WO2007057150A1 - Brennkraftmaschine - Google Patents

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WO2007057150A1
WO2007057150A1 PCT/EP2006/010891 EP2006010891W WO2007057150A1 WO 2007057150 A1 WO2007057150 A1 WO 2007057150A1 EP 2006010891 W EP2006010891 W EP 2006010891W WO 2007057150 A1 WO2007057150 A1 WO 2007057150A1
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transverse lever
connecting rod
lever
transverse
crankshaft
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PCT/EP2006/010891
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English (en)
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Inventor
Dieter Nowak
Hubert Schnüpke
Dietmar Schröer
Original Assignee
Daimler Ag
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/26—Compensation of inertia forces of crankshaft systems using solid masses, other than the ordinary pistons, moving with the system, i.e. masses connected through a kinematic mechanism or gear system
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/048—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16F—SPRINGS; SHOCK-ABSORBERS; MEANS FOR DAMPING VIBRATION
    • F16F15/00—Suppression of vibrations in systems; Means or arrangements for avoiding or reducing out-of-balance forces, e.g. due to motion
    • F16F15/22—Compensation of inertia forces
    • F16F15/24—Compensation of inertia forces of crankshaft systems by particular disposition of cranks, pistons, or the like
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/32—Engines characterised by connections between pistons and main shafts and not specific to preceding main groups

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating internal combustion engine having the features of the preamble of claim 1.
  • a reciprocating internal combustion engine with a variable compression ratio is known from the patent EP 1 307 642 B1.
  • a change in the compression ratio is achieved in that between a connecting rod, which is pivotally connected to a piston, and a crank of a crankshaft, a transverse lever is arranged.
  • the sequence of movement of the transverse lever can be manipulated by a Maupleuel, which is hinged on the one hand on the transverse lever and the other end is slidably mounted via an eccentric or a crank.
  • By turning the eccentric or the crank Maupleuel is moved at its end relative to the machine housing. Due to the articulated connection to the transverse lever this is rotated in its position relative to the crank of the crankshaft, whereupon the connecting rod shifts the piston in the cylinder direction. This results in a change in the compression ratio of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is to improve such a reciprocating internal combustion engine so that a simple and inexpensive to manufacture reciprocating internal combustion engine is provided with improved smoothness.
  • This object is achieved by a reciprocating internal combustion engine with the characterizing features of claim 1.
  • the reciprocating internal combustion engine according to the invention is characterized in that at a superposition of the transverse lever in a main view with a planar orthogonal axis system with the zero point of the axis system in the hinge point, a first axis through the second bearing point and a second axis perpendicular thereto, wherein by the two axes Plane is divided into four quadrants I to IV in a mathematically conventional manner and the first bearing point in the second quadrant II is arranged, a center of gravity of the transverse lever in one of the quadrant II, III or IV is arranged.
  • auxiliary connecting rod which guides the transverse lever, at its end remote from the transverse lever in a rotatable manner in a housing.
  • Such a housing-fixed mounting is most easily done by replacing an eccentric shaft which has a variable compression ratio Maupleuel and the cross lever initiated by a shaft or a shaft piece without eccentricity, which allows a pure rotation of the Maupleuels around this shaft.
  • the same crankcase and basic engine can be used without having to provide a complex adjustment and control.
  • a shift of the center of gravity with an advantageous effect is achieved by an arrangement in which the center of gravity of the transverse lever is displaced by an additional mass on the transverse lever in one of the quadrants II, III or IV.
  • the center of gravity can be produced particularly simply and inexpensively by means of an additional mass on the transverse lever. It is sufficient to increase the cross section of the cross lever beyond the level necessary for the strength. This can be done easily without additional screwing or editing.
  • Fig. 1 is a cylinder unit of an inventive
  • Fig. 2 shows a known cross lever of a known
  • FIG. 3 shows a cross lever according to the invention with a
  • a reciprocating internal combustion engine 1 with a crank mechanism 2 is shown.
  • the reciprocating internal combustion engine 1 consists of a housing 3, in which a piston 4 is slidably mounted in a cylinder 13 and a crankshaft 5, which rotates in the housing 3 about its axis of rotation 22.
  • the crank mechanism 2 consists of a connecting rod 6, which connects the piston 4 with a first lever arm 7 of a transverse lever 8, which in turn is rotatably mounted on a crank pin 9 of the crankshaft 5.
  • a second lever arm 10 of the transverse lever 8 is connected via a Maupleuel 11 with a Holding shaft 12 is connected, which supports the Maupleuel 11 in the housing 3.
  • the position of the center of gravity 14 of the transverse lever 8 represents a significant factor for the free forces in the engine and the vibration behavior of the reciprocating internal combustion engine 1.
  • a known transverse lever 8 of a known crank mechanism 2 is shown.
  • the transverse lever 8 has a first lever arm 7 and a second lever arm 10, which are at an angle of less than 180 ° to each other.
  • the transverse lever 8 is designed in its dimensions for low weight and sufficient strength.
  • the center of gravity 14 of the transverse lever 8 is in Fig.2 right above the pivot point 15, by which the transverse lever 8 rotates in the installed state to the crank pin 9. This position of the center of gravity 14 is in the different length of two lever arms 7, 10 and justified in the non-stretched position to each other.
  • FIG. 3 an inventive transverse lever 8 of a crank mechanism 2 is shown.
  • the transverse lever 8 is provided with an imaginary orthogonal axis system.
  • the zero point of the axis system is arranged in the pivot point 15 of the transverse lever 8.
  • a first axis 23 passes through the zero point and a second bearing point 20 on the second lever arm 10 of the transverse lever 8.
  • the second axis 24, which is perpendicular to the first axis 23, likewise passes through the zero point and divides the plane of the drawing into four quadrants I, II, III and IV
  • the arrangement of the first lever arm 7 and the second lever arm 10 relative to each other and relative to the hinge point 15 corresponds to the known arrangement of Fig. 2 to allow the function of a change in the compression.
  • the cross lever 8 according to the invention an additional mass 16 is added, which shifts the center of gravity 14 of the transverse lever 8 relative to the position in Fig. 2.
  • the center of gravity 14 is located in Fig. 3 in the quadrant IV.
  • the center of gravity 14 is located in Fig. 3 below a first connecting line 17 between the hinge point 15 and a first bearing point 18 on the first lever arm 7.
  • the center of gravity 14 is located in Fig. 3 also below a
  • the position designation "below” in Fig. 3 corresponds to a position of the center of gravity 14 of the transverse lever 8 at a position of the piston 4 at top dead center with highest compression, in the center of gravity 14 is displaced approximately in the direction of the axis of rotation 22 of the crankshaft 5.
  • the additional mass 16 is generated for example by a partial enlargement of the cross section of the transverse lever 8, which ercribt a simple and cost-effective solution. A more complex solution would also be possible by screwing on an additional weight.
  • crank mechanism of the reciprocating internal combustion engine 1 and crank mechanism 2 during operation of the reciprocating internal combustion engine 1 additional mass forces.
  • crankshaft rotation rotating mass forces 1st order can be compensated with counterweights 21 on the crankshaft 5.
  • Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 in four-cylinder design to provide. Balancing shafts can be dispensed with in the design according to the invention. Mass forces of higher order are negligible in the design according to the invention.
  • the advantage of the invention lies in a simple and cost-effective way the smoothness of a reciprocating internal combustion engine 1 with four cylinders 13 and a Kurbelqetriebe 2 by Anbrin ⁇ en an additional mass ifi on Cross lever 8 to improve significantly.
  • These advantages are particularly great when the invention is applied to an internal combustion engine developed from a series of different internal combustion engines.
  • internal combustion engines with an adjusting device for changing the compression ratio and those without such adjustment device with common components can be built on a production line.
  • an eccentric shaft and an associated torsion control are mounted instead of the support shaft 12.
  • the remaining components such as the housing 3, crankshaft 5, connecting rod 6, 8 and cross-over connecting rod 11 are identical.
  • a possibly necessary adaptation to a fixed predetermined compression can advantageously take place in the embodiment according to the invention by varying the compression height of the piston 4. But there are also different lengths of the individual levers of the crank gear 2 or a center shift of the support shaft 12 relative to a position of an eccentric shaft for determining the compression possible. It is also possible to rotatably support an eccentric shaft of an internal combustion engine with variable compression in the housing and to enable a cost-effective variant by saving an adjustment of the eccentric shaft.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) mit einem in einem Zylinder (13) in einem Gehäuse (3) verschieblich angeordneten Kolben (4), der mit einer Pleuelstange (6) gelenkig gekoppelt ist, deren Bewegung auf einen Hubzapfen (9) einer Kurbelwelle (5) übertragbar ist. Zwischen der Pleuelstange (6) und dem Hubzapfen (9) ist ein Übertragungsglied vorgesehen, das Übertragungsglied als Querhebel (8) ausgebildet ist, der über dem Gelenk an einem Gelenkpunkt (15) mit dem Hubzapfen (9) gekoppelt ist. Dieses Gelenk ist zwischen dem Querhebel (8) und dem Hubzapfen (9) mit Abstand zur Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten (18, 20) des Querhebels (8) zum Nebenpleuel (11) und der Pleuelstange (6) angeordnet. In einer Hauptansicht des Querhebels (8) wird dieser mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem überlagert, wobei der Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt (15) angeordnet ist. Eine erste Achse (23) geht durch den zweiten Lagerpunkt (20). Eine zweite Achse (24) ist zur ersten Achse (23) senkrecht. Durch die beiden Achsen (23, 24) ist eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt. Der erste Lagerpunkt (18) art am zweiten Quadranten II und ein Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) in einem Quadranten II, III oder IV angeordnet. Die Bewegung des Querhebels (8) wird über ein Nebenpleuel (11) gelenkt, das an seinem dem Querhebel (8) abgewandten Ende drehbeweglich in einem Gehäuse (3) gelagert ist.

Description

DaimlerChrysler AG
Brennkraftmaschine
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1.
Aus der Patentschrift EP 1 307 642 Bl ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis bekannt. Eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses wird dadurch erreicht, dass zwischen einer Pleuelstange, die mit einem Kolben gelenkig verbunden ist, und einer Kurbel einer Kurbelwelle ein Querhebel angeordnet ist. Der Bewegungsablauf des Querhebels ist über ein Nebenpleuel manipulierbar, das einerseits am Querhebel gelenkig befestigt ist und dessen anderes Ende über einen Exzenter oder eine Kurbel verschiebbar gelagert ist. Durch Verdrehen des Exzenters oder der Kurbel wird das Nebenpleuel an seinem Ende relativ zum Maschinengehäuse bewegt. Durch die gelenkige Verbindung zum Querhebel wird dieser in seiner Lage relativ zur Kurbel der Kurbelwelle verdreht, worauf die Pleuelstange den Kolben in Zylinderrichtung verschiebt. Damit erfolgt eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Hubkolbenbrennkraftmaschine so zu verbessern, dass eine einfach und kostengünstig herzustellende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit verbesserter Laufruhe bereitgestellt wird. Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Überlagerung des Querhebels in einer Hauptansicht mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem mit dem Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt, einer ersten Achse durch den zweiten Lagerpunkt und einer dazu senkrechten zweiten Achse, wobei durch die beiden Achsen eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt ist und der erste Lagerpunkt im zweiten Quadranten II angeordnet ist, ein Schwerpunkt des Querhebels in einem der Quadranten II, III oder IV angeordnet ist. Bei einem gattungsgemäßen Triebwerk einer Hubkolbenmaschine mit einem Querhebel und einem Nebenpleuel zusätzlich zu den bekannten Triebwerkselementen Kolben, Pleuelstange und Kurbelwelle entstehen durch die oszillierende und rotierende Bewegung der einzelnen Bauteile Kräfte und Momente. Durch geschickte Anordnung sowohl der Dreh- und Gelenkpunkte als auch der Schwerpunkte der einzelnen Elemente des Triebwerks ist es möglich, die Trägheits- und Fliehkräfte, die beim Bewegen der einzelnen Elemente entstehen, so miteinander zu überlagern, dass sie sich möglichst vollständig, zumindest jedoch teilweise gegeneinander aufheben. Derartige Maschinen bieten sich an, ein veränderliches Verdichtungsverhältnis zu ermöglichen. Wenn bei einer Motorenbaureihe mit einer derartigen Vorrichtung eine kostengünstige Einstiegsvariante ohne Verstellmöglichkeit bereitgestellt werden soll, ist es vorteilhaft, das Nebenpleuel, das den Querhebel führt, an seinem dem Querhebel abgewandten Ende drehbeweglich in einem Gehäuse zu lagern. Eine derartige gehäusefeste Lagerung erfolgt am einfachsten durch Ersetzen einer Exzenterwelle, die ein veränderliches Verdichtunσsverhältni s iiher riaq Nebenpleuel und den Querhebel initiiert, durch eine Welle oder ein Wellenstück ohne Exzentrizität, das eine reine Drehung des Nebenpleuels um diese Welle ermöglicht. Auf diese Weise kann für eine kostengünstige Einstiegsvariante der Motorenbaureihe das gleiche Kurbelgehäuse und Grundtriebwerk verwendet werden, ohne eine aufwändige Verstellvorrichtung und -Steuerung vorsehen zu müssen.
Eine Verschiebung des Schwerpunktes mit vorteilhafter Wirkung wird durch eine Anordnung erzielt, bei der der Schwerpunkt des Querhebels durch eine Zusatzmasse am Querhebel in einem der Quadranten II, III oder IV verschoben ist.
Besonders einfach und kostengünstig lässt sich der Schwerpunkt durch eine Zusatzmasse am Querhebel erzeugen. Es genügt dazu, den Querschnitt des Querhebels über das für die Festigkeit notwendige Maß hinaus zu vergrößern. Dies lässt sich ohne zusätzliche Verschraubung oder Bearbeitung einfach bewerkstelligen.
Durch die erfindungsgemäße Wahl der Lage und Größe des Schwerpunktes des Querhebels bei einem Einzylinder-Triebwerk verbleibt als resultierende Kraft aus den bewegten Massen des Triebwerkes eine in Gegenrichtung zur Kurbelwelle umlaufende Kraft 1. Ordnung. Eine derartige Kraft lässt sich beispielsweise durch eine Ausgleichswelle eliminieren. Alle übrigen Kräfte und Momente sind verschwindend gering oder gänzlich aufgehoben.
Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in Vierzylinder- Reihenbauart können durch geschickte Wahl der Abmessungen der Elemente des Triebwerkes und durch eine erfindungsgemäße Lage des Schwerpunktes des Querhebels die Massenkräfte und Massenmomente des Kurbeltriebs in ihrer 1. und 2. Ordnunσ vollständig ausgeglichen werden. Bei einer Vierzylinder- Reihenmaschine mit üblicher Kurbelzapfenanordnung der Kurbelwelle und Zündfolge heben sich die umlaufenden Kräfte 1. Ordnung des Einzylindertriebwerkes gegenseitig auf, wenn der Schwerpunkt des Querhebels erfindungsgemäß verschoben angeordnet ist. Dadurch wird eine hervorragende Laufruhe erzielt .
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert .
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Zylindereinheit einer erfindungsgemäßen
Hubkolbenbrennkraftmaschine, Fig. 2 einen bekannten Querhebel eines bekannten
Kurbeltriebs und Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Querhebel mit einer
Zusatzmasse.
In Fig. 1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit einem Kurbelgetriebe 2 gezeigt. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 besteht aus einem Gehäuse 3, in dem ein Kolben 4 in einem Zylinder 13 verschiebbar gelagert ist und einer Kurbelwelle 5, die sich im Gehäuse 3 um ihre Drehachse 22 dreht.
Das Kurbelgetriebe 2 besteht aus einer Pleuelstange 6, die den Kolben 4 mit einem ersten Hebelarm 7 eines Querhebels 8 verbindet, der seinerseits auf einem Hubzapfen 9 der Kurbelwelle 5 drehbar gelagert ist. Ein zweiter Hebelarm 10 des Querhebels 8 ist über ein Nebenpleuel 11 mit einer Haltewelle 12 verbunden, die das Nebenpleuel 11 im Gehäuse 3 lagert .
Die besondere Kinematik der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit dem Kurbelgetriebe 2 führt zu einer Annäherung der Hubfunktion des Kolbens 4 an eine Sinusform. Daher sind bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 in Reihenbauart die freien Massenkräfte 2. Ordnung in Richtung des Zylinders 13 wesentlich reduziert.
Durch die Bewegungen der einzelnen Bauteile, wie beispielsweise Pleuelstange 6, Nebenpleuel 11 und Querhebel 8 entstehen Kräfte höherer Ordnung in Richtung des Zylinders 13 und in Querrichtung dazu, die nicht ausgeglichen werden können. Besonders die Kräfte in Querrichtung der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 sind aus Gründen des Komforts in Kraftfahrzeugen ungünstig.
Die Lage des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 stellt eine wesentliche Einflussgröße für die freien Kräfte im Triebwerk und das Schwingungsverhalten der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 dar.
In Fig. 2 ist ein bekannter Querhebel 8 eines bekannten Kurbelgetriebes 2 gezeigt. Der Querhebel 8 weist einen ersten Hebelarm 7 und einen zweiten Hebelarm 10 auf, die in einem Winkel von weniger als 180° zueinander stehen. Der Querhebel 8 ist in seinen Abmessungen auf geringes Gewicht und ausreichende Festigkeit ausgelegt. Der Schwerpunkt 14 des Querhebels 8 liegt in der Fig.2 rechts oberhalb des Gelenkpunktes 15, um den sich der Querhebel 8 in eingebautem Zustand um den Hubzapfen 9 dreht. Diese Lage des Schwerpunktes 14 ist in der unterschiedlichen Länge der beiden Hebelarme 7, 10 und in der nicht gestreckten Lage zueinander begründet.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Querhebel 8 eines Kurbelgetriebes 2 gezeigt. Der Querhebel 8 ist mit einem gedachten orthogonalen Achsensystem versehen. Der Nullpunkt des Achsensystems ist im Gelenkpunkt 15 des Querhebels 8 angeordnet. Eine erste Achse 23 geht durch den Nullpunkt und einem zweiten Lagerpunkt 20 am zweiten Hebelarm 10 des Querhebels 8. Die zur ersten Achse 23 senkrecht angeordnete zweite Achse 24 geht ebenfalls durch den Nullpunkt und teilt die Zeichenebene in vier Quadranten I, II, III und IV. Die Anordnung des ersten Hebelarms 7 und des zweiten Hebelarms 10 zueinander und relativ zum Gelenkpunkt 15 entspricht der bekannten Anordnung aus Fig. 2 um die Funktion einer Veränderung der Verdichtung zu ermöglichen. Jedoch ist dem erfindungsgemäßen Querhebel 8 eine Zusatzmasse 16 zugefügt, die den Schwerpunkt 14 des Querhebels 8 gegenüber der Lage in Fig. 2 verschiebt. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 3 im Quadranten IV. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 3 unterhalb einer ersten Verbindungslinie 17 zwischen dem Gelenkpunkt 15 und einem ersten Lagerpunkt 18 am ersten Hebelarm 7. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 3 außerdem unterhalb einer zweiten Verbindungslinie 19 zwischen dem Gelenkpunkt 15 und einem zweiten Lagerpunkt 20 am zweiten Hebelarm 10. Die Lagebezeichnung „unterhalb" in Fig. 3 entspricht einer Lage des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 bei einer Stellung des Kolbens 4 im oberen Totpunkt mit höchster Verdichtung, bei der der Schwerpunkt 14 ungefähr in die Richtung zur Drehachse 22 der Kurbelwelle 5 verschoben ist.
Die Zusatzmasse 16 ist beispielsweise durch eine partielle Vergrößerung des Querschnitts des Querhebels 8 erzeugt, was eine einfache und kostengünstige Lösung ercribt. Eine aufwändigere Lösung wäre auch durch Anschrauben eines Zusatzgewichtes möglich.
Durch die Verschiebung des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 auf Grund der Zusatzmasse 16 ergeben sich im Kurbeltrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 und Kurbelgetriebe 2 beim Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 zusätzliche Massenkräfte. In Kurbelwellendrehrichtung umlaufende Massenkräfte 1. Ordnung können mit Gegengewichten 21 auf der Kurbelwelle 5 ausgeglichen werden.
Bei einem Einzylindertriebwerk in erfindungsgemäßer Bauweise bleiben als Massenkräfte niedriger Ordnung nur Massenkräfte 1. Ordnung übrig, die entgegen der Kurbelwelle 5 umlaufen. Diese Massenkräfte können durch eine nicht gezeigte Ausgleichswelle ausgeglichen werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 in Reihenbauweise mit einer üblichen Anordnung der Hubzapfen 9 auf der Kurbelwelle 5 gleichen sich auch die verbliebenen Massenkräfte 2. Ordnung ohne Ausgleichswelle auf Grund der Zusatzmasse 16 mit verschobenem Schwerpunkt 14 am Querhebel 8 vollständig aus. Auf diese Weise ist es möglich eine laufruhige
Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 in Vierzylinderbauweise zur Verfügung zu stellen. Auf Ausgleichswellen kann bei der erfindungsgemäßen Bauart verzichtet werden. Massenkräfte höherer Ordnung sind bei der erfindungsgemäßen Bauart verschwindend gering.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit die Laufruhe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 und einem Kurbelqetriebe 2 durch Anbrinαen einer Zusatzmasse Ifi am Querhebel 8 wesentlich zu verbessern. Diese Vorteile sind besonders groß, wenn die Erfindung bei einer Brennkraftmaschine angewandt wird, die aus einer Baureihe verschiedener Brennkraftmaschinen entwickelt wird. Auf diese Weise können Brennkraftmaschinen mit einer Verstellvorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses und solche ohne eine derartige Verstellvorrichtung mit gemeinsamen Bauteilen auf einer Fertigungsanlage gebaut werden. Bei einer Ausführung mit einer Verstellvorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses werden an Stelle der Haltewelle 12 eine Exzenterwelle und eine dazugehörende Verdrehsteuerung montiert. Die übrigen Bauteile wie Gehäuse 3, Kurbelwelle 5, Pleuelstange 6, Querhebel 8 und Nebenpleuel 11 sind baugleich. Eine unter Umständen notwendige Anpassung an eine fest vorgegebene Verdichtung kann bei der erfindungsgemäßen Ausführung vorteilhaft durch Variation der Kompressionshöhe des Kolbens 4 erfolgen. Es sind aber auch unterschiedliche Längen der einzelnen Hebel des Kurbelgetriebes 2 oder eine Mittenverschiebung der Haltewelle 12 gegenüber einer Lage einer Exzenterwelle zur Festlegung der Verdichtung möglich. Es ist auch möglich, eine Exzenterwelle einer Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung drehfest im Gehäuse zu lagern und durch Einsparung einer Verstelleinrichtung der Exzenterwelle eine kostengünstige Variante zu ermöglichen.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) mit einem in einem Zylinder (13) in einem Gehäuse (3) verschieblich angeordneten Kolben (4), der mit einer Pleuelstange (6) gelenkig gekoppelt ist, deren Bewegung auf einen Hubzapfen (9) einer Kurbelwelle (5) übertragbar ist, wobei zwischen der Pleuelstange (6) und dem Hubzapfen (9) ein Übertragungsglied vorgesehen ist, wobei das Übertragungsglied als Querhebel (8) ausgebildet ist, der über ein Gelenk an einem Gelenkpunkt (15) mit dem Hubzapfen (9) gekoppelt ist, wobei dieses Gelenk in einem Bereich zwischen einem ersten Lagerpunkt (18) des Querhebels (8) zur Pleuelstange (6) und einem zweiten Lagerpunkt (20) des Querhebels (8) zu einem Nebenpleuel (11) liegt, und wobei das Gelenk zwischen Querhebel (8) und Hubzapfen (9) mit Abstand zur Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten (18, 20) des Querhebels (8) zum Nebenpleuel (11) und der Pleuelstange (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überlagerung des Querhebels (8) in einer Hauptansicht mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem mit dem Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt (15), einer ersten Achse (23) durch den zweiten Lagerpunkt (20) und einer dazu senkrechten zweiten Achse (24), wobei durch die beiden Achsen (23, 24) eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt ist und der erste Lagerpunkt (18) im zweiten Quadranten II angeordnet ist, ein Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) in einem der Quadranten II, III oder IV angeordnet ist und die Bewegung des Querhebels (8) über das Nebenpleuel (11) gelenkt wird, das an seinem dem Querhebel (8) abgewandten Ende drehbeweglich im Gehäuse (3) gelagert ist.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) durch eine Zusatzmasse (16) am Querhebel (8) in einem der Quadranten II, III oder IV verschoben ist.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (16) zur Verschiebung des Schwerpunktes (14) des Querhebels (8) durch eine Vergrößerung des Querhebels (8) über das für die Festigkeit notwendige Maß hinaus erzeugt ist.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem Zylinder (13) die Massenverteilung des Querhebels (8) in Abhängigkeit von rotierenden und oszillierenden Massenanteilen des aus Kolben (4), Pleuelstange (6), Querhebel (8), Nebenpleuel (11) und Kurbelwelle (5) bestehenden Kurbeltriebes so gewählt ist, dass sich die Massenkräfte des Kurbeltriebes auf eine gegen die Drehrichtung der Kurbelwelle (5) umlaufende Kraft 1. Ordnung reduzieren.
5. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hubkolbenmaschine (1) mit 4 Zylindern (13) in Reihenbauart die Massenverteilung des Querhebels (8) in Abhängigkeit von rotierenden und oszillierenden Massenanteilen des aus Kolben(4), Pleuelstange (6), Querhebel (8), Nebenpleuel (11) und Kurbelwelle (5) bestehenden Kurbeltriebes so gewählt ist, dass sich die Massenkräfte und Massenmomente des Kurbeltriebs 1. und 2 Ordnung nahezu vollständig ausgleichen.
PCT/EP2006/010891 2005-11-17 2006-11-14 Brennkraftmaschine WO2007057150A1 (de)

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