AT414017B

AT414017B - Brennkraftmaschine

Info

Publication number: AT414017B
Application number: AT11582004A
Authority: AT
Inventors: Johann Wagner
Original assignee: Avl List Gmbh
Priority date: 2004-07-08
Filing date: 2004-07-08
Publication date: 2006-08-15
Also published as: ATA11582004A

Description

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AT 414 017 B

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder hin- und hergehenden Kolben, welcher über eine Pleuelstange auf eine Kurbelwelle einwirkt, mit einer Einrichtung zur Veränderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses, wobei Zylinder und Kurbelgehäuse relativ zur Kurbelwellenachse verstellbar sind und die Kurbelwellenachse 5 stationär in Bezug auf die Motoraufhängung ausgebildet ist.

Aus der US 5,605.120 A ist eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Verstellen des geometrischen Kompressionsverhältnisses bekannt, wobei das Kurbelwellengehäuse bezüglich der ortsfest ausgebildeten Kurbelwelle in Zylinderachsrichtung verschiebbar ausgebildet ist. Die io Kurbelwelle ist dabei in scheibenartigen exzentrischen Lagerträgern gelagert, welche drehbar in Rahmenbohrungen gelagert sind. Über die Exzenter kann das Kurbelgehäuse bezüglich der Kurbelwelle verstellt werden. Aufgrund der relativ großen Anzahl von Einzelteilen ist die Herstellung und Montage vergleichsweise aufwendig. 15 Die US 6,443.107 B1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zum Verändern des geometrischen Kompressionsverhältnisses, wobei die Kurbelwelle in einen Lagerträger gelagert ist, welcher drehbar exzentrisch im Kurbelgehäuse angeordnet ist. Durch Verdrehen des exzentrischen Lagerträgers wird die Kurbelwelle bezüglich des Kurbelgehäuses verschoben. Da bei der Verschiebung die Kurbelwellenmitte verlagert wird, ist für den Abtrieb eine zusätzliche 20 feststehende Welle erforderlich. Dies erhöht in nachteiliger Weise die Anzahl der Teile und den erforderlichen Bauraum.

Die WO 02/079626 A1 zeigt eine Brennkraftmaschine mit einer Einrichtung zur Veränderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses, wobei die Kurbelwelle in Bezug auf das fest-25 stehende Kurbelgehäuse verschiebbar ist. Die Lagerschalen sind dabei in exzentrischen, bezüglich des Kurbelgehäuses drehbaren Lagerträgern angeordnet. Durch Verdrehung der Lagerträger wird die Kurbelwelle bezüglich des Kurbelgehäuses verstellt.

Weitere ähnliche Einrichtungen zur Verstellung der Lager der Kurbelwelle hinsichtlich des star-30 ren Kurbelgehäuses sind aus den Veröffentlichungen WO 94/00679 A1, DE 82 05 768 U1, US 4,860,702 A, US 4,738,230 A, EP 0 345 366 A1, JP 01-063630 A und JP 58-057040 A bekannt.

Die DE 2 232 591 A beschreibt eine nach dem Zweitaktverfahren arbeitende, ladepumpenge-35 spülte Brennkraftmaschine mit einstellbarer, veränderlicher Kompression und Selbstzündung, welche einen exzentrisch bearbeitenden Tragteil mit einer Kurbelwellenlagerung aufweist. Dieser Tragteil mit der Kurbelwellen-Hauptlagerung ist der Befestigungspunkt der Maschine. Die Zylinderkopf-Kolben-Einheiten sind drehbar auf den Außendurchmesser des Tragteils angeordnet, so dass sich bei Drehung um einige Winkelgrade eine Veränderung des Verdich-40 tungsverhältnisses einstellt. Die als Tandemkolbenmotor ausgeführte Brennkraftmaschine dient als Hilfsmotor für ein Fahrrad. Für größere Brennkraftmaschinen mit mehreren in Reihe angeordneten Zylindern ist diese Konzeption nicht geeignet.

Die Druckschriften EP 0 560 817 B1 und EP 0 726 981 A beschreiben Einrichtungen zur Ver-45 änderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses bei einer Brennkraftmaschine, wobei zumindest mittels eines Exzenters der Zylinderblock relativ zum Kurbelgehäuse verschoben wird, wobei flexible Abdichtungseinrichtungen zwischen Zylinderblock und Kurbelgehäuse erforderlich sind. so Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, bei einer Brennkraftmaschine mit möglichst geringem Herstellungs- und Montageaufwand eine Veränderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses zu ermöglichen.

Erfindungsgemäß wird dies dadurch erreicht, dass die Kurbelwelle in zumindest einem drehfest 55 bezüglich des Kurbelgehäuses ausgeführten Lagerträger gelagert ist, wobei der Lagerträger 3

AT 414 017 B und das Kurbelgehäuse zumindest in Richtung der Zylinderachse relativ zueinander beweglich ausgebildet sind und das Kurbelgehäuse vorzugsweise mittels zumindest eines den Lagerträger umgebenden, verdrehbaren Exzenters relativ zum Lagerträger verstellbar ist, wobei vorzugsweise der Exzenter sowohl bezüglich des Kurbelgehäuses, als auch bezüglich des Lagerträgers verdrehbar ist. Die Verstellung des Kompressionsverhältnisses erfolgt dabei nur durch Heben und Senken des vorzugsweise als Zylinder-Kurbelgehäuse ausgeführten Kurbelgehäuses hinsichtlich der unverschiebbaren Kurbelwelle.

Um Bauteile einzusparen ist es vorteilhaft, wenn der Exzenter als eine sich axial über alle Kurbelwellenlager erstreckender Exzenterverstellwalze ausgebildet ist, wobei vorzugsweise die Exzenterverstellwalze im Wesentlichen als Hülse mit einer diese in Längsrichtung durchsetzenden Bohrung zur Aufnahme zumindest eines Lagerträgers oder der Lagerträgereinheit ausgebildet ist.

Mehrere Lagerträger können zu einer vorzugsweise einstückigen Lagerträgereinheit, welche die Funktion eines Triebwerkträgers hat, verbunden sein.

Eine einfache Fertigung ergibt sich, wenn der Lagerträger oder die Lagerträgereinheit im Wesentlichen als zylindrischer Teil mit angeschraubtem Lagerbügel ausgebildet ist. Dadurch, dass der Lagerträger als eine für alle Kurbelwellenlager gemeinsame Lagerträgereinheit ausgebildet ist, kann die Anzahl der Einzelteile auf ein Mindestmaß beschränkt werden.

Zumindest ein Lagerträger oder die Lagerträgereinheit ist mit mindestens einem Endteil fest verbunden. Der Endteil kann dabei als Aggregatträger und/oder als Schwungradgehäuse ausgeführt sein.

Bei Veränderung des Kompressionsverhältnisses bleibt die Kurbelwelle samt Aggregateanbau und Getriebe stets in unveränderter Position zum Umfeld, wie bei einem konventionellen Motor, während sich das Kurbelgehäuse samt Zylinderkopf und Röhrenwerk entsprechend der Verdichtungseinstellung verlagert. Vorteilhafterweise ist dabei das Kurbelgehäuse in Tunnelbauweise ausgeführt und umfasst die zentrale Lagerträgereinheit samt der hülsenartig ausgebildeten Exzenterverstellwalze.

Um die Verschiebung des Kurbelgehäuses hinsichtlich der Kurbelwellenachse in Zylinderachs-richtung zu erzwingen, ist in einer besonders vorteilhaften Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass ein Führungselement zur Führung der Relativbewegung zwischen Lagerträger und Kurbelgehäuse in Richtung der Zylinderachse vorgesehen ist, wobei vorteilhafterweise das Führungselement im Bereich einer Stirnseite des Kurbelgehäuses zwischen einem Endteil und dem Kurbelgehäuse angeordnet ist, wobei besonders vorzugsweise das Führungselement durch einen in einer Längsnut in Richtung der Zylinderachse geführten Führungszapfen gebildet ist.

Weiters kann vorgesehen sein, dass zumindest ein Lagerträger oder die Lagerträgereinheit oder zumindest ein Endteil mit dem Kurbelgehäuse axiale Gleitflächen vorzugsweise in einer Normalebene auf die Kurbelwellenachse bildet, wobei vorzugsweise im Bereich der Axialgleitflächen zumindest eine ölführende Räume gegenüber der Umgebung abdichtende Dichteinrichtung angeordnet ist. Dadurch wird eine dauerhafte Abdichtung der ölführenden Bereiche hinsichtlich der Umgebung erreicht.

Im Rahmen der Erfindung ist weiters vorgesehen, dass zumindest ein Lagerbügel gemeinsam mit dem Lagerträger oder der Lagerträgereinheit gegossen und durch einen Bruchtrennvorgang von diesem bzw. dieser getrennt ist, wodurch eine einfache Herstellung der Lagerträger samt Lagerbügeln ermöglicht wird.

Die Verstellung des Kompressionsverhältnisses wird durch Verdrehen der Exzentrerverstellwal- 4

AT 414 017 B ze erreicht, wobei vorzugsweise vorgesehen ist, dass der Exzenter oder die Exzentrerverstell-walze mittels eines Zahnradgetriebes oder Schraubradgetriebes verstellbar ist.

Die Lagerträgereinheit kann aus Leichtmetall ausgeführt sein, wobei im Hauptlagerbereich und im Trennbereich der Lagerbügel Eingussteile aus einem Material mit erhöhter Festigkeit und geringerer Duktilität vorgesehen sein können. Das Kurbelgehäuse selbst kann aus Gusseisen bestehen.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Figuren näher erläutert.

Es zeigen die Fig. 1 ein Kurbelgehäuse der erfindungsgemäßen Brennkraftmaschine in einem Schnitt gemäß der Linie I -1 in Fig. 2 und Fig. 2 einen Längsschnitt durch das Kurbelgehäuse gemäß der Linie II - II in Fig. 1.

Das als Zylinder-Kurbelgehäuse ausgeführte Kurbelgehäuse 2 weist Zylinder 4 für hin- und hergehende Kolben 6 auf, wobei jeder Kolben 6 über eine Pleuelstange 8 auf eine gemeinsame Kurbelwelle 10 einwirkt. Die Kurbelwelle 10 ist in zumindest einem drehfest bezüglich des Kurbelgehäuses 2 ausgeführten Lagerträger 12 drehbar gelagert. Die Lagerträger 12 jedes Kurbelwellenlagers 11 können dabei als gemeinsame Lagerträgereinheit 14 ausgebildet sein, welche sich im Wesentlichen über die gesamte Länge des Kurbelgehäuses 2 erstreckt. Die Lagerträger 12 bzw. Lagerträgereinheit 14 und Kurbelgehäuse 2 sind - zumindest in Richtung der Zylinderachse 5 - relativ zueinander beweglich ausgebildet. Dabei sind die Lagerträger 12 bzw. ist die Lagerträgereinheit 14 über einen oder mehrere Exzenter 16 relativ zum Kurbelgehäuse 2 verstellbar. Der Exzenter 16 kann als hülsenartige Exzenterverstellwalze 18 ausgebildet sein. Die Exzenterverstellwalze 18 erstreckt sich über alle Kurbelwellenlager 11 und weist eine zylindrische innere Bohrung 21 auf, in welcher die Lagerträger 12 bzw. die Lagerträgerein-heit 14 angeordnet sind bzw. ist, wobei die Exzenterverstellwalze 18 sowohl bezüglich des Kurbelgehäuses 2, als auch bezüglich der Lagerträgereinheit 14 verdrehbar ist. Die Lagerträgereinheit 14 ist im Wesentlichen als zylindrischer Teil mit angeschraubten Lagerbügeln 20 ausgeführt. Lagerbügel 20 und Lagerträgereinheit können dabei gemeinsam in einem Gussvorgang hergestellt und durch Cracken getrennt sein.

Das Kurbelgehäuse 2 ist in Tunnelbauweise ausgeführt und umfasst die Exzenterverstellwalze 18, welche in einer axialen Bohrung 22 des Kurbelgehäuses 2 drehbar angeordnet ist.

Die Lagerträgereinheit 14 ist in ihren Endbereichen mit Endteilen 24, 26 fest verbunden, beispielsweise verschraubt. Ein Endteil 24 kann dabei als Aggregatträger, ein anderer Endteil 26 als Schwungradgehäuse ausgeführt sein.

Das Kurbelgehäuse 2 ist in Bezug auf die Lagerträgereinheit 14 im Wesentlichen in Richtung der Zylinderachse 5 geführt, so dass die Relativbewegung zwischen Kurbelgehäuse 2 und Lagerträgereinheit 14 im Wesentlichen auf die Zylinderachsrichtung beschränkt bleibt. Dazu ist zwischen dem Endteil 24 und dem Kurbelgehäuse 2 ein Führungselement 28 angeordnet, wobei im Ausführungsbeispiel das Element 28 durch einen in eine Längsnut 30 des Kurbelgehäuses 2 eingreifenden Führungszapfen 32 im Bereich einer Stirnseite 3 des Kurbelgehäuses 2 gebildet ist.

Die Endteile 24 und 26 grenzen direkt an das Kurbelgehäuse 2, wobei axiale Gleitflächen 34, 36 der Endteile 24, 26 und des Kurbelgehäuses 2 aneinandergrenzen. Um die ölführenden Räume von der Umgebung abzudichten, sind im Bereich der Axialgleitflächen 34, 36 im Ausführungsbeispiel durch Gleitdichtungen gebildete Dichteinrichtungen 38, 40 zwischen dem Kurbelgehäuse 2 und den Endteilen 24 bzw. 26 vorgesehen.

Die Lagerträgereinheit 14 kann aus Leichtmetall bestehen, wobei im Bereich der Hauptlager 20 und im Trennbereich zwischen Lagerträger 12 und Lagerbügel 20 Eingussteile 42 aus einem

Claims

5 AT 414 017 B Material mit erhöhter Festigkeit und geringerer Duktilität vorgesehen sein können. Das Kurbelgehäuse 2 selbst kann aus Gusseisen bestehen. Die Exzenterverstellwalze 18 wird zur Veränderung des Kompressionsverhältnisses über ein Zahnradgetriebe 44 oder über einen Schraubradantrieb relativ zum Kurbelgehäuse 2 und relativ zur Lagerträgereinheit 14 verdreht. Dadurch wird das Kurbelgehäuse 2 mit den Zylindern 4 und einem mit dem Kurbelgehäuse 2 verbundenen, nicht weiter dargestellten Zylinderkopf relativ zur Kurbelwellenachse 10a in Richtung der Zylinderachse 5 verschoben. Dabei bleibt die Kurbelwelle 10 samt Aggregateanbau und Getriebe stets in unveränderter Position zum Umfeld, wie bei einem konventionellen Motor, während sich das Kurbelgehäuse 2 samt Zylinderkopf und Röhrenwerk entsprechend der Verdichtungseinstellung verlagert. Der Nockenwellenantrieb, sowohl im Kurbelgehäuse 2, als auch im Zylinderkopf, muss entsprechend der Mittelverlagerung der Kurbelwelle 10 flexibel ausgeführt sein. Das selbe gilt für alle Anschlüsse auf Kurbelgehäuse 2 und Zylinderkopf, welche mit dem stehenden Motorbereich bzw. der Fahrzeugseite verbunden sind. Patentansprüche: 1. Brennkraftmaschine mit zumindest einem in einem Zylinder (4) hin- und hergehenden Kolben (6), welcher über eine Pleuelstange (8) auf eine Kurbelwelle (10) einwirkt, mit einer Einrichtung zur Veränderung des geometrischen Kompressionsverhältnisses, wobei Zylinder (4) und Kurbelgehäuse (2) relativ zur Kurbelwellenachse (10a) verstellbar sind und die Kurbelwellenachse (10a) stationär in Bezug auf die Motoraufhängung ausgebildet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (10) in zumindest einem drehfest bezüglich des Kurbelgehäuses (2) ausgeführten Lagerträger (12) gelagert ist, wobei der Lagerträger (12) und das Kurbelgehäuse (2) zumindest in Richtung der Zylinderachse (5) relativ zueinander beweglich ausgebildet sind und das Kurbelgehäuse (2) vorzugsweise mittels zumindest eines den Lagerträger (12) umgebenden, verdrehbaren Exzenters (16) relativ zum Lagerträger (12) verstellbar ist.
2. Brennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass mehrere Lagerträger (12) zu einer für mehrere Kurbelwellenlager (11) gemeinsamen Lagerträgereinheit (14) verbunden sind.
3. Brennkraftmaschine Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (12) oder die Lagerträgereinheit (14) im Wesentlichen als zylindrischer Teil mit zumindest einem angeschraubten Lagerbügel (20) ausgebildet ist.
4. Brennkraftmaschine nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerbügel (20) gemeinsam mit dem Lagerträger (12) oder der Lagerträgereinheit (14) gegossen und durch einen Bruchtrennvorgang von diesem bzw. dieser getrennt ist.
5. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (16) als eine sich axial über mehrere, vorzugsweise alle Kurbelwellenlager (11) erstreckender Exzenterverstellwalze (18) ausgebildet ist.
6. Brennkraftmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass Exzenterverstellwalze (18) im Wesentlichen als Hülse mit einer diese in Längsrichtung durchsetzenden Bohrung (21) zur Aufnahme zumindest eines Lagerträgers (12) oder der Lagerträgereinheit (14) ausgebildet ist.
7. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (16) oder die Exzenterverstellwalze (18) sowohl bezüglich des Kurbelgehäuses (2), als auch bezüglich des Lagerträgers (12) verdrehbar ist. 6 AT 414 017 B
8. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein Lagerträger (12) oder die Lagerträgereinheit (14) fest mit einem außerhalb des Kurbelgehäuses (2) angeordneten Endteil (24, 26) verbunden ist.
9. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest ein End teil (24) als Aggregatträger für Zusatzaggregate ausgebildet ist.
10. Brennkraftmaschine nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass ein Endteil (26) als Schwungradgehäuse ausgeführt ist. 10
11. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (2) in Tunnelbauweise mit einer das Kurbelgehäuse (2) in Längsrichtung durchsetzenden Bohrung (22) zur Aufnahme zumindest eines Exzenters (16) oder der Exzenterverstellwalze (18) ausgebildet ist. 15
12. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (2) als Zylinder-Kurbelgehäuse ausgebildet ist.
13. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass 20 ein Führungselement (28) zur Führung der Relativbewegung zwischen Lagerträger (14) und Kurbelgehäuse (2) in Richtung der Zylinderachse (5) vorgesehen ist.
14. Brennkraftmaschine nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Führungselement (28) im Bereich einer Stirnseite (3) des Kurbelgehäuses (2) zwischen einem Endteil 25 (24, 26) und dem Kurbelgehäuse (2) angeordnet ist, wobei vorzugsweise das Führungs element (28) durch einen in einer Längsnut (30) in Richtung der Zylinderachse (5) geführten Führungszapfen (32) gebildet ist.
15. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass 30 zumindest ein Lagerträger (12) oder die Lagerträgereinheit (14) oder zumindest ein Endteil (24, 26) mit dem Kurbelgehäuse (2) zumindest eine axiale Gleitfläche (34, 36) vorzugsweise in einer Normalebene auf die Kurbelwellenachse (10a) bildet, wobei vorzugsweise im Bereich der axialen Gleitflächen (34, 36) zumindest eine ölführende Räume gegenüber der Umgebung abdichtende Dichteinrichtung (38, 40) angeordnet ist. 35
16. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der Exzenter (16) oder die Exzenterverstellwalze (18) mittels eines Zahnradgetriebes (44) oder Schraubradgetriebes verstellbar ist.
17. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Lagerträger (12) oder die Lagerträgereinheit (14) aus Leichtmetall ausgeführt sind, wobei vorzugsweise im Bereich der Kurbelwellenlager (11) und/oder im Trennbereich der Lagerbügel (20) Eingussteile aus einem Material mit erhöhter Festigkeit und geringerer Duktilität vorgesehen sind. 45
18. Brennkraftmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass das Kurbelgehäuse (2) aus Gusseisenmaterial hergestellt ist. so Hiezu 1 Blatt Zeichnungen 55