WO2015070980A1 - Mehrgelenkskurbeltrieb einer brennkraftmaschine sowie verfahren zum betreiben eines mehrgelenkskurbeltriebs - Google Patents

Mehrgelenkskurbeltrieb einer brennkraftmaschine sowie verfahren zum betreiben eines mehrgelenkskurbeltriebs Download PDF

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WO2015070980A1
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crankshaft
degrees
phase
angle range
crank
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PCT/EP2014/003037
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Matthias Brendel
Markus Meyer
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Audi Ag
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    • 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
    • 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
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • 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
    • F02B41/00—Engines characterised by special means for improving conversion of heat or pressure energy into mechanical power
    • F02B41/02—Engines with prolonged expansion
    • F02B41/04—Engines with prolonged expansion in main cylinders

Definitions

  • the invention relates to a multi-joint crank drive of an internal combustion engine, with a plurality of rotatably mounted on Hubzapfen a crankshaft Koppelgliederh and a plurality of rotatably mounted on Hubzapfen an eccentric Anlenkpleueln, each of the coupling members is pivotally connected to a piston connecting rod of a piston of the internal combustion engine and one of the Anlenkpleuel.
  • the invention further relates to a method for operating such a multi-joint crank drive.
  • the multi-joint crank drive de aforementioned type is for example part of the internal combustion engine, but can also be found in other areas application.
  • the multi-joint crank drive comprises the eccentric shaft, whose angle of rotation can preferably be adjusted by means of an adjusting device, in particular as a function of an operating point of the internal combustion engine.
  • the eccentric shaft can also be operatively connected to a crankshaft of the internal combustion engine and driven by it in this way.
  • the multi-link crank drive has a number of coupling pistons corresponding to the number of pistons of the internal combustion engine, each of which is rotatably mounted on the corresponding crank pin of the crankshaft and has two arms protruding beyond the crankshaft on opposite sides and each having a pivot joint at its end.
  • One of the pivot joints is used for pivotal connection with the piston connecting rod, which connects one of the pistons of the internal combustion engine via the coupling member with the crankshaft.
  • Another of the pivot joints is used for pivotal connection with the so-called Anlenkpleuel, which is rotatably mounted with its other end on the crank pin of the eccentric shaft.
  • the Anlenkpleuel has for this purpose preferably on the two connecting rods.
  • the first connecting rod eye is part of the pivot joint, via which the Anlenkpleuel interacts with the coupling member.
  • the first connecting rod eye comprises, for example, a coupling pin or bearing pin held on the coupling member.
  • the second connecting rod eye is analogous to part of the pivot joint, via which the Anschpleuel is connected to the eccentric shaft.
  • the second connecting rod eye surrounds the crank pin of the eccentric shaft at least partially.
  • the compression ratio achieved in a cylinder assigned to the respective piston can be set, in particular as a function of the operating point of the internal combustion engine and / or the present power stroke.
  • the eccentric shaft is brought into a specific, the desired compression ratio corresponding angular position or the phase angle between the eccentric shaft and the crankshaft to a certain value.
  • In normal crank drives for internal combustion engines is due to the finite length of Kolbenpleuels or a connecting rod of Kolbenpleuels the amount of piston acceleration at a top dead center of the piston higher than at a bottom dead center of the piston.
  • crank mechanism for example, for an internal combustion engine, which is present as a four-cylinder engine with 180 degrees crank angle of the crankshaft, an unbalanced free mass force second order. This impairs the smoothness of the internal combustion engine.
  • the document DE 10 2012 008 244 A1 is known.
  • This relates to a multi-joint crank drive of an internal combustion engine, which is designed or adjusted to reduce free second-order mass forces such that a crankshaft rotation angle range of a suction phase is less than 180 °; that a crankshaft rotation angle range of a compression phase is greater than 180 °; that a crankshaft rotation angle range of an expansion phase is smaller than 180 °; and that a crankshaft rotation angle range of an ejection phase is greater than 180 °.
  • the prior art shows the documents EP 2 053 217 A2 and EP 2,119,890 A1.
  • crankshaft rotation angle range of intake phase is greater than 180 degrees
  • crankshaft rotation angle range of a compression phase is less than 180 degrees
  • crankshaft rotation angle range of an expansion phase greater than 180 degrees is, and that a crankshaft rotation angle range of a discharge phase is less than 180 degrees.
  • the suction phase, the compression phase, the expansion phase and the ejection phase should in each case follow one another directly and in particular are associated with a piston stroke curve which describes the position of the piston via the crankshaft angle.
  • the intake phase of the Kolbenhubkurve extends from a crankshaft angle, which is present at a top dead center, which occurs during a charge cycle (LOT) until a crankshaft angle, at a bottom dead center during the charge cycle (charge cycle UT, LUT) is present.
  • the compression phase of the Kolbenhubkurve extends from the charge cycle UT to a top dead center, which is in the range of ignition (ignition TDC).
  • the expansion phase of the piston stroke curve extends from this ignition TDC to a crankshaft angle which is present at a bottom dead center following the ignition (ignition UT, ZUT).
  • the ejection phase of the piston stroke curve extends from the ignition UDC to the aforementioned gas exchange TDC.
  • crankshaft rotation angle ranges for each of the phases mentioned are exactly 180 degrees. Due to the formation or adjustment of the multi-link crank drive to the above-described parameters, the piston speed of the at least one piston of the internal combustion engine decreases slightly over the piston speed of the normal crank drive in a crankshaft rotation angle range in at least one crankshaft angle range, particularly the crankshaft angle range of 270 degrees and / or 630 degrees , The ranges extend for example by at least ⁇ 5 degrees, at least ⁇ 10 degrees, at least ⁇ 15 degrees, at least ⁇ 20 degrees, at least ⁇ 25 degrees, at least ⁇ 30 degrees, at least ⁇ 35 degrees, at least ⁇ 40 degrees or at least ⁇ 45 Degree around said crankshaft rotation angle around.
  • a preferred embodiment of the invention provides that an axis of rotation of the eccentric shaft is above a plane which receives a rotational axis of the crankshaft and is perpendicular to at least one cylinder longitudinal center axis.
  • the plane is therefore jointly defined by the axis of rotation of the crankshaft and the cylinder longitudinal center axis.
  • the plane In the longitudinal direction of the internal combustion engine - with respect to the axis of rotation of the crankshaft - the plane has the same position and direction as this axis of rotation. At the same time, it should be perpendicular to the at least one cylinder longitudinal central axis, so that the cylinder longitudinal central axis is present in the normal direction of the plane.
  • the cylinder longitudinal center axis is assigned to a cylinder of the internal combustion engine and extends in its longitudinal direction.
  • the cylinder longitudinal center axis is, for example, over the longitudinal extension of the cylinder in the center before.
  • the plane may also be perpendicular to a plurality of cylinder longitudinal center axes of a plurality of cylinders of the internal combustion engine, particularly preferably perpendicular to the cylinder longitudinal center axes of all cylinders of the internal combustion engine.
  • the eccentric shaft should now be arranged such that its axis of rotation is arranged above this plane. Particularly preferably, the entire eccentric shaft, ie not just its axis of rotation, is above this plane.
  • the axis of rotation of the eccentric shaft is immediately adjacent to the plane, thus adjacent to this.
  • this is the case for the entire eccentric shaft.
  • the axis of rotation of the eccentric shaft or the entire eccentric shaft is arranged above the plane and is additionally spaced therefrom.
  • crankshaft has a crank of 180 degrees.
  • the internal combustion engine which is assigned to the multi-steering wheel crank mechanism, designed as a four-cylinder internal combustion engine. It is only important that the crankshaft has a crank of 180 degrees. Of course, however, a different from this value bend can be realized. Of course, however, one of four different numbers of cylinders may be provided, for example, two, three, five, six, eight or twelve cylinders, the crank being preferably adapted accordingly.
  • a particularly preferred embodiment of the invention provides that in the intake phase, an upper dead center (charge exchange TDC) at a crankshaft angle of greater Above 0 degrees and at most 4 degrees, in particular of at least 2 degrees and at most 3 degrees, preferably of at least 2.4 degrees and at most 2.7 degrees, is present. Additionally or alternatively it can be provided that in the compression phase, a bottom dead center (charge change UT) at a crankshaft angle of greater than 180 degrees, in particular at a crankshaft angle of at least 185 degrees or at least 186 degrees and at most 190 degrees, at most 189 degrees or at most 188 degrees, more preferably from at least 186.9 degrees to at most 187.2 degrees, is present.
  • the crankshaft angle may be in the range extending from 185 degrees to 188 degrees, 189 degrees or 190 degrees. Also, it can be realized in the range of 186 degrees to at most 188 degrees, 189 degrees or 190 degrees.
  • a development of the invention provides that in the expansion phase, an upper dead center (ignition TDC) at a crankshaft angle greater than 360 degrees and at most 364 degrees, in particular of at least 362 degrees and at most 363 degrees, preferably of at least 362.4 degrees and at most 362.7 degrees, is present. Additionally or alternatively, it may be provided that in the ejection phase, a bottom dead center (ignition-UT) at a crankshaft angle greater than 540 degrees, in particular at a crankshaft angle of at least 545 degrees or at least 546 degrees and at most 550 degrees, at most 549 degrees or at most 548 degrees, more preferably from at least 546.9 degrees to at most 547.2 degrees, is present.
  • the crankshaft angle is in the range of 545 degrees to 548 degrees, 549 degrees or 550 degrees. However, it may also be realized in the range of 546 degrees to 548 degrees, 549 degrees or 550 degrees.
  • crankshaft in the angular range of intake phase and compression phase (charge change OT to ignition TDC) and / or the crankshaft angle ranges of expansion phase and ejection phase (ignition TDC to charge TDC) are equal to 360 degrees.
  • crankshaft angle difference between the gas exchange TDC and the gas exchange UT is 184.5 degrees. Additionally or alternatively, the crankshaft angle difference between the charge cycle UT and the ignition TDC may be equal to 175.5 degrees. A further embodiment of the invention provides that the crankshaft angle difference between the ignition TDC and the ignition UT is equal to 184.5 degrees. Additionally or alternatively, it is possible for the crankshaft angle difference between the ignition UT and the gas exchange TDC to be 175.5 degrees.
  • the invention further relates to a method for operating a multi-joint crank mechanism of an internal combustion engine, in particular a multi-link crank mechanism according to the preceding embodiments, wherein the multi-joint crank mechanism has a plurality of pivotally mounted on crank pins of a crankshaft coupling members and a plurality of crank pin eccentric shaft mounted Anlenkpleueln, each the coupling links is pivotally connected to a Kolbenpleuel a piston of the internal combustion engine and one of the Anlenkpleuel.
  • crankshaft rotation angle range of an intake corresponds to a first value that is greater than 180 degrees
  • a crankshaft rotation angle range of a compression phase corresponds to a second value
  • a crankshaft rotation angle range of a discharge phase corresponds to a fourth value that is smaller than 180 degrees.
  • the multi-joint crank drive is set in at least one further operating mode such that the crankshaft rotation angle range of the intake phase is different from the first value, in particular equal to 180 degrees, and / or that the crankshaft rotation angle range of the compression phase of the second Value is different, in particular equal to 180 degrees, and / or that the crankshaft rotation angle range of the expansion phase is different from the third value, in particular equal to 180 degrees, and / or that the crankshaft rotation angle range of the ejection phase is different from the fourth working, in particular equal to 180 degrees is.
  • crankshaft rotational angle ranges of the individual phases should each be different from 180 degrees.
  • at least one of the crankshaft rotation angle ranges should be selected differently from the value described above. He can also be equal to 180 degrees, for example.
  • the crankshaft rotation angle range should always be selected such that optimal operation of the internal combustion engine is realized.
  • the operating mode currently set on the multi-crank drive can be selected accordingly from the at least one operating mode and the at least one further operating mode, this being provided, for example, as a function of an operating state of the internal combustion engine and / or at least one operating parameter of the internal combustion engine.
  • FIG. 1 shows a region of a multi-link crank drive of an internal combustion engine
  • FIG. 2 shows a diagram in which curves of a piston stroke are plotted over a crankshaft angle
  • Figure 3 is a diagram in which the piston speed and the piston acceleration are plotted against the crankshaft angle for a conventional crank mechanism
  • Figure 4 is a graph in which the piston speed and the piston acceleration are plotted against the crankshaft angle for the multi-link crank mechanism.
  • FIG. 1 shows a perspective view of a region of an internal combustion engine 1 which is present, for example, as a series internal combustion engine, in particular as a four-stroke four-cylinder inline internal combustion engine.
  • the internal combustion engine 1 has a crankshaft 2 and a plurality of pistons 3 (here: four pistons 3), each of which is movably mounted in one of a plurality of cylinders of the internal combustion engine 1.
  • Each of the pistons 3 is connected to the crankshaft 2 via a piston connecting rod 4.
  • the crankshaft 2 is rotatably mounted in shaft bearings (not shown here) of a cylinder crankcase of the internal combustion engine 1 also not shown and has, for example, several serving for storage centric shaft journal 5 and a plurality of crank pins 6 (of which in the figure only one is visible), whose longitudinal center axes in different angular orientations are offset parallel to a rotation axis 7 of the crankshaft 2.
  • the internal combustion engine 1 further comprises an eccentric shaft 8, which preferably has an axis of rotation 7 parallel to the axis of rotation 7 of the crankshaft 2.
  • the eccentric shaft 8 is rotatably mounted, for example, next to the crankshaft 2 and above it in the cylinder crankcase and in particular coupled to the crankshaft 2.
  • the eccentric shaft 8 is arranged such that its axis of rotation 9 is above a plane which receives the axis of rotation 7 of the crankshaft 2 and is perpendicular to at least one cylinder longitudinal center axis of one of the cylinders of the internal combustion engine 1.
  • the eccentric shaft 8 is part of a ehrgelenkskurbeltriebs 10.
  • This also has a plurality of coupling members 11 (here: four coupling members 11), which are each rotatably mounted on one of the crank pin 6 of the crankshaft 2.
  • each of the pistons 3 is associated with such a coupling member 11.
  • the coupling members 11 each have a lifting arm 12, which is connected via a pivot joint 13 pivotally connected to a lower end of one of Kolbenpleuel 4.
  • An upper end of the respective Kolbenpleuels 4 is articulated via a further pivot joint 14 on the associated piston 3.
  • each of the piston 3 is connected by the respective Kolbenpleuel 4 and the respective coupling member 11 with the crankshaft 2.
  • the multi-joint crank drive 10 further comprises a number of Kolbenpleuel 4 and the coupling members 11 corresponding number of Anlenkpleueln 15. These are, for example, approximately parallel to the Kolbenpleueln 4 aligned and in the axial direction of the crankshaft 2 and the eccentric shaft 8 in each case approximately the same plane as the associated Kolbenpleuel 4, but arranged on the opposite side of the crankshaft 2.
  • Each Anlenkpleuel 15 comprises a connecting rod 16 and two at opposite ends of the connecting rod 16 arranged connecting rod eyes 17 and 18, in particular with different inner diameters.
  • the connecting rod eye 18 of each Anlenkpleuels 15 at the lower end of the connecting rod 16 surrounds a respect to the axis of rotation 9 of the eccentric shaft 8 eccentric crank pin 19 of the eccentric shaft 8 on which the Anlenkpleuel 15 is rotatably supported by a rotary bearing 20.
  • the connecting rod eye 17 at the upper end of the connecting rod 16 of each Anlenkpleuels 15 forms part of a pivot joint 21 between the Anlenkpleuel 15 and a longer coupling arm 22 of the adjacent coupling member 11, which protrudes on the opposite side to the lifting arm 12 of the crankshaft 2 on this.
  • the connecting rod 18 is for example, larger than the connecting rod 17; However, the multi-joint crank drive 10 can also be reversed or realized with the same size connecting rod 17 and 18.
  • the eccentric shaft 8 has between adjacent eccentric crank pin 19 and at their ends for supporting the eccentric shaft 8 in shaft bearings serving, to the axis of rotation 10 coaxial shaft sections 23.
  • a variable compression can be reduced by the arrangement described above, the inclination of Kolbenpleuel 4 with respect to the cylinder axis of the associated cylinder during rotation of the crankshaft 2, resulting in a reduction of the piston side forces and thus the frictional forces between the piston 2 and cylinder walls of the Cylinder leads.
  • a working stroke of the pistons 3 can be selected or set as a function of a momentary power stroke of the internal combustion engine.
  • the eccentric shaft 8 is driven by the crankshaft 2 via an eccentric shaft gear, not shown here.
  • the eccentric shaft gear comprises at least one arranged on the eccentric shaft 8 gear element (not shown).
  • crankshaft rotation angle range is an intake phase greater than 180 degrees
  • a crankshaft rotation angle range of a compression phase is less than 180 degrees
  • a crankshaft rotation angle range of an expansion phase is greater than 180 degrees
  • a crankshaft rotation angle range is one ejection phase smaller than 180 degrees.
  • FIG. 3 shows a diagram for a normal crank mechanism, in which a curve 26, the piston speed ds / da in the unit mm / rad and a curve 27, the piston speed d 2 s / da 2 in the unit mm / rad 2 , respectively above the Crankshaft angle a, represents.
  • FIG. 4 shows a diagram which shows the piston speed ds / da for the multi-link crank drive in a curve 28 and the piston acceleration d 2 s / da 2 in a curve 29, also in each case above the crankshaft angle a.
  • the second-order mass forces can be positively influenced in this respect. This improves the smoothness of the internal combustion engine 1, to which only the Hubverstructure, ie the course of the piston stroke on the crankshaft angle, are easily changed.

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Abstract

Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb (10) einer Brennkraftmaschine (1), mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelgliedern (11) und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (19) einer Exzenterwelle (8) gelagerten Anlenkpleueln (15), wobei jedes der Koppelglieder (11) schwenkbar mit einem Kolbenpleuel (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1 ) und einem der Anlenkpleuel (15) verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung der Mehrgelenkskurbeltrieb (10) derart ausgebildet oder eingestellt ist; dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase größer als 180 Grad ist; dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase kleiner als 180 Grad ist; dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase größer als 180 Grad ist; und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase kleiner als 180 Grad ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs (10) einer Brennkraftmaschine (1).

Description

Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine sowie
Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs
Die Erfindung betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hübzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliederh und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist. Die Erfindung betrifft weiter ein Verfahren zum Betreiben eines derartigen Mehrgelenkskurbeltriebs.
Der Mehrgelenkskurbeltrieb de eingangs genannten Art ist beispielsweise Bestandteil der Brennkraftmaschine, kann jedoch auch in anderen Bereichen Anwendung finden. Der Mehrgelenkskurbeltrieb umfasst die Exzenterwelle, deren Drehwinkel bevorzugt mittels einer Stelleinrichtung, insbesondere in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine, verstellt werden kann. Alternativ kann die Exzenterwelle auch mit einer Kurbelwelle der Brennkraftmaschine wirkverbunden und auf diese Weise von ihr antreibbar sein. Der Mehrgelenkskurbeltrieb verfügt über eine der Anzahl der Kolben der Brennkraftmaschine entsprechende Anzahl von Koppelgliedern, die jeweils drehbar auf dem entsprechenden Hubzapfen der Kurbelwelle gelagert sind und zwei nach entgegengesetzten Seiten über die Kurbelwelle überstehende, an ihrem Ende jeweils mit einem Schwenkgelenk versehene Arme aufweisen.
Eines der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem Kolbenpleuel, der einen der Kolben der Brennkraftmaschine über das Koppelglied mit der Kurbelwelle verbindet. Ein anderes der Schwenkgelenke dient zur schwenkbaren Verbindung mit dem sogenannten Anlenkpleuel, welcher mit seinem anderen Ende drehbar auf dem Hubzapfen der Exzenterwelle gelagert ist. Der Anlenkpleuel verfügt zu diesem Zweck vorzugsweise über die beiden Pleuelaugen. Das erste Pleuelauge ist Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches der Anlenkpleuel mit dem Koppelglied zusammenwirkt. Das erste Pleuelauge umfasst dabei beispielsweise einen an dem Koppelglied gehaltenen Koppelstift beziehungsweise Lagerbolzen. Das zweite Pleuelauge ist analog dazu Bestandteil des Schwenkgelenks, über welches der Anlenkpleuel mit der Exzenterwelle verbunden ist. Insbesondere umgreift das zweite Pleuelauge den Hubzapfen der Exzenterwelle wenigstens bereichsweise.
BESTÄTIGUNGSKOPIE Mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs kann das in einem dem Kolben jeweils zugeordneten Zylinder erreichte Verdichtungsverhältnis eingestellt werden, insbesondere in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine und/oder dem vorliegenden Arbeitstakt. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wird die Exzenterwelle in eine bestimmte, dem gewünschten Verdichtungsverhältnis entsprechende Drehwinkelstellung gebracht oder die Phasenlage zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle auf einen bestimmten Wert eingestellt. Bei normalen Kurbeltrieben für Brennkraftmaschinen ist bedingt durch die endliche Länge des Kolbenpleuels beziehungsweise einer Pleuelstange des Kolbenpleuels der Betrag der Kolbenbeschleunigung an einem oberen Totpunkt des Kolbens höher als an einem unteren Totpunkt des Kolbens. Daraus resultiert bei Verwendung des Kurbeltriebs beispielsweise für eine Brennkraftmaschine, die als Reihenvierzylinder-Brennkraftmaschine mit 180 Grad Kröpfungswinkel der Kurbelwelle vorliegt, eine nicht ausgeglichene freie Massenkraft zweiter Ordnung. Diese beeinträchtigt die Laufruhe der Brennkraftmaschine.
Aus dem Stand der Technik ist beispielsweise die Druckschrift DE 10 2012 008 244 A1 bekannt. Diese betrifft einen Mehrgelenkskurbeltrieb einer Brennkraftmaschine, der zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung derart ausgebildet oder eingestellt ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase kleiner als 180° ist; dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase größer als 180° ist; dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase kleiner als 180° ist; und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase größer als 180° ist. Weiterhin zeigt der Stand der Technik die Druckschriften EP 2 053 217 A2 sowie EP 2 1 19 890 A1.
Es ist Aufgabe der Erfindung, einen Mehrgelenkskurbeltrieb vorzustellen, welcher den eingangs genannten Nachteil nicht aufweist, sondern insbesondere die Intensität der freien Massenkraft zweiter Ordnung im Vergleich zu einem normalen Kurbeltrieb reduziert.
Dies wird erfindungsgemäß mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb mit den Merkmalen des Anspruchs 1 erreicht. Dabei ist vorgesehen, dass zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung der Mehrgelenkskurbeltrieb derart ausgebildet oder eingestellt ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase größer als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase kleiner als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase größer als 180 Grad ist, und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase kleiner als 180 Grad ist. Die Ansaugphase, die Verdichtungsphase, die Expansionsphase und die Ausstoßphase sollen jeweils unmittelbar aufeinanderfolgen und sind insbesondere einer Kolbenhubkurve zugeordnet, welche die Position des Kolbens über den Kurbelwellenwinkel beschreibt.
Die Ansaugphase der Kolbenhubkurve erstreckt sich dabei von einem Kurbelwellenwinkel, der bei einem oberen Totpunkt vorliegt, der während eines Ladungswechsels auftritt (Ladungswechsel-OT; LOT) bis zu einem Kurbelwellenwinkel, der bei einem unteren Totpunkt während des Ladungswechsels (Ladungswechsel-UT; LUT) vorliegt. Die Verdichtungsphase der Kolbenhubkurve erstreckt sich ausgehend von dem Ladungswechsel-UT bis zu einem oberen Totpunkt, der im Bereich einer Zündung vorliegt (Zünd-OT; ZOT). Die Expansionsphase der Kolbenhubkurve reicht von diesem Zünd-OT bis zu einem Kurbelwellenwinkel, der bei einem auf die Zündung folgenden unteren Totpunkt (Zünd-UT; ZUT) vorliegt. Die Ausstoßphase der Kolbenhubkurve schließlich reicht von dem Zünd-UT bis zu den vorstehend genannten Ladungswechsel-OT.
Bei einem normalen Kurbeltrieb betragen die Kurbelwellendrehwinkelbereiche für die genannten Phasen jeweils genau 180 Grad. Bedingt durch das Ausbilden oder Einstellen des Mehrgelenkskurbeltriebs auf die vorstehend beschriebenen Parameter sinkt die Kolbengeschwindigkeit des wenigstens einen Kolbens der Brennkraftmaschine in einem Kurbelwellendrehwinkelbereich in wenigstens einem Kurbelwellenwinkelbereich, insbesondere dem Kurbelwellenwinkelbereich um 270 Grad und/oder 630 Grad, leicht gegenüber der Kolbengeschwindigkeit des normalen Kurbeltriebs ab. Die Bereiche erstrecken sich dabei beispielsweise um mindestens ±5 Grad, mindestens ±10 Grad, mindestens ±15 Grad, mindestens ±20 Grad, mindestens ±25 Grad, mindestens ±30 Grad, mindestens ±35 Grad, mindestens ±40 Grad oder mindestens ±45 Grad um den genannten Kurbelwellendrehwinkel herum.
Die Wendepunkte in einem Geschwindigkeitsverlauf des Kolbens über den Kurbelwellenwinkel verschieben sich zu niedrigeren Kurbelwellenwinkeln, sodass die Kolbenbeschleunigung sich insgesamt einem Kosinusverlauf annähert. Durch die damit erzielte Annäherung der Kolbenbeschleunigungen in dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt werden dort die Massenkräfte zweiter Ordnung deutlich gegenüber dem normalen Kurbeltrieb reduziert. Entsprechend entstehen während eines Hubs des Kolbens geringere Kräfte zweiter Ordnung als bei dem normalen Kurbeltrieb mit demselben Gesamthub. Zusätzlich entstehen thermodynamische Vorteile durch die verlängerte Ansaugphase, welche eine Reduzierung der Ladungswechselverluste bewirkt, sowie die verkürzte Kompressionsphase, welche die Klopfneigung durch die Verkürzung der Zeitspanne, während welcher das Gemisch bei hohem Druck und hoher Temperatur vorliegt, reduziert. Die verlängerte Expansionsphase ermöglicht einen besseren Energieumsatz und die effizientere Nutzung des Verbrennungsgasdrucks.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass eine Drehachse der Exzenterwelle oberhalb einer Ebene liegt, die eine Drehachse der Kurbelwelle aufnimmt und senkrecht auf wenigstens einer Zylinderlängsmittelachse steht. Die Ebene wird mithin von der Drehachse der Kurbelwelle und der Zylinderlängsmittelachse gemeinsam definiert. In Längsrichtung der Brennkraftmaschine - bezogen auf die Drehachse der Kurbelwelle - weist die Ebene dieselbe Position und Richtung auf wie diese Drehachse. Gleichzeitig soll sie auf der wenigstens einen Zylinderlängsmittelachse senkrecht stehen, sodass die Zylinderlängsmittelachse in Normalenrichtung der Ebene vorliegt.
Die Zylinderlängsmittelachse ist einem Zylinder der Brennkraftmaschine zugeordnet und erstreckt sich in dessen Längsrichtung. Die Zylinderlängsmittelachse liegt dabei beispielsweise über die Längserstreckung des Zylinders hinweg in dessen Mittelpunkt vor. Selbstverständlich kann die Ebene auch senkrecht zu mehreren Zylinderlängsmittelachsen mehrerer Zylinder der Brennkraftmaschine, besonders bevorzugt senkrecht auf den Zylinderlängsmittelachsen aller Zylinder der Brennkraftmaschine stehen. Die Exzenterwelle soll nun derart angeordnet sein, dass ihre Drehachse oberhalb dieser Ebene angeordnet ist. Besonders bevorzugt liegt die gesamte Exzenterwelle, also nicht lediglich ihre Drehachse, oberhalb dieser Ebene vor. Beispielsweise liegt die Drehachse der Exzenterwelle unmittelbar benachbart zu der Ebene vor, grenzt also an diese an. Alternativ ist dies für die gesamte Exzenterwelle der Fall. Es kann jedoch auch vorgesehen sein, dass die Drehachse der Exzenterwelle beziehungsweise die gesamte Exzenterwelle oberhalb der Ebene angeordnet ist und zusätzlich von ihr beabstandet vorliegt.
Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kurbelwelle eine Kröpfung von 180 Grad aufweist. Beispielsweise ist die Brennkraftmaschine, welcher der Mehrge- lenkskurbeltrieb zugeordnet ist, als Vierzylinder-Brennkraftmaschine ausgebildet. Von Bedeutung ist dabei lediglich, dass die Kurbelwelle eine Kröpfung von 180 Grad aufweist. Selbstverständlich ist jedoch auch ein von diesem Wert verschiedene Kröpfung realisierbar. Selbstverständlich kann jedoch auch eine von vier verschiedene Anzahl an Zylindern vorgesehen sein, beispielsweise zwei, drei, fünf, sechs, acht oder zwölf Zylinder, wobei die Kröpfung vorzugsweise entsprechend angepasst ist.
Eine besonders bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass in der Ansaugphase ein oberer Totpunkt (Ladungswechsel-OT) bei einem Kurbelwellenwinkel von grö- ßer als 0 Grad und höchstens 4 Grad, insbesondere von mindestens 2 Grad und höchstens 3 Grad, bevorzugt von mindestens 2,4 Grad und höchstens 2,7 Grad, vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann vorgesehen sein, dass in der Verdichtungsphase ein unterer Totpunkt (Ladungswechsel-UT) bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 180 Grad, insbesondere bei einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 185 Grad oder mindestens 186 Grad und höchstens 190 Grad, höchstens 189 Grad oder höchstens 188 Grad, besonders bevorzugt von mindestens 186,9 Grad bis höchstens 187,2 Grad, vorliegt. Der Kurbelwellenwinkel kann also in dem Bereich vorliegen, welcher sich von 185 Grad bis 188 Grad, 189 Grad oder 190 Grad erstreckt. Ebenfalls kann er in dem Bereich von 186 Grad bis höchstens 188 Grad, 189 Grad oder 190 Grad realisiert sein.
Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass in der Expansionsphase ein oberer Totpunkt (Zünd-OT) bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 360 Grad und höchstens 364 Grad, insbesondere von mindestens 362 Grad und höchstens 363 Grad, bevorzugt von mindestens 362,4 Grad und höchstens 362,7 Grad, vorliegt. Zusätzlich oder alternativ kann es vorgesehen sein, dass in der Ausstoßphase ein unterer Totpunkt (Zünd-UT) bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 540 Grad, insbesondere bei einem Kurbelwellenwinkel von mindestens 545 Grad oder mindestens 546 Grad und höchstens 550 Grad, höchstens 549 Grad oder höchstens 548 Grad, besonders bevorzugt von mindestens 546,9 Grad bis höchstens 547,2 Grad, vorliegt. Der Kurbelwellenwinkel liegt also beispielsweise in dem Bereich von 545 Grad bis 548 Grad, 549 Grad oder 550 Grad vor. Ebenso kann er jedoch in dem Bereich von 546 Grad bis 548 Grad, 549 Grad oder 550 Grad realisiert sein.
Schließlich kann es vorgesehen sein, dass die Kurbelwelle im Winkelbereich von Ansaugphase und Verdichtungsphase (Ladungswechsel-OT bis Zünd-OT) und/oder die Kurbelwellenwinkelbereiche von Expansionsphase und Ausstoßphase (Zünd-OT bis Ladungswechsel-OT) in Summe gleich 360 Grad sind.
Beispielsweise ist es vorgesehen, dass die Kurbelwellenwinkeldifferenz zwischen den Ladungswechsel-OT und dem Ladungswechsel-UT 184,5 Grad beträgt. Zusätzlich oder alternativ kann die Kurbelwellenwinkeldifferenz zwischen dem Ladungswechsel-UT und dem Zünd-OT gleich 175,5 Grad sein. Eine weitere Ausgestaltung der Erfindung sieht vor, dass die Kurbelwellenwinkeldifferenz zwischen dem Zünd-OT und dem Zünd-UT gleich 184,5 Grad beträgt. Zusätzlich oder alternativ ist es möglich, dass die Kurbelwellenwinkeldifferenz zwischen dem Zünd-UT und dem Ladungswechsel-OT 175,5 Grad beträgt. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbel- triebs einer Brennkraftmaschine, insbesondere eines Mehrgelenkskurbeltriebs gemäß den vorstehenden Ausführungen, wobei der Mehrgelenkskurbeltrieb über eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und eine Mehrzahl von Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln verfügt, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung der Mehrgelenkskurbeltriebs in wenigstens einer Betriebsart derart eingestellt wird, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase einem ersten Wert entspricht, der größer als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase einem zweiten Wert entspricht, der kleiner als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase einem dritten Wert entspricht, der größer als 180 Grad ist, und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase einem vierten Wert entspricht, der kleiner als 180 Grad ist. Auf die Vorteile einer derartigen Vorgehensweise beziehungsweise einer derartigen Ausgestaltung des Mehrgelenkskurbeltriebs wurde bereits eingegangen. Sowohl das Verfahren als auch der Mehrgelenkskurbeltrieb können gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein, sodass insoweit auf diese verwiesen wird.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass der Mehrgelenkskurbeltrieb in wenigstens einer weiteren Betriebsart derart eingestellt wird, dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Ansaugphase von dem ersten Wert verschieden ist, insbesondere gleich 180 Grad ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Verdichtungsphase von dem zweiten Wert verschieden ist, insbesondere gleich 180 Grad ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Expansionsphase von dem dritten Wert verschieden ist, insbesondere gleich 180 Grad ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Ausstoßphase von dem vierten Werkt verschieden ist, insbesondere gleich 180 Grad ist.
Es ist also vorgesehen, den Mehrgelenkskurbeltrieb auf verschiedene Art und Weise einzustellen. Dabei sollen in der wenigstens einen Betriebsart die Kurbelwellendrehwin- kelbereiche der einzelnen Phasen jeweils von 180 Grad verschieden sein. In der weiteren Betriebsart soll dagegen wenigstens einer der Kurbelwellendrehwinkelbereiche von dem vorstehend beschriebenen Wert verschieden gewählt werden. Dabei kann er beispielsweise auch gleich 180 Grad sein. Während des Betriebs des Mehrgelenkskurbeltriebs beziehungsweise der Brennkraftmaschine soll also der Kurbelwellendrehwinkelbereich stets derart gewählt werden, dass ein optimaler Betrieb der Brennkraftmaschine realisiert ist. Die momentan an dem Mehrge- lenkskurbeltrieb eingestellte Betriebsart kann entsprechend aus der wenigstens einen Betriebsart und der wenigstens einen weiteren Betriebsart ausgewählt werden, wobei dies beispielsweise in Abhängigkeit von einem Betriebszustand der Brennkraftmaschine und/oder wenigstens einem Betriebsparameter der Brennkraftmaschine vorgesehen ist.
Die Erfindung' wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigt:
Figur 1 einen Bereich eines Mehrgelenkskurbeltriebs einer Brennkraftmaschine,
Figur 2 ein Diagramm, in welchem Verläufe eines Kolbenhubs über einem Kurbelwellenwinkel aufgetragen sind,
Figur 3 ein Diagramm, in welchem die Kolbengeschwindigkeit und die Kolbenbeschleunigung über dem Kurbelwellenwinkel für einen herkömmlichen Kurbeltrieb aufgetragen sind, und
Figur 4 ein Diagramm, in welchem die Kolbengeschwindigkeit und die Kolbenbeschleunigung über dem Kurbelwellenwinkel für den Mehrgelenkskurbeltrieb aufgetragen sind.
Die Figur 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1 , welche beispielsweise als Reihenbrennkraftmaschine, insbesondere als Viertakt- Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine, vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Kurbelwelle 2 und mehrere Kolben 3 (hier: vier Kolben 3), von welchen jeder in einem von mehreren Zylindern der Brennkraftmaschine 1 beweglich gelagert ist. Jeder der Kolben 3 ist über einen Kolbenpleuel 4 mit der Kurbelwelle 2 verbunden. Die Kurbelwelle 2 ist in hier nicht dargestellten Wellenlagern eines ebenfalls nicht dargestellten Zylinderkurbelgehäuses der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und weist beispielsweise mehrere zur Lagerung dienende zentrische Wellenzapfen 5 sowie mehrere Hubzapfen 6 (von welchen in der Figur jeweils nur einer sichtbar ist) auf, deren Längsmittelachsen in unterschiedlichen Winkelausrichtungen parallel zu einer Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 versetzt sind. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 8, die bevorzugt eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 9 aufweist. Die Exzenterwelle 8 ist beispielsweise neben der Kurbelwelle 2 sowie oberhalb von dieser in dem Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und insbesondere mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Besonders bevorzugt ist die Exzenterwelle 8 derart angeordnet, dass ihre Drehachse 9 oberhalb einer Ebene liegt, welche die Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 aufnimmt und senkrecht auf wenigstens einer Zylinderlängsmittelachse eines der Zylinder der Brennkraftmaschine 1 steht.
Die Exzenterwelle 8 ist Bestandteil eines ehrgelenkskurbeltriebs 10. Dieser weist zudem mehrere Koppelglieder 11 (hier: vier Koppelglieder 11) auf, die jeweils auf einem der Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind. Bevorzugt ist jedem der Kolben 3 ein derartiges Koppelglied 11 zugeordnet. Die Koppelglieder 11 weisen jeweils einen Hubarm 12 auf, der über ein Schwenkgelenk 13 schwenkbar mit einem unteren Ende von einem der Kolbenpleuel 4 verbunden ist. Ein oberes Ende des jeweiligen Kolbenpleuels 4 ist über ein weiteres Schwenkgelenk 14 am zugehörigen Kolben 3 angelenkt. Insgesamt ist also jeder der Kolben 3 durch den jeweiligen Kolbenpleuel 4 und das jeweilige Koppelglied 11 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.
Der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 und der Koppelglieder 11 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 15. Diese sind beispielsweise ungefähr parallel zu den Kolbenpleueln 4 ausgerichtet und in axialer Richtung der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 jeweils in etwa derselben Ebene wie der dazugehörige Kolbenpleuel 4, jedoch auf der entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2, angeordnet. Jeder Anlenkpleuel 15 umfasst eine Pleuelstange 16 und zwei an entgegengesetzten Enden der Pleuelstange 16 angeordnete Pleuelaugen 17 und 18, insbesondere mit unterschiedlichen inneren Durchmessern.
Das Pleuelauge 18 jedes Anlenkpleuels 15 am unteren Ende der Pleuelstange 16 umgibt einen bezüglich zur Drehachse 9 der Exzenterwelle 8 exzentrischen Hubzapfen 19 der Exzenterwelle 8, auf dem der Anlenkpleuel 15 mittels eines Drehlagers 20 drehbar gelagert ist. Das Pleuelauge 17 am oberen Ende der Pleuelstange 16 jedes Anlenkpleuels 15 bildet einen Teil eines Schwenkgelenks 21 zwischen dem Anlenkpleuel 15 und einem längeren Koppelarm 22 des benachbarten Koppelglieds 11 , der auf der zum Hubarm 12 entgegengesetzten Seite der Kurbelwelle 2 über diese übersteht. Das Pleuelauge 18 ist beispielsweise größer als das Pleuelauge 17; der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 kann jedoch auch umgekehrt oder mit gleich großen Pleuelaugen 17 und 18 realisiert sein.
Die Exzenterwelle 8 weist zwischen benachbarten exzentrischen Hubzapfen 19 sowie an ihren Stirnenden zur Lagerung der Exzenterwelle 8 in Wellenlagern dienende, zur Drehachse 10 koaxiale Wellenabschnitte 23 auf. Abgesehen von einer variablen Verdichtung kann durch die zuvor beschriebene Anordnung auch die Neigung der Kolbenpleuel 4 in Bezug zur Zylinderachse der zugehörigen Zylinder während der Drehung der Kurbelwelle 2 verringert werden, was zu einer Verringerung der Kolbenseitenkräfte und damit der Reibkräfte zwischen den Kolben 2 und Zylinderwänden der Zylinder führt.
Insgesamt kann mit dem hier beschriebenen Mehrgelenkskurbeltrieb 10 ein Arbeitshub der Kolben 3 in Abhängigkeit von einem momentanen Arbeitstakt der Brennkraftmaschine gewählt beziehungsweise eingestellt werden. Beispielsweise ist zu diesem Zweck die Exzenterwelle 8 über ein hier nicht dargestelltes Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle 2 angetrieben. Das Exzenterwellengetriebe umfasst zumindest ein auf der Exzenterwelle 8 angeordnetes Getriebeelement (nicht dargestellt).
Die Figur 2 zeigt ein Diagramm, in welchem ein Kolbenhub s in der Einheit mm über dem Kurbelwellenwinkel α in der Einheit Grad mit einem Verlauf 24 für einen Kolben im Falle eines herkömmlichen Kurbeltriebs und mit einem Verlauf 25 im Falle des Mehrgelenks- kurbeltriebs 10 dargestellt ist. Für letzteren gilt dabei, dass der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 derart ausgebildet oder eingestellt ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich eine Ansaugphase größer als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase kleiner als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase größer als 180 Grad ist, und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich eine Ausstoßphase kleiner als 180 Grad ist.
Die Figur 3 zeigt ein Diagramm für einen normalen Kurbeltrieb, in welchem ein Verlauf 26 die Kolbengeschwindigkeit ds/da in der Einheit mm/rad und ein Verlauf 27 die Kolbengeschwindigkeit d2s/da2 in der Einheit mm/rad2, jeweils über dem Kurbelwellenwinkel a, darstellt.
In der Figur 4 ist dagegen ein Diagramm abgebildet, welches für den Mehrgelenkskurbeltrieb in einem Verlauf 28 die Kolbengeschwindigkeit ds/da und in einem Verlauf 29 die Kolbenbeschleunigung d2s/da2, jeweils ebenfalls über dem Kurbelwellenwinkel a, darstellt. Aus dem Vergleich der Figuren 3 und 4 ergibt sich, dass die Kolbengeschwindig- keit für den Mehrgelenkskurbeltrieb 10 in Kurbelwellenwinkelbereichen um die Kurbelwellenwinkel 270 Grad und 630 Grad gegenüber der des normalen Kurbeltriebs absinkt. Die Wendepunkte des Geschwindigkeitsverlaufs sind in diesen Kurbelwellenwinkelbereichen zu niedrigeren Kurbelwellen hin verschoben. Weil sich die (absoluten) Kolbenbeschleunigungen in einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt annähern, sinken die Massenkräfte zweiter Ordnung deutlich ab.
Mithilfe des beschriebenen Mehrgelenkskurbeltriebs 10 beziehungsweise der Brennkraftmaschine 1 können insoweit die Massenkräfte zweiter Ordnung positiv beeinflusst werden. Dies verbessert die Laufruhe der Brennkraftmaschine 1 , wozu lediglich die Hubverläufe, also der Verlauf des Kolbenhubs über dem Kurbelwellenwinkel, leicht verändert werden.
BEZUGSZEICHENLISTE
Brennkraftmaschine
Kurbelwelle
Kolben
Kolbenpleuel
Wellenzapfen
Hubzapfen
Drehachse
Exzenterwelle
Drehachse
Mehrgelenkskurbetrieb
Koppelglied
Hubraum
Schwenkgelenk
Schwenkgelenk
Anlenkpleuel
Pleuelstange
Pleuelauge
Pleuelauge
Hubzapfen
Drehlager
Schwenkgelenk
Koppelarm
Wellenabschnitt
Verlauf
Verlauf
Verlauf
Verlauf
Verlauf
Verlauf

Claims

PATENTANSPRÜCHE
1. Mehrgelenkskurbeltrieb (10) einer Brennkraftmaschine (1), mit einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelgliedern (11) und einer Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (19) einer Exzenterwelle (8) gelagerten Anlenkpleueln (15), wobei jedes der Koppelglieder (11) schwenkbar mit einem Kolbenpleuel (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und einem der Anlenkpleuel (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung der Mehrgelenkskurbeltrieb (10) derart ausgebildet oder eingestellt ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase größer als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase kleiner als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expansionsphase größer als 180 Grad ist, und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase kleiner als 180 Grad ist.
2. Mehrgelenkskurbeltrieb (10) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Drehachse (9) der Exzenterwelle (8) oberhalb einer Ebene liegt, die eine Drehachse (7) der Kurbelwelle (2) aufnimmt und senkrecht auf wenigstens einer Zylinderlängsmittelachse steht.
3. Mehrgelenkskurbeltrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (2) eine Kröpfung von 180 Grad aufweist.
4. Mehrgelenkskurbeltrieb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ansaugphase ein oberer Totpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 0 Grad und höchstens 4 Grad vorliegt.
5. Mehrgelenkskurbeltneb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verdichtungsphase ein unterer Totpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 180 Grad vorliegt.
6. Mehrgelenkskurbeltneb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Expansionsphase ein oberer Totpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 360 Grad und höchstens 364 Grad vorliegt.
7. Mehrgelenkskurbeltneb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in der Ausstoßphase ein unterer Totpunkt bei einem Kurbelwellenwinkel von größer als 540 Grad vorliegt.
8. Mehrgelenkskurbeltneb (10) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwellenwinkelbereiche von Ansaugphase und Verdichtungsphase und/oder die Kurbelwellenwinkelbereiche von Expansionsphase und Ausstoßphase in Summe gleich 360 Grad sind.
9. Verfahren zum Betreiben eines Mehrgelenkskurbeltriebs (10) einer Brennkraftmaschine (1 ) nach einem oder mehreren der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Mehrgelenkskurbeltneb (10) über eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (6) einer Kurbelwelle (2) gelagerten Koppelgliedern (11) und eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen (19) einer Exzenterwelle (8) gelagerten Anlenkpleueln (15) verfügt, wobei jedes der Koppelglieder (11) schwenkbar mit einem Kolbenpleuel (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und einem der Anlenkpleuel (15) verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Reduzierung freier Massenkräfte zweiter Ordnung der Mehrgelenkskurbeltneb (10) in wenigstens einer Betriebsart derart eingestellt wird, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ansaugphase einem ersten Wert entspricht, der größer als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Verdichtungsphase einem zweiten Wert entspricht, der kleiner als 180 Grad ist, dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Expfansionsphase einem dritten Wert entspricht, der größer als 180 Grad ist, und dass ein Kurbelwellendrehwinkelbereich einer Ausstoßphase einem vierten Wert entspricht, der kleiner als 180 Grad ist.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Mehrgelenkskur- beltrieb (10) in wenigstens einer weiteren Betriebsart derart eingestellt wird, dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Ansaugphase von dem ersten Wert verschieden ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Verdichtungsphase von dem zweiten Wert verschieden ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Expansionsphase von dem dritten Wert verschieden ist, und/oder dass der Kurbelwellendrehwinkelbereich der Ausstoßphase von dem vierten Wert verschieden ist.
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