WO2012139610A1

WO2012139610A1 - Stelleinrichtung zum variablen einstellen eines verdichtungsverhältnisses einer verbrennungskraftmaschine

Info

Publication number: WO2012139610A1
Application number: PCT/EP2011/006126
Authority: WO
Inventors: Klaus Fieweger; Hansjörg FINKBEINER; Gernot Kurtzer; Markus Lengfeld; Dietmar Schröer; Georg Seidel; Alexander Von Gaisberg-Helfenberg
Original assignee: Daimler Ag
Priority date: 2011-04-15
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2012-10-18
Also published as: DE102011101780A1

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung (12) zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem ersten um eine Drehachse (26) drehbaren Wellenteil (28) und mit wenigstens einem zweiten, um eine Drehachse (26) drehbaren Wellenteil (36), über welche das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist und zwischen welchen ein Drehmoment übertragbar ist, wobei in einem Drehmomentenfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil (28, 36) wenigstens ein Kopplungselement (40) zur Übertragung des Drehmoments angeordnet ist, mittels welchem ein Achsversatz zwischen den Wellenteilen (28, 36) ausgleichbar ist.

Description

Stelleinrichtung zum variablen Einstellen eines Verdichtungsverhältnisses

Verbrennungskraftmaschine

Die Erfindung betrifft eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 angegebenen Art.

Die DE 601 17 646 T2 offenbart einen Verbrennungsmotor mit einem Zylinderblock mit einem Zylinder, in dem sich ein Kolben hin und her bewegt. Der Verbrennungsmotor umfasst eine Kurbelwelle, die drehbar in dem Zylinderblock installiert ist, wobei die Kurbelwelle einen Kurbelstift und ein Gegengewicht umfasst. Es ist ein Mechanismus zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses mit einem oberen Verbindungsglied vorgesehen, dessen eines Ende schwenkbar mit einem Kolbenstift des Kolbens verbunden ist. Der Mechanismus weist ein unteres Verbindungsglied auf, das schwenkbar auf dem Kurbelstift der Kurbelwelle angeordnet ist und dessen einer Teil schwenkbar mit dem anderen Ende des oberen Verbindungsglieds verbunden ist.

Darüber hinaus ist eine Steuerwelle vorgesehen, die sich im Wesentlichen parallel zur Kurbelwelle erstreckt. Der Mechanismus umfasst ferner ein Steuerverbindungsglied, dessen erstes Ende schwenkbar mit dem anderen Teil des unteren Verbindungsglieds verbunden ist. Darüber hinaus weist der Mechanismus einen exzentrischen Lageraufbau auf, über den ein zweites Ende des Steuerverbindungsglieds mit der Steuerwelle verbunden ist, so dass eine Drehung der Steuerwelle um ihre Achse ein Schwenken des unteren Verbindungsglieds um den Kurbelstift veranlasst, wodurch der Hub des Kolbens variiert wird.

Dabei ist vorgesehen, dass der Mechanismus zum Variieren des

Verdichtungsverhältnisses derart angeordnet ist, dass aus einer Axialrichtung der Kurbelwelle gesehen das erste Ende des Steuerverbindungsglieds auf derselben Seite liegt wie eine Drehachse der Steuerwelle in Bezug auf eine imaginäre Bezugslinie und eine am weitesten entfernte Position von der imaginären Bezugslinie einnimmt, wobei die Drehachse der Steuerwelle außerhalb eines durch den Umfang des Gegengewichts beschriebenen Kreises liegt und näher zu der imaginären Bezugslinie liegt als die am weitesten entfernte Position, und wobei die imaginäre Bezuglinie eine Linie ist, die sich entlang einer Achse des Zylinders durch eine Drehachse der Kurbelwelle erstreckt.

Diese sowie anderweitige, aus der Entwicklung von Verbrennungskraftmaschinen bekannte Stelleinrichtungen zum variabeln Einstellen wenigstens eines

Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine weisen dabei wenigstens zwei Wellenteile auf, zwischen welchen Kräfte und/oder Drehmomente zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses übertragbar sind. Es hat sich gezeigt, dass es bei den bekannten Stellvorrichtungen zu einer unerwünscht hohen Schwergängigkeit der Stelleinrichtungen kommen kann, was die Funktion der

Stelleinrichtungen insbesondere hinsichtlich ihrer Stelldynamik negativ beeinflusst.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine bereitzustellen, welche eine verbesserte Funktion aufweist.

Diese Aufgabe wird durch eine Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen mit zweckmäßigen und nichttrivialen Weiterbildungen der Erfindung sind in den übrigen Ansprüchen angegeben.

Eine solche Stelleinrichtung zum variablen Einstellen wenigstens eines

Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine, insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine, umfasst wenigstens ein erstes um eine

Drehachse drehbares Wellenteil. Ferner ist wenigstens ein zweites, um eine Drehachse drehbares Wellenteil vorgesehen. Über die Wellenteile ist das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar, indem zwischen den Wellenteilen ein Drehmoment übertragbar ist.

Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass in einem Drehmomentenfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil wenigsten ein Kopplungselement zur Übertragung des Drehmoments beziehungsweise von Drehmomenten angeordnet ist, mittels welchem ein Achsversatz zwischen den Wellenteilen ausgleichbar ist. Dies bedeutet, dass das Kopplungselement als Übertragungselement fungiert, so dass zwischen den Wellenteilen ein Drehmoment übertragen werden kann. Darüber hinaus weist das Kopplungselement die weitere Funktion auf, insbesondere radiale Versätze, das heißt unerwünschte

Orientierungen der Wellenteile zueinander insbesondere in radialer Richtung dieser auszugleichen und zu kompensieren. Das Kopplungselement kann dadurch Spannungen und somit eine Schwergängigkeit, insbesondere ein Klemmen, der Stelleinrichtung vermeiden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer zumindest im Wesentlichen fluchtenden Anordnung der Wellenteile.

Während des Betriebs sowie über eine hohe Lebensdauer hinweg und/oder bei der Montage kann es dabei zu unerwünschten Abweichungen der bevorzugt fluchtenden Ausrichtung der Wellenteile zueinander kommen. Diese Abweichung kann nun durch das Kopplungselement kompensiert werden, so dass zwischen den Wellenteilen

Drehmomente zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses effizient und mit einer erwünschten Leichtgängigkeit übertragen werden können.

Diese auch über eine hohe Lebensdauer hinweg gewährleistete Leichtgängigkeit der Stelleinrichtung führt auch zu dem Vorteil, dass beispielsweise ein Motor, insbesondere ein Elektromotor, der Stelleinrichtung besonders gering hinsichtlich seiner Dimensionen und seiner Leistungsaufnahme ausgelegt werden kann. Dies ist der Fall, da der

Stellmotor infolge der Leichtgängigkeit nur geringe Drehmomente zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses aufwenden beziehungsweise aufbringen muss. Dies hält den Bauraumbedarf des Motors gering, was mit einem nur geringen Bauraumbedarf sowie mit einem geringen Gewicht der gesamten

Stelleinrichtung einhergeht. Dadurch lassen sich Package-Probleme insbesondere in einem platzkritischen Bereich wie einem Motorraum eines Kraftwagens, insbesondere eines Personenkraftwagens, vermeiden und/oder lösen.

Die Kopplung der Wellenteile über das Kopplungselement ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn das erste Wellenteil einer ersten Komponente, Aggregat oder dergleichen der Stelleinrichtung zugeordnet ist und wenn das zweite Wellenteil einer anderweitigen Komponente, Aggregat oder dergleichen der Stelleinrichtung zugeordnet ist. Insbesondere dann ist die Wahrscheinlichkeit, dass es zu einer wenn auch nur geringfügigen Relativbewegung, insbesondere in radialer Richtung der Wellenteile, kommt, relativ hoch. Insbesondere kann es zu den Relativbewegungen kommen, wenn die Komponenten, Aggregate oder dergleichen auf unterschiedliche Art und Weise gehalten und über jeweilige Gehäuse an anderweitigen, unterschiedlichen Gehäusen festgelegt sind. Diese unterschiedlichen Lagerungs- und Halterungsbedingungen können insbesondere aufgrund von unterschiedlichen Temperaturbelastungen und/oder Temperaturausdehnungsverhalten zu entsprechenden Relativbewegungen der

Wellenteile zueinander führen. Diese Relativbewegungen, welche zu einem Achsversatz der Wellenteile führen können, können durch das Kopplungselement vorteilhafterweise kompensiert werden. So kann ein Verspannen und Verklemmen der Stelleinrichtung vermieden werden, was zu einer sehr guten Leichtgängigkeit und somit zu einer verbesserten Funktion der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung führt.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung sind die Wellenteile über das Kopplungselement drehfest zur Übertragung des Drehmoments miteinander verbunden. Mit anderen Worten ist das Kopplungselement bevorzugt in Umfangsrichtung der Wellenteile drehsteif, ermöglicht aber gleichzeitig den geschilderten

Achsversatzausgleich. Infolge der Drehsteifigkeit und der daraus resultierenden drehfesten Verbindung der Wellenteile miteinander können die Drehmomente zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses besonders effizient übertragen werden. So weist die erfindungsgemäße Stelleinrichtung einen nur geringen Energiebedarf auf, was den Energiebedarf der gesamten Verbrennungskraftmaschine gering hält. Dies führt wiederum zu einem geringen Kraftstoffverbrauch und somit zu geringen C0₂-Emissionen der Verbrennungskraftmaschine.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das erste Wellenteil eine Abtriebswelle des Motors, insbesondere des Elektromotors, der Stelleinrichtung. Insbesondere zwischen der Abtriebswelle des Motors und des sich daran

anschließenden, zweiten Wellenteils kann es aufgrund der geschilderten

unterschiedlichen Lagerungsbedingungen beispielsweise der Abtriebswelle über ein Gehäuse des Motors und des zweiten Wellenteils zu einem Achsversatz zwischen der Abtriebswelle und dem zweiten Wellenteil kommen, der durch das Kopplungselement zu kompensieren ist.

Die Abtriebswelle und das zweite Wellenteil sind dabei über das Kopplungselement in Umgangsrichtung verbunden, so dass ein von dem Motor, insbesondere dem

Elektromotor, aufgebrachtes Drehmoment über die Abtriebswelle auf das zweite

Wellenteil übertragen werden kann.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das zweite Wellenteil eine Eingangswelle eines Getriebes der Stelleinrichtung ausgebildet. Auch zwischen der Eingangswelle des Getriebes und dem ersten Wellenteil kann es besonders

wahrscheinlich zu dem Achsversatz kommen, insbesondere aufgrund der geschilderten unterschiedlichen Lagerungsbedingungen des ersten Wellenteils und des zweiten

Wellenteils beispielsweise über ein Gehäuse des Getriebes. Das Kopplungselement ermöglicht einen Ausgleich des Achsversatzes, so dass Drehmomente, welche

insbesondere von dem Motor der Stelleinrichtung aufgebracht werden, in das Getriebe besonders effizient und verlustarm eingeleitet werden können.

Das Getriebe der Stelleinrichtung birgt insbesondere den Vorteil, dass auch relativ geringe Drehmomente, welche beispielsweise von dem Elektromotor aufgebracht werden, in demgegenüber wesentlich höhere Drehmomente, so genannte Stellmomente, zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses umgewandelt werden können. Dazu weist das Getriebe bevorzugt eine von Eins unterschiedliche Übersetzung auf. Infolge dieser Umwandlungsmöglichkeit der relativ geringen

Drehmomente in die dazu höheren Stellmomente kann der Motor besonders klein hinsichtlich seiner Dimensionen und seiner Leistungsaufnahme ausgestaltet werden, was mit einem besonders geringen Bauraumbedarf und einem geringen Gewicht der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung einher geht.

Das Getriebe weist dabei wenigstens zwei Zahnräder auf, welche über jeweilige

Verzahnungen miteinander in Eingriff stehen. Dabei kann vorgesehen sein, dass ein erstes der Zahnräder mit der Eingangswelle des Getriebes drehfest gekoppelt oder koppelbar ist. Über die Eingangswelle wird ein Drehmoment von dem Elektromotor in das Getriebe eingeleitet und auf das Zahnrad übertragen. In diesem Drehmomentenfluss von dem Elektromotor zu dem Getriebe, ist dabei stromauf des Zahnrads und stromauf der Eingangswelle das Kopplungselement zwischen der Eingangswelle und der Abtriebswelle angeordnet, um Achsversätze und radiale Relativbewegungen zu kompensieren.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung ist das erste Wellenteil eine

Ausgangswelle des Getriebes der Stelleinrichtung. So ist es möglich, alternativ oder ergänzend ausgangsseitig des Getriebes einen entsprechenden Achsversatz zu kompensieren und so eine unerwünschte Schwergängigkeit und insbesondere ein Verklemmen der Stelleinrichtung zu vermeiden.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass das zweite Wellenteil eine Verstellwelle,

insbesondere eine Exzenterwelle, der Stelleinrichtung ist. Auf diese Verstellwelle werden zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses Drehmomente von der Ausgangswelle des Getriebes übertragen. Durch die Anordnung des

Kopplungselements zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und der Verstellwelle kann ein entsprechend radialer Versatz (Achsversatz) zwischen der Ausgangswelle und der Verstellwelle kompensiert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft bei einer zumindest im Wesentlichen fluchtenden Anordnung der Ausgangswelle und der

Verstellwelle. Diese fluchtende Anordnung ist über eine besonders hohe Lebensdauer hinweg Belastungen unterworfen. Dadurch sowie durch montage- und/oder

herstellungsbedingte Toleranzen und/oder aufgrund von Verschleiß kann es zu

Abweichung der fluchtenden Anordnung über die Lebensdauer der Stelleinrichtung hinweg kommen. Diese Abweichungen sind dabei durch das Kopplungselement zumindest im Wesentlichen kompensierbar.

Durch die jeweilige Anordnung eines jeweiligen Kopplungselements zwischen der Abtriebswelle des Motors und der Eingangswelle des Getriebes und zwischen der Ausgangswelle des Getriebes und der Verstellwelle sind Achsversätze sowohl eingangsseitig als auch ausgangsseitig des Getriebes kompensierbar, was eine besonders hohe Leichtgängigkeit der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung gewährleistet.

Insbesondere zwischen der Abtriebswelle des Elektromotors und der Eingangswelle des Getriebes und somit zwischen dem Elektromotor und dem Getriebe treten relativ kleine Drehmomente auf, so dass das Kopplungselement besonders klein hinsichtlich seines Gewichts und seiner Dimensionen gehalten werden kann. Dies hält den Bauraumbedarf der erfindungsgemäßen Stelleinrichtung besonders gering.

Bevorzugt sind das Kopplungselement und das entsprechende Wellenteil, insbesondere die Abtriebswelle des Elektromotors, über eine jeweilige Steckverbindung miteinander verbunden. Dies ermöglicht eine zeit- und kostengünstige Montage der

erfindungsgemäßen Stelleinrichtung. Ebenso ist es dadurch möglich, den Motor bei der Montage der Stelleinrichtung mittels einer einfachen und schmiermitteldichten, insbesondere öldichten, Steckverbindung, welche als Einpass bezeichnet wird, zu montieren. Eine zeit- und kostenaufwändige Ausrichtung der Abtriebswelle des Motors und damit des Elektromotors selbst relativ zur Eingangswelle des Getriebes ist nicht vorgesehen und nicht vonnöten.

Bei einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung ist das Kopplungselement zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung der Wellenteile biegeelastisch, das heißt biegeweich, ausgebildet. Dies bedeutet, dass die Wellenteile im Rahmen der elastischen Verformbarkeit des Kopplungselements relativ zueinander bewegt werden können, so dass dadurch der Achsversatz zwischen den Wellenteilen ausgleichbar ist bei gleichzeitiger Gewährleistung der Übertragbarkeit von Drehmomenten zwischen den Wellenteilen. Dadurch können auch Verkippungen zwischen den Wellenteilen

kompensiert werden.

Vorteilhafterweise ist das Kopplungselement als Oldham-Kupplung ausgebildet. Dies birgt den Vorteil, dass dadurch auch relativ große Achsversätze ausgeglichen werden können bei gleichzeitiger Realisierung der Übertragbarkeit der Drehmomente zwischen den Wellenteilen. Darüber hinaus weist das Kopplungselement dadurch besonders geringe Kosten sowie ein geringes Gewicht auf, was die Kosten und das Gewicht der

erfindungsgemäßen Stelleinrichtung gering hält.

Ebenso kann vorgesehen sein, dass das Kopplungselement als Balgkupplung

ausgebildet ist. Dadurch ist das Kopplungselement in radialer Richtung besonders biegeelastisch ausgebildet und ermöglicht gleichzeitig die effiziente Übertragung der Drehmomente zwischen den Wellenteilen.

Weitere Vorteile, Merkmale und Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels sowie anhand der Zeichnung. Die vorstehend in der Beschreibung genannten Merkmale und

Merkmalskombinationen sowie die nachfolgend in der Figurenbeschreibung genannten und/oder in der Figur alleine gezeigten Merkmale und Merkmalskombinationen sind nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar, ohne den Rahmen der Erfindung zu verlassen.

Die Zeichnung zeigt in der Figur ausschnittsweise eine schematische Schnittansicht einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine mit einer Stelleinrichtung zum variablen

Einstellen wenigstens eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine, wobei die Stelleinrichtung einen Elektromotor mit einer Abtriebswelle und ein Getriebe mit einer Eingangswelle umfasst, und wobei zwischen der Abtriebswelle und der Eingangswelle eine Kupplung angeordnet ist, mittels welcher Achsversätze zwischen der Abtriebswelle und der Eingangswelle kompensierbar sind.

Die Figur zeigt eine Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis. Die Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 umfasst wenigstens einen Brennraum in Form eines Zylinders, in welchem ein Kolben translatorisch relativ zu dem Zylinder verschiebbar angeordnet ist. Der Kolben ist über einen Kolbenbolzen gelenkig mit einem Pleuel verbunden, welches wiederum gelenkig mit einem Hebelelement einer Stelleinrichtung 12 zum variablen Einstellen des zu dem Kolben und dem Zylinder korrespondierenden Verdichtungsverhältnisses gelenkig verbunden ist. Das Hebelelement ist dabei an einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine relativ zu dem Kurbelzapfen verdrehbar gelagert. Darüber hinaus ist das einerseits mit dem Pleuel gelenkig verbundene Hebelelement andererseits mit einer Verstellwelle in Form einer Exzenterwelle 14 der Stelleinrichtung 12 zumindest mittelbar gelenkig verbunden. Dazu ist beispielsweise ein Nebenpleuel vorgesehen, welches einerseits mit dem Hebelelement gelenkig verbunden ist und andererseits an einem Exzenter der Exzenterwelle 14 relativ zu dem Exzenter verdrehbar gelagert ist.

Die Exzenterwelle 14 ist dabei um eine Drehachse 16 drehbar gelagert. Durch Verdrehen der Exzenterwelle 14 um die Drehachse 16 wird das Hebelelement relativ zu dem

Hubzapfen verdreht, was eine translatorische Bewegung des Kolbens relativ zu dem Zylinder bewirkt. Dadurch wird das Verdichtungsverhältnis variabel eingestellt.

Die Kurbelwelle ist in einem Kurbelgehäuse 18 der Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine an dem Kurbelgehäuse 18 relativ zu diesem um eine Drehachse drehbar gelagert. Durch die Kopplung des Kolbens über das Pleuel und das Hebelelement mit der Kurbelwelle können translatorische Bewegungen des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle umgewandelt werden.

Auch die Exzenterwelle 14 ist in dem Kurbelgehäuse 18 an diesem um die Drehachse 16 relativ zum Kurbelgehäuse 18 drehbar gelagert. Zur Schmierung und Kühlung der Exzenterwelle 14 ist durch das Kurbelgehäuse 18 wenigstens bereichsweise ein insbesondere der Exzenterwelle 14 zugeordneter Ölraum 20 begrenzt, in welchem Schmieröl zum Schmieren und Kühlen der Exzenterwelle 14 aufgenommen werden kann.

Zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses umfasst die Stelleinrichtung 12 einen Elektromotor 22. Der Elektromotor 22 umfasst ein Gehäuse 24 sowie einen relativ zum Gehäuse 24 festen Stator und einen relativ zum Gehäuse 24 und zum Stator um eine Drehachse 26 drehbaren Rotor. Durch Versorgen des Elektromotors 24 mit elektrischem Strom, was als Bestromen bezeichnet wird, wird der Rotor um die Drehachse 26 gedreht. Dabei bringt der Elektromotor 22 ein Drehmoment auf.

Mit dem Rotor ist eine Abtriebswelle 28 des Elektromotors 22 drehfest gekoppelt. Dies bedeutet, dass sich die Abtriebswelle 28 mit dem Rotor um die Drehachse 26 drehen kann. Dadurch kann das vom Elektromotor 22 aufgebrachte Drehmoment beziehungsweise können vom Elektromotor 22 aufgebrachte Drehmomente über die Abtriebswelle 28 von dem Elektromotor 22 abgeführt und zum Einstellen eines

Verdichtungsverhältnisses genutzt werden.

Die Stelleinrichtung 12 umfasst darüber hinaus ein Getriebe 30, welches in einem zumindest teilweise durch das Kurbelgehäuse 18 begrenzten Ölraum 32 aufgenommen ist. Der Ölraum 32 dient wie der Ölraum 20 dazu, Schmieröl aufzunehmen, mittels welchem das Getriebe 30 zu kühlen und zu schmieren ist. Bei dem Ölraum 32 handelt es sich beispielsweise um einen Steuerkettenkasten des Kurbelgehäuses 18.

Das Getriebe 30 umfasst eine Mehrzahl von Getriebeelementen wie beispielsweise wenigstens zwei Zahnräder, welche über jeweilige Verzahnungen miteinander im Eingriff stehen. Die Getriebeelemente sind dabei in einem Gehäuse 34 des Getriebes

aufgenommen. Eines der Getriebeelemente, beispielsweise eines der Zahnräder, ist dabei mit einer Eingangswelle 36 des Getriebes 30 drehfest verbunden. Die

Eingangswelle 36 dient dazu, die vom Elektromotor 22 aufgewendeten Drehmomente in das Getriebe 30 einzuleiten. Das Getriebe 30 weist eine von Eins unterschiedliche Übersetzung auf, so dass in das Getriebe 30 eingeleitete Drehmomente zu

demgegenüber höheren Drehmomenten umgewandelt werden können.

Ein weiteres der Getriebeelemente, insbesondere das zweite Zahnrad, ist dabei drehfest mit der Exzenterwelle 14 verbunden. Ferner ist das über die Eingangswelle 36 in das Getriebe 30 eingeleitete Drehmoment sowie das entsprechend dazu höhere Drehmoment zwischen den Übertragungselementen übertragbar, so dass das umgewandelte, höhere Drehmoment auf die Exzenterwelle 14 übertragen beziehungsweise in diese eingeleitet werden kann. So kann das höhere Drehmoment als Stellelement genutzt werden, um das Verdichtungsverhältnis einzustellen beziehungsweise zu verstellen.

Daraus ist es ersichtlich, dass der Elektromotor 20 lediglich geringe Drehmomente zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses aufbringen muss, welche von dem Getriebe 30 in demgegenüber wesentlich höhere Drehmomente umgewandelt werden können. Dies hält den Energiebedarf zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses der Stelleinrichtung 12 gering, woraus ein geringer Kraftstoffverbrauch sowie geringe CÖ₂-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 resultieren. Wie der Figur zu entnehmen ist, ist der Elektromotor 22 zumindest überwiegend außerhalb der Ölräume 20 und 32 angeordnet. Insbesondere ist das Gehäuse 24 zumindest überwiegend außerhalb der Ölräume 20 und 32 angeordnet. Das Gehäuse 24 ist dabei mit dem Kurbelgehäuse 18 verbunden, so dass der Elektromotor 20 an dem Kurbelgehäuse 18 gehalten ist.

Um das Gewicht der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 gering zu halten, ist das Kurbelgehäuse 18 beispielsweise aus einem Leichtmetall, insbesondere Aluminium, beziehungsweise einer entsprechenden Leichtmetall-Legierung ausgebildet. Das

Gehäuse 24 des Elektromotors 22 und/oder das Gehäuse 34 des Getriebes 30 können dabei aus einem dazu unterschiedlichen Werkstoff ausgebildet sein. Auch kann das Getriebe 30 über dessen Gehäuse 34 an entsprechend anderen Stellen als der

Elektromotor 22 über dessen Gehäuse 24 gehalten sein.

Aufgrund dieser unterschiedlichen Werkstoffe und/oder aufgrund von unterschiedlichen Wärmebelastungen des Getriebes 30, des Kurbelgehäuses 18 und/oder des

Elektromotors 22 und/oder aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten des Getriebes 30, des Kurbelgehäuses 18 und/oder des Elektromotors 22 kann es somit zu entsprechenden Relativbewegungen insbesondere zwischen der Abtriebswelle 28 und der Eingangswelle 36 und insbesondere in deren radialer Richtung gemäß einem

Richtungspfeil 38 kommen. Dies kann gegebenenfalls zu einem Achsversatz zwischen der Abtriebswelle 28 und der Eingangswelle 36 führen, was mit einer unerwünschten Schwergängigkeit und gegebenenfalls mit einem Verklemmen der Stelleinrichtung 12 einhergeht, falls keine entsprechenden Gegenmaßnahmen getroffen sind.

Um eine solche unerwünschte Schwergängigkeit der Stelleinrichtung 12 zu vermeiden, was mit einer unerwünscht hohen Leistungsaufnahme zum Einstellen des

Verdichtungsverhältnisses durch den Elektromotor 22 einhergehen würde, ist in einem Drehmomentenfluss zwischen der Abtriebswelle 28 und der Eingangswelle 36 eine Kupplung 40 angeordnet. Der Drehmomentenfluss ist dabei durch einen Richtungspfeil 42 angedeutet. Dies bedeutet, dass Drehmomente zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des Verdichtungsverhältnisses ausgehend von dem Elektromotor 22 und der Abtriebswelle 28 auf die Eingangswelle 36 über die Kupplung 40 übertragbar sind, wobei die Kupplung 40 auch einen Ausgleich (Kompensation) des gegebenenfalls vorhandenen Achsversatzes zwischen der Abtriebswelle 28 und der Eingangswelle 36 ermöglicht. Bei der Kupplung 40 handelt es sich beispielsweise um eine insbesondere in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 38 biegeweiche Kupplung. Ebenso kann es sich um eine gleitend ausgleichende Kupplung wie eine Oldham-Kupplung handeln. Anderweitige Bauarten sind ebenfalls möglich.

Ferner ist die Eingangswelle 36 zumindest im Wesentlichen fluchtend zur Abtriebswelle 28 angeordnet und um die Drehachse 36 drehbar. Aufgrund von unterschiedlichen Wärmeausdehnungsverhalten kann es zu einer wenn auch nur geringfügigen

Abweichung der zumindest im Wesentlichen fluchtenden Anordnung der Abtriebswelle 28 zu der Eingangswelle 36 kommen, was durch die Kupplung 40 kompensierbar ist.

Die durch die Kupplung 40 ermöglichte Kompensation des Achsversatzes vermeidet somit eine unerwünschte Schwergängigkeit der Stelleinrichtung 12, was den

Energieaufwand zum Einstellen beziehungsweise Verstellen des

Verdichtungsverhältnisses gering hält.

Insbesondere die Abtriebswelle 28 des Elektromotors 22 sowie die Kupplung 40 sind über eine einfache und zeit- und kostengünstig auszubildende Steckverbindung miteinander verbunden. Dadurch ist es möglich, den Elektromotor 22 bei der Montage der

Stelleinrichtung 12 mittels einer einfachen, schmieröldichten Steckverbindung 44 mit dem Kurbelgehäuse 18 zu verbinden. Dazu umfasst die Steckverbindung 44, welche als Einpass bezeichnet wird, eine durch das Kurbelgehäuse 18 gebildete Durchtrittsöffnung sowie einen Steckeinsatz des Elektromotors 22, welcher beispielsweise durch das Gehäuse 24 gebildet ist. Bei der Montage wird der Steckeinsatz zeit- und kostengünstig in die Steckaufnahme eingesteckt.

Bevorzugt sind auch die Eingangswelle 36 und die Kupplung 40 über eine

Steckverbindung miteinander verbunden. So kann durch Einstecken des Elektromotors 22 in die Steckaufnahme der Steckverbindung 44 zumindest im Wesentlichen zeitgleich eine Verbindung der Kupplung 40 mit der Eingangswelle 36 erfolgen, indem die Kupplung 40 mit der Eingangswelle 36 festgesteckt wird.

In dem Gehäuse 24 ist bevorzugt eine Bremseinrichtung integriert, mittels welcher das eingestellte Verdichtungsverhältnis gegen von dem Zylinder aus auf die Stelleinrichtung 12 wirkende Kräfte und/oder Drehmomente zu halten ist. Dies hält den Bauraumbedarf der Stelleinrichtung 12 und damit der gesamten Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 gering. Die insbesondere in radialer Richtung gemäß dem Richtungspfeil 38 biegeelastische, das heißt biegeweiche, Kupplung 40 ist in Umfangsrichtung der Abtriebswelle 28 und der Eingangswelle 36 bevorzugt drehsteif ausgebildet. Dies ermöglicht die effiziente und verlustarme Übertragung von Drehmomenten von der Abtriebswelle 28 auf die

Eingangswelle 30. Dadurch weist die Stelleinrichtung 12 einen hohen Wirkungsgrad auf, was mit einem geringen Kraftstoffverbrauch sowie mit geringen C0₂-Emissionen der Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine 10 einher geht.

Bezugszeichenliste

10 Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine

12 Stelleinrichtung

14 Verstellwelle

16 Drehachse

18 Kurbelgehäuse

20 Ölraum

22 Elektromotor

24 Gehäuse

26 Drehachse

28 Abtriebswelle

30 Getriebe

32 Ölraum

34 Gehäuse

36 Eingangswelle

38 Richtungspfeil

40 Kupplung

42 Richtungspfeil

44 Steckverbindung

Claims

Patentansprüche

1. Stelleinrichtung ( 2) zum variablen Einstellen wenigstens eines

Verdichtungsverhältnisses einer Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere einer Hubkolben-Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem ersten um eine Drehachse (26) drehbaren Wellenteil (28) und mit wenigstens einem zweiten, um eine Drehachse (26) drehbaren Wellenteil (36), über welche das

Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist und zwischen welchen ein

Drehmoment übertragbar ist,

dadurch gekennzeichnet, dass

in einem Drehmomentenfluss zwischen dem ersten und dem zweiten Wellenteil (28, 36) wenigstens ein Kopplungselement (40) zur Übertragung des Drehmoments angeordnet ist, mittels welchem ein Achsversatz zwischen den Wellenteilen (28, 36) ausgleichbar ist.

2. Stelleinrichtung (12) nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Wellenteile (28, 36) über das Kopplungselement (40) drehfest zur Übertragung des Drehmoments miteinander verbunden sind.

3. Stelleinrichtung ( 2) nach einem der Ansprüche 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Wellenteil (28) eine Abtriebswelle (28) eines Motors (22), insbesondere eines Elektromotors (22), der Stelleinrichtung (12) ist.

4. Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass

das zweite Wellenteil (36) eine Eingangswelle (36) eines Getriebes (30) der Stelleinrichtung (12) ist.

5. Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das erste Wellenteil (28) eine Ausgangswelle eines Getriebes (20) der

Stelleinrichtung (12) ist.

6. Stelleinrichtung (12) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass

das zweite Wellenteil (36) eine Verstellwelle (14), insbesondere eine Exzenterwelle, der Stelleinrichtung (12) ist.

7. Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kopplungselement (40) zumindest im Wesentlichen in radialer Richtung (38) der Wellenteile (28, 36) biegeelastisch ausgebildet ist.

8. Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kopplungselement (40) als Oldham-Kupplung ausgebildet ist.

9. Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Kopplungselement (40) als Balgkupplung ausgebildet ist.

10. Verbrennungskraftmaschine (10), insbesondere Hubkolben- Verbrennungskraftmaschine (10), mit wenigstens einem variabel einstellbaren Verdichtungsverhältnis und mit zumindest einer Stelleinrichtung (12) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mittels welcher das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist.