligned parallel to the crankshaft axis 13. The power transmission between the crankshaft and the flywheel can then take place via a roller chain, which is tightened via chain tensioners, for example hydraulic chain tensioners, to compensate for the different lengths that arise when adjusting the crankshaft.
Das freie steuerseitige Ende 25 der Kurbelwelle 2 ist bei dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel mit einer Zahnriemenscheibe 26 fest verbunden, über die die üblichen Nebenantriebe wie Lichtmaschine, Ventilator, Kühlwasserpumpe etc. angetrieben werden. Da die Zahnriemenscheibe 26 konzentrisch zur Kurbelwellenachse 13 ausgerichtet und mit der Kurbelwelle 2 fest verbunden ist, müssen für den Zahnriemen entsprechende 5 Spannelemente vorgesehen werden, um die sich zwangsläufig ergebenden Längenänderungen bei einem Verschwenken der Exzenterringe 3 auszugleichen und den Zahnriemen für den Antrieb der Nebenaggregate immer unter konstanter Spannung zu halten. Bei dem hier dargestellten Beispiel ist für die Zahnriemenscheibe 26 ein gesondertes Lager 26.1 vorgesehen, das über eine flexible Dichtungsscheibe 26.2 am Motorblock 4 gehalten und die Durchführung durch die Stirnwand des Motorblocks abgedichtet ist. Gleichwohl werden die Relativbewegungen der Kurbelwelle 1 gegenüber dem Motorblock bei einer Verstellung 5 des Verdichtungsverhältnisses nicht beeinträchtigt. In Fig. 8 ist noch eine abgewandelte Lösung für diese Abdichtung näher erläutert.In the embodiment shown here, the free control-side end 25 of the crankshaft 2 is firmly connected to a toothed belt pulley 26, via which the usual auxiliary drives such as the alternator, fan, cooling water pump, etc. are driven. Since the toothed belt pulley 26 is aligned concentrically to the crankshaft axis 13 and firmly connected to the crankshaft 2, appropriate tensioning elements must be provided for the toothed belt in order to compensate for the inevitable changes in length when the eccentric rings 3 are pivoted and to always keep the toothed belt for driving the auxiliary units under constant tension. In the example shown here, a separate bearing 26.1 is provided for the toothed belt pulley 26, which is held to the engine block 4 via a flexible sealing disk 26.2 and the passage through the front wall of the engine block is sealed. Nevertheless, the relative movements of the crankshaft 1 with respect to the engine block are not affected when the compression ratio is adjusted. In Fig. 8 a modified solution for this sealing is explained in more detail.
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Es ist aber auch möglich, in gleicher Weise wie bei der Schwungscheibe 24, die Kurbelwelle 2 in diesem Bereich mit einem Zapfen mit Außenverzahnung zu versehen, der mit einer der Zahnriemenscheibe 26 zugeordneten Innenverzahnung zusammenwirkt, wenn die Zahnriemenscheibe 26 konzentrisch zur Schwenkachse 14 der Exzenterring 3 drehbar am Motorblock 4 gelagert ist. Ebenso ist es möglich, die Zahnriemenscheibe 26 separat zu lagern und über einen Kettenantrieb mit Kettenspanner anzutreiben, wie dies zuvor für die Schwungscheibe beschrieben wurde.However, it is also possible, in the same way as with the flywheel 24, to provide the crankshaft 2 in this area with a pin with external teeth, which interacts with an internal toothing assigned to the toothed belt pulley 26, if the toothed belt pulley 26 is mounted concentrically to the pivot axis 14 of the eccentric ring 3 on the engine block 4. It is also possible to mount the toothed belt pulley 26 separately and drive it via a chain drive with a chain tensioner, as was previously described for the flywheel.
Fig. 5 zeigt in einer Aufsicht die Ausbildung der Koppelstange 8 und der damit verbundenen Zugelement 9. Wie die Aufsicht erkennen läßt, sind die freien Enden der Schwenkhebel 7 jeweils zwischen Spannhülsen 27 eingespannt, die über eine durchgehende Spannschraube 28 fest miteinander verspannt sind und so eine Koppelstange bilden. Diese Koppelstange ist durch Lagerblöcke 9.1 des gabelförmig ausgebildeten Zugelements 9 hindurchgesteckt. Die Lagerblöcke 9.1 sind über einen Quer-0 steg 9.2 fest miteinander verbunden. Damit ist eine sehr steife Bauform für das Zugelement 9 gegeben, so daß in Verbindung mit der Lagerung und Ausgestaltung der Kuppelstange 8 eine exakt gleiche Verstellung aller Schwenkhebel 7 gewährleistet ist. Das Zugelement 9 ist mit einer zentralen Zugstange 10.1 des Aktuators 10 längeneinstellbar verbunden.Fig. 5 shows a top view of the design of the coupling rod 8 and the tension element 9 connected to it. As can be seen from the top view, the free ends of the pivot levers 7 are each clamped between clamping sleeves 27, which are firmly clamped together by a continuous clamping screw 28 and thus form a coupling rod. This coupling rod is inserted through bearing blocks 9.1 of the fork-shaped tension element 9. The bearing blocks 9.1 are firmly connected to one another by a crossbar 9.2. This provides a very rigid design for the tension element 9, so that in conjunction with the bearing and design of the coupling rod 8, an exactly identical adjustment of all pivot levers 7 is guaranteed. The tension element 9 is connected to a central tension rod 10.1 of the actuator 10 in a length-adjustable manner.
In Fig. 6 und 7 ist eine andere Ausführungsform für die Verschwenkung der Exzenterringe 3 dargestellt. In der Zeichnung sind lediglich die Exzenterringe 3 dargestellt. Auch hier 0 sind die Exzenterringe 3 jeweils mit einem Schwenkhebel 7 verbunden, die über eine Koppelstange 8 miteinander verbunden sind. An einem oder mehreren der Schwenkhebel 7 ist ein kreisbogenförmiges Zahnsegment 29 starr befestigt, dessen Mittelpunkt auf die Schwenkachse 14 bezogen ist. Mit dem Zahnsegment steht ein Ritzel 30 in Verbindung, das auf einer Welle 31 angeordnet ist, die mit einem Stellantrieb 10.2 verbunden ist.In Fig. 6 and 7, another embodiment for the pivoting of the eccentric rings 3 is shown. Only the eccentric rings 3 are shown in the drawing. Here too, the eccentric rings 3 are each connected to a pivot lever 7, which are connected to one another via a coupling rod 8. A circular-arc-shaped toothed segment 29 is rigidly attached to one or more of the pivot levers 7, the center of which is related to the pivot axis 14. A pinion 30 is connected to the toothed segment, which is arranged on a shaft 31, which is connected to an actuator 10.2.
&iacgr;&ogr;&iacgr;&ogr;
Sowohl bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 als auch bei der Ausführungsform gem. Fig. 6, 7 ist die Stellantrieb selbstsperrend ausgestaltet, so daß die im Betrieb über die jeweils im Expansionshub bzw. im Kompressionshub befindlichen Kolben 6 infolge der Exzentrizität zwischen der Kurbelwellenachse 13 und der Schwenkachse 14 auf die Exzenterringe 3 wirkenden Drehmomente aufgefangen werden und das über den Stellantrieb 10 jeweils eingestellte Verdichtungsverhältnis zuverlässig eingehalten wird.Both in the embodiment according to Fig. 3 and in the embodiment according to Fig. 6, 7, the actuator is designed to be self-locking, so that during operation the torques acting on the eccentric rings 3 via the pistons 6 in the expansion stroke or compression stroke as a result of the eccentricity between the crankshaft axis 13 and the pivot axis 14 are absorbed and the compression ratio set in each case via the actuator 10 is reliably maintained.
Während in Fig. 4 das durch den Motorblock 4 hindurchgeführte steuerseitige Ende der Kurbelwelle über eine flexible Dichtungsscheibe 26.2 abgedichtet ist, die eine bei einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses notwendige Querbewegung zuläßt, ist in Fig. 8 eine andere konstruktive Lösung dargestellt. While in Fig. 4 the control-side end of the crankshaft, which passes through the engine block 4, is sealed by a flexible sealing disk 26.2, which allows a transverse movement necessary when the compression ratio changes, Fig. 8 shows a different design solution.
Wie aus dem Teillängsschnitt gem. Fig. 8 ersichtlich, ist die Kurbelwelle 1 an ihrem aus dem Motorblock 4 herausgeführten 0 freien, steuerseitigen Ende 25 mit einem koaxial zur Kurbelwellenachse 13 angeordneten Wellenansatz 33 versehen, der in gleicher Weise, wie aus Fig. 4 ersichtlich, mit einer hier nicht näher dargestellten Zahnriemenscheibe 26 verbunden ist.As can be seen from the partial longitudinal section according to Fig. 8, the crankshaft 1 is provided at its free, control-side end 25 leading out of the engine block 4 with a shaft extension 33 arranged coaxially to the crankshaft axis 13, which is connected in the same way as can be seen from Fig. 4 to a toothed belt pulley 26 (not shown in detail here).
5 Zur Abdichtung der Durchführung der Kurbelwelle 1 durch den auch als Maschinengehäuse anzusehenden Motorblock 4 ist auf dem Wellenansatz 33 eine Dichtscheibe 34 relativ zum Wellenansatz rotierbar gelagert. Die Dichtscheibe 34 weist einen Nabenkörper 35 auf, mit dem ein radial nach außenweisender 0 Scheibenteil 36 verbunden ist.5 To seal the passage of the crankshaft 1 through the engine block 4, which can also be seen as the machine housing, a sealing disk 34 is mounted on the shaft extension 33 so that it can rotate relative to the shaft extension. The sealing disk 34 has a hub body 35 to which a disk part 36 pointing radially outwards is connected.
Über ein Lager 37, beispielsweise ein Nadellager, ist der Nabenkörper auf dem Wellenansatz 33 gelagert. Der Nabenkörper 35 ist ferner mit einem Dichtelement 38, beispielsweise einem Simmerring versehen, durch den der Innenraum des das Maschinengehäuse bildenden Motorblocks 4 im Zusammenwirken mit dem Wellenansatz 33 abgedichtet ist.The hub body is mounted on the shaft extension 33 via a bearing 37, for example a needle bearing. The hub body 35 is also provided with a sealing element 38, for example a shaft seal, by means of which the interior of the engine block 4 forming the machine housing is sealed in cooperation with the shaft extension 33.
Die Dichtscheibe 34 ist mit den beiden Flächen ihres Scheibenteils 36 in einem mit dem Motorblock 4 fest verbundenen Dichtgehäuse 39 relativ zu diesem bewegbar gehalten. Das Dichtgehäuse 39 besteht hierbei im wesentlichen aus einem Lagerdeckel 39.1, der eine Ausnehmung 39.2 aufweist, in der der Scheibenteil 36 gehalten ist und der durch einen Deckel 39.3 abgedeckt ist. Der Lagerdeckel 39.1 sowie der Deckel 39.3 sind auf ihren den Flächen des Scheibenteils 36 zugekehrten Flächen jeweils mit einer in Umfangsrichtung verlaufenden Dichtung 40 versehen, die an die Flächen des Scheibenteils 36 angedrückt sind.The sealing disk 34 is held with the two surfaces of its disk part 36 in a sealing housing 39 that is firmly connected to the engine block 4 so that it can move relative to the latter. The sealing housing 39 essentially consists of a bearing cover 39.1 that has a recess 39.2 in which the disk part 36 is held and which is covered by a cover 39.3. The bearing cover 39.1 and the cover 39.3 are each provided with a circumferentially extending seal 40 on their surfaces facing the surfaces of the disk part 36, which seal is pressed against the surfaces of the disk part 36.
Wird nun, wie vorstehend anhand von Fig. 2 beschrieben, über ein Verschwenken des Schwenkhebels 7 die Kurbelwelle 1 quer
zu ihrer Drehachse 13 in dem das Maschinengehäuse bildenden Motorblock 4 verlagert, dann kann sich der Scheibenteil 36 in
gleicher Weise innerhalb des Dichtgehäuses 39 unter Aufrechterhaltung der gewünschten Abdichtung verschieben. Die durch
die Dichtungen 40 auf den Scheibenteil 36 wirkenden Klemm-0 kräfte reichen normalerweise aus, um die Dichtscheibe reibschlüssig
im Dichtgehäuse zu halten, so daß diese sich nicht durch die Rotation der Kurbelwelle sondern nur bei einer
Querbewegung der Kurbelwelle über die Schwenkhebel 7 relativ zum Dichtgehäuse 39 bewegt wird.
25If, as described above with reference to Fig. 2, the crankshaft 1 is displaced transversely to its axis of rotation 13 in the engine block 4 forming the machine housing by pivoting the pivot lever 7, then the disk part 36 can move in the same way within the sealing housing 39 while maintaining the desired seal. The clamping forces acting on the disk part 36 through the seals 40 are normally sufficient to hold the sealing disk frictionally in the sealing housing, so that it is not moved by the rotation of the crankshaft but only by a transverse movement of the crankshaft via the pivot lever 7 relative to the sealing housing 39.
25
Um eine Belastung der Dichtungen 40 über das durch die Reibung des Lagers 37 und des Dichtelementes 38 in die Dichtscheibe 34 eingeleitete Drehmoment zu vermeiden, ist zweckmäßigerweise der Scheibenteil 36 an seinem Außenumfang mit ei-0 nem Schlitz 41 versehen, durch den ein im Deckel 39.3 und/oder Lagerdeckel 39.1 gehaltenen Arretierungsstift 42 hindurchgesteckt ist, der die Dichtscheibe 34 gegen ein Mitdrehen infolge der Lager- und Dichtungsreibung sichert.In order to avoid loading the seals 40 via the torque introduced into the sealing disk 34 by the friction of the bearing 37 and the sealing element 38, the disk part 36 is expediently provided on its outer circumference with a slot 41 through which a locking pin 42 held in the cover 39.3 and/or bearing cover 39.1 is inserted, which secures the sealing disk 34 against rotation as a result of the bearing and seal friction.
Die vorstehend beschriebene Abdichtung kann nicht nur für den hier beschriebenen Einsatzfall, sondern generell für jeden Anwendungsfall mit einer in einem Maschinengehäuse quer zu ihrer Drehachse verlagerbaren Welle eingesetzt werden.The seal described above can be used not only for the application described here, but generally for any application with a shaft that can be moved transversely to its axis of rotation in a machine housing.
Claims (7)
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|---|---|---|---|
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