DE102017103987A1 - Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine und Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), die in einem Gehäuse (5) höhenverstellbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Kurbelwelle (1) ein Außenring (3) vorgesehen ist, der um seine Mittelachse (15) verdrehbar angeordnet und zur Höhenverstellung der Kurbelwelle (1) eine zu seiner Mittelachse (15) exzentrisch angeordnete Bohrung (2) aufweist, die am Innendurchmesser eine Lagerfläche (18) bildet, an der die Kurbelwelle (1) mit ihrem Außendurchmesser gelagert ist, wobei zumindest abschnittsweise am Außenring (3) eine Verzahnung (6) zum Eingriff eines Antriebselements (7) zur Übertragung eines Drehmoments von diesem auf den Außenring (3) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine.

Description

• Gebiet der Erfindung
• Die Erfindung betrifft eine Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine und ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine gemäß der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. 9 näher definierten Art.
• Aus US 4,860,702 ist eine Vorrichtung zum Einstellen des Verdichtungsverhältnisses in einer Hubkolben-Brennkraftmaschine mit einer exzentrisch gelagerten Kurbelwelle bekannt. Zur Kurbelwellenlagerung ist ein Radiallager vorgesehen, das in eine Exzenterbuchse aufgenommen ist. Diese ist mit einem Schneckenrad starr verbunden, das durch eine Schneckenwelle verstellbar ist. Nachteilig ist bei dieser Ausgestaltung der aufwendige Aufbau und die damit verbundenen Kosten und der durch die Konstruktion bedingte hohe Bauraumbedarf.
• Zusammenfassung der Erfindung
• Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Verstelleinrichtung der vorgenannten Art hinsichtlich ihres Aufbaues zu vereinfachen, kostengünstig und bauraumsparend zu gestalten.
• Die Aufgabe wird durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 und alternativ durch die Merkmale des Patentanspruchs 9 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen, der Beschreibung und den Zeichnungen.
• Es wird eine Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle vorgeschlagen, die in einem Gehäuse höhenverstellbar gelagert ist. Hierbei ist zur Lagerung der Kurbelwelle ein Außenring vorgesehen, der um seine Mittelachse verdrehbar angeordnet und zur Höhenverstellung der Kurbelwelle eine zu seiner Mittelachse exzentrisch angeordnete Bohrung aufweist, die am Innendurchmesser eine Lagerfläche bildet, an der die Kurbelwelle mit ihrem Außendurchmesser gelagert ist. Da zumindest abschnittsweise am Außenring eine Verzahnung zum Eingriff eines Antriebselements zur Übertragung eines Drehmoments von diesem auf den Außenring ausgebildet ist, ist eine direkte Verstellung bzw. Verdrehung des Außenrings, d.h. unmittelbar am Kurbelwellenlager, ohne zusätzliche Übertragungsglieder möglich. Auf diese Weise wird eine einfach aufgebaute bauraumsparende Verstelleinrichtung ermöglicht, die einfach herstell- und montierbar sowie kostengünstig ist.
• Die Verzahnung ist in besonders vorteilhafter Weise einteilig mit dem Außenring ausgeführt. Sie ist vorzugsweise am Außendurchmesser des Außenrings ausgebildet.
• Denkbar ist auch, andere Übertragungsmittel am Außenring vorzusehen, die eine einfache und direkte Übertragung eines Drehmoments ohne Zwischenglieder auf den Außenring ermöglichen.
• In einer weiteren besonders einfachen Ausgestaltung der Erfindung wird das Antriebselement durch ein Zahnrad gebildet wird, das in die Verzahnung am Außenring zur Übertragung eines Drehmoments eingreift. Vorzugsweise ist dabei das Zahnrad auf einer Motorwelle eines Elektromotors angeordnet. Diese ist bevorzugt parallel zur Kurbelwelle angeordnet.
• Die Verzahnung bildet vorzugsweise ein einteilig mit dem Außenring ausgebildetes Zahnsegment. Bevorzugt erstreckt sich die Verzahnung über ein einen Umfangswinkel von ca. 90° umfassendes Bogensegment des Außendurchmessers des Außenrings.
• Gemäß einer weiteren besonders bevorzugten Ausführung der Erfindung steht die Kurbelwelle an ihrem Außendurchmesser unmittelbar mit der Lagerfläche am Innendurchmesser der exzentrischen Bohrung des Außenrings in Gleitkontakt. Der Außenring bildet auf diese Weise einen Lageraußenring eines Kurbelwellengleitlagers. Denkbar ist auch, dass die Kurbelwelle an ihrem Außendurchmesser über Wälzkörper am Innendurchmesser der Bohrung gelagert ist. Hierbei bildet die Lagerfläche am Innendurchmesser der Bohrung des Außenrings eine Lauffläche für die Wälzkörper.
• Der Außenring ist in besonders vorteilhafter Weise zumindest abschnittsweise mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Gehäuses gelagert.
• Erfindungsgemäß ist durch einfaches Verdrehen des Außenrings der Kurbelwellenlagerung die Kurbelwelle mit ihrer Mittelachse um eine vorbestimmte Höhe in Richtung eines Zylinderkopfs der Brennkraftmaschine verlagerbar. Vorzugsweise ist dabei zur Erhöhung der Verdichtung das Totvolumen zumindest eines Zylinders der Brennkraftmaschine reduzierbar.
• Es ist weiterhin besonders vorteilhaft, wenn durch Verdrehen des Außenrings die Kurbelwelle mit ihrer Mittelachse derart verlagerbar ist, dass diese im oberen Totpunkt zumindest eines Hubkolbens der Brennkraftmaschine mit einem vorbestimmten Versatz gegenüber der Bewegungsachse des Hubkolbens angeordnet ist. Vorzugsweise ist hierbei der Versatz derart gewählt, dass nach Durchlaufen des oberen Totpunkts während des Expansionshubs des Hubkolbens die Mittelachse eines Pleuels desselben in eine fluchtende Position mit der Bewegungsachse des Hubkolbens gelangt. Auf diese Weise ist eine einseitige Belastung des Hubkolbens durch Reaktionskräfte am Pleuel und eine daraus resultierende erhöhte Reibung zwischen Hubkolben und Zylinder der Brennkraftmaschine vermeidbar.
• Die erfindungsgemäße Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in der Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle gelöst, die in einem Gehäuse höhenverstellbar gelagert ist. Die Verstelleinrichtung kann dabei insbesondere nach einem der vorangehend beschriebenen Patentansprüche ausgebildet sein. Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass bei Erreichen einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl der Brennkraftmaschine ein elektrischer Aktor von einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine angesteuert und einen exzentrischen Außenring der Kurbelwellenlagerung aus einer Ausgangsstellung verdreht und dabei zur Erhöhung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle um eine vorbestimmte Höhe im Gehäuse verstellt bzw. verlagert wird. Bei Erreichen einer vorbestimmten höheren Drehzahl der Brennkraftmaschine wird der Aktor von der Steuereinrichtung angesteuert, wobei der Aktor den Außenring der Kurbelwellenlagerung in die Ausgangstellung zurückdreht und zur Reduzierung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle in die Ausgangstellung zurückverlagert wird.
• Es ist dabei vorteilhaft, wenn bei Verdrehung des Außenrings zur Erhöhung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Mittelachse der Kurbelwelle derart verlagert wird, dass diese im oberen Totpunkt zumindest eines Hubkolbens der Brennkraftmaschine in einen vorbestimmten Versatz gegenüber der Bewegungsachse des Hubkolbens gelangt. Auf diese Weise ist es möglich bei erhöhter Verdichtung der Brennkraftmaschine, wenn während des Expansionshubs erhöhte Belastungen auf den Hubkolben wirken, eine einseitige Belastung desselben und eine daraus resultierende erhöhte Reibung zu vermeiden.
• Figurenliste
• Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den Zeichnungen, in denen mehrere Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
• 1 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine in einem ersten Betriebszustand,
• 2 eine Schnittdarstellung der Verstelleinrichtung in einem zweiten Betriebszustand,
• 3 ein Zustandsdiagramm,
• 4 eine Schnittdarstellung einer erfindungsgemäßen Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand,
• 5 eine Schnittdarstellung der Verstelleinrichtung aus 4 in einem zweiten Ausführungsbeispiel in einem zweiten Betriebszustand.
• Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
• In 1 ist eine erfindungsgemäße Verstelleinrichtung zur Einstellung einer variablen Verdichtung in einer Brennkraftmaschine dargestellt. Die Anordnung umfasst eine Kurbelwelle 1 mit einem Kurbelwellenlager, das einen exzentrischen Außenring 3 mit einer zur Mittelachse 15 desselben exzentrisch angeordneten Bohrung 2 aufweist. Die Exzentrizität des Außenrings 3 ist durch den radialen Abstand zwischen der Mittelachse 15 des Außenrings 3 und der Mittelachse der Bohrung 2 bzw. der Mittelachse 4 der Kurbelwelle 1 bestimmt, wobei die Mittelachse 4 zugleich die Drehachse der Kurbelwelle 1 darstellt. Die Bohrung 2 bildet am Innendurchmesser eine Lagerfläche 18, an der die Kurbelwelle 1 bzw. ein sogenannter Kurbelwellenzapfen oder -stumpf derselben mit dem Außendurchmesser in Gleitkontakt gelagert ist. Der Außenring bildet auf dieses Weise einen Lageraußenring eines Kurbelwellengleitlagers. Dabei ist der Außenring 3 um seine Mittelachse 15 relativ zu einem Gehäuse 5, hier das Kurbelgehäuse der Brennkraftmaschine, drehbar in diesem gelagert angeordnet. Der Außenring 3 ist vorzugsweise zumindest abschnittsweise mit seinem Außendurchmesser am Innendurchmesser des Gehäuses 5 gelagert. Er weist am Außendurchmesser ein einteilig mit diesem ausgebildete Verzahnung 6 zur Einleitung eines von einem Antriebselement 7 einer Aktorik erzeugten Drehmoments zur Verdrehung des Außenrings 3 auf. Die Verzahnung 6 wird durch am Außendurchmesser des Außenrings 3 einteilig mit diesem in Umfangsrichtung bzw. Drehrichtung hintereinander angeordnete Zähne gebildet, die ein einteilig am Außendurchmesser des Außenring 3 ausgeführtes Zahnsegment bilden, das sich über ein einen Umfangswinkel von ca. 90° umfassendes Bogensegment des Außendurchmessers des Außenrings 3 erstreckt. In die Verzahnung 6 greift das Antriebselement 7, insbesondere eine Verzahnung eines elektrischen Aktors, hier ein Antriebsrad bzw. Zahnrad, das von einem nicht dargestellten elektrischen Aktor antreibbar ist, ein. Der Aktor ist durch Signale einer Motorsteuerung der Brennkraftmaschine steuerbar. Hierbei kann das Antriebsrad beispielsweise auf einer Motorwelle eines nicht dargestellten Elektromotors drehfest angeordnet sein.
• Die Kurbelwelle 1 ist an einem Kurbelwellenzapfen bzw. -stumpf über einen Pleuel 8 mit einem Hubkolben 9 der Brennkraftmaschine verbunden. Der Pleuel 8 ist über einen Pleuelzapfen 10 an Kurbelwellenwangen 11 des Kurbelwellenzapfens bzw. -stumpfes gelagert. Kurbelwelle 1, Kurbelwellenlager, Pleuel 8, Pleuelzapfen 10 und Hubkolben 9 bilden einen Kurbeltrieb der Brennkraftmaschine. Der Hubkolben 9 ist in einem nur schematisch angedeuteten Zylinder 12 der Brennkraftmaschine geführt und in seinem oberen Totpunkt 13 im Bereich des Zylinderkopfes 14 dargestellt. Im oberen Totpunkt 13 weist der Hubkolben 9 die größte Entfernung von der Kurbelwelle 1 bzw. von deren Mittelachse 4 und den geringsten Abstand zum Zylinderkopf 14 auf, wodurch die größte Verdichtung des Verbrennungsgasgemisches im Zylinder 12 erreicht wird. Dabei verbleibt im oberen Totpunkt 13 des Hubkolbens 9 zwischen dessen Boden an der Kolbenoberseite und dem Zylinderkopf 14 ein Totvolumen V_C1 im Zylinder 12, das durch einen Doppelpfeil angedeutet ist.
• Bei niedriger Motordrehzahl der Brennkraftmaschine ist eine höhere Verdichtung erforderlich, um vom Motor eine größere Leistung und ein größeres Drehmoment zu erhalten. Um dies zu erreichen, muss das Verdichtungsverhältnis des Motors erhöht werden. Diese ist durch eine Verringerung des Totvolumens V_C1 des Zylinders 12 im oberen Totpunkt 13 des Hubkolbens 9 möglich. Hierzu wird der Mittelpunkt des Kurbelwellenlagers bzw. die Mittelachse 4 der Kurbelwelle 1 aufwärts in Richtung des Zylinderkopfs 14 bewegt. Dabei entspricht die Mittelachse 4 der Kurbelwelle 1 der Drehachse der Kurbelwelle 1. Um dies zu erreichen, sendet die Motorsteuerung ein Signal, dass die Motordrehzahl niedrig ist, wodurch der elektrische Aktor bzw. der Elektromotor betätigt und das Antriebselement 7 im Uhrzeigersinn drehend angetrieben wird, während sich der exzentrische Außenring 3 mit der Verzahnung 6 entgegen dem Uhrzeigersinn bewegt wie durch einen Pfeil in 2 angedeutet. Aufgrund der Exzentrizität der Bohrung 2 im Außenring 3 gelangt die Kurbelwelle 1 mit ihrer Mittelachse 4 in eine neue Position, in der die Mittelachse mit 4'bezeichnet, die gegenüber der angedeuteten ursprünglichen Ausgangsstellung der Mittelachse 4 um eine durch einen Doppelpfeil angedeutete Höhe Δh in Richtung des Zylinderkopfes 14, d.h. in der Bildebene vertikal höhenverstellt ist. Auf diese Weise wird eine Höhenverstellung der Kurbelwelle 1 gegenüber dem Zylinderkopf 14 und dem Kurbelgehäuse 5 der Brennkraftmaschine ermöglicht, wodurch der obere Totpunkt 13' des Hubkolbens 9 um die vertikale Höhe Δh aufwärts in Richtung des Zylinderkopfs 14 verschoben und dadurch ein reduziertes Totvolumen V_C2 im Zylinder 12 mit einer erhöhten Verdichtung bzw. einem vergrößerten Verdichtungsverhältnis erreicht wird.
• Wird die Motordrehzahl der Brennkraftmaschine erhöht sendet die Motorsteuerung ein Signal an den Aktor zur Erzeugung einer Drehbewegung am Antriebselement 7 entgegen dem Uhrzeigersinn. Hierdurch wird der exzentrische Außenring 3 an der Verzahnung 6 im Uhrzeigersinn zurückgedreht und die Kurbelwelle 1 mit ihrer Mittelachse 4' bzw. dem Mittelpunkt des Kurbelwellenlagers zurück in die angedeutete Ausgangsstellung der Mittelachse 4 überführt, wodurch wieder der ursprüngliche obere Totpunkt 13 und das Totvolumen V_C1 im Zylinder 12 mit dem ursprünglichen Verdichtungsverhältnis erreicht wird.
• Eine beispielhafte Berechnung des thermischen Wirkungsgrads für einen Hubkolbenmotor mit einem Hubraum von 200 ccm³ und einer erfindungsgemäßen Höhenverstellung Δh der Kurbelwelle 1 um 0,8 mm mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses von 11 auf 13 ergibt einen Anstieg des thermischen Wirkungsgrads um 2,5 %-Punkte. Im Folgenden ist eine Berechnung für ein entsprechendes variables Verdichtungsverhältnis aufgeführt, wobei von einem Bohrungsdurchmesser des Zylinders 12 von 72 mm und einem Hub desselben von 49 mm ausgegangen wird.
• Das Ausgangs-Totvolumen V_C1 des Zylinders 12 ergibt sich aus dessen Hubraum V_S und dem Ausgangs-Verdichtungsverhältnis
  CR₁ = (V_S + V_C1 ) / V_C1 mit V_S = 199,5 ccm³ und CR₁ = 11 woraus sich das Ausgangs-Totvolumen $${\text{V}}_{\text{C}1}={\text{V}}_{\text{S}}/{\text{CR}}_{\text{1}}-1=\mathrm{19,95}{\text{ ccm}}^3$$

  

  berechnen lässt.
• Entsprechend ergibt sich das reduzierte Totvolumen V_C2 bei erhöhtem Verdichtungsverhältnis CR₂ = 13 aus $${\text{V}}_{\text{C2}}={\text{V}}_{\text{S}}/{\text{CR}}_2-1=\mathrm{16,62}{\text{ ccm}}^3$$

  
• Damit erhält man die erforderliche Änderung des Totvolumens ΔV_C im Zylinder 12 aus der Differenz $$\mathrm{\Delta }{\text{V}}_{\text{C}}={\text{V}}_{\text{C1}}-{\text{V}}_{\text{C2}}=\mathrm{19,95}\text{ ccm3}-\text{16}\text{,62 ccm3}=\text{3}{\text{,33 ccm}}^3$$

  

  wobei die Änderung des Totvolumens ΔV_C bestimmt ist durch $$\mathrm{\Delta }{\text{V}}_{\text{C}}={\text{V}}_{\text{C1}}-{\text{V}}_{\text{C2}}=\pi /4\ast {\text{d}}^2\ast \text{L}\text{,}$$

  

  woraus sich die Änderung der Höhe L des oberen Totpunkts 13' des Hubkolbens 9 bzw. der Höhenverstellung Δh der Kurbelwelle 1 berechnen lässt mit L = 0,82 mm.
• In 3 ist ein Otto-Prozess schematisch als Kreisprozesse in einem Zustandsdiagramm mit dem Druck P über dem Volumen V des Verbrennungsgases aufgetragen. Er führt über die Zustände 0, I, II, III und IV mit einer Verdichtung des Verbrennungsgases von einem Volumen V_I im Zustand I auf ein Volumen V_II im Zustand II und anschließender Zuführung von Wärme Qs und nach der Expansion des Gasvolumens Abführung von Wärme Q_R . Der thermische Wirkungsgrad

  

  _Otto eines Otto-Prozesses ergibt sich aus der zugeführten Wärme Qs und der nach der Expansion des Gasvolumens abgeführten Wärme Q_R :

  

  und ausgedrückt mit dem Verdichtungsverhältnis CR = V_I/V_II und einer Konstanten r = 1,40 ist

  
• Berechnung des Wirkungsgrads

  

  _Otto für CR = 11 ergibt

  
• Berechnung des Wirkungsgrads

  

  _Otto für CR = 13 ergibt

  
• 4 zeigt die Verstelleinrichtung mit dem Außenring 3 wieder in der Ausgangsstellung, wobei sich der Hubkolben 9 im oberen Totpunkt 13 befindet. Dabei sind der Hubkolben 9 mit seiner in Hubrichtung verlaufenden Längs- bzw. Bewegungsachse 16 und die Mittelachse 4 der Kurbelwelle 1 in einer Ebene angeordnet. Nach durchlaufen des oberen Totpunkts 13 im Zeitpunkt des Expansionshubs während des Verbrennungstakts im Zylinder 12 wirken die maximalen Kräfte aus der Verbrennung bzw. der Verbrennungsdruck Pv auf den Hubkolben 9. Daraus resultierend eine Reaktionskraft Fp am Pleuel 8, die auf den Hubkolben 9 schräg zu dessen Bewegungsachse 16 wirkt. Die Stellung des Pleuels 8 und der Kurbelwellenwangen 11 ist dabei durch gestrichelte Linien angedeutet. Die am Hubkolben 9 schräg angreifende Reaktionskraft F_P erzeugt eine einseitig zwischen Hubkolben 9 und Zylinder 12 wirkende Radialkraft F_R mit erhöhter Reibung zwischen Außendurchmesser des Hubkolbens 9 und dem Innendurchmesser des Zylinders 12. Dies kann durch einen seitlichen mit x bezeichneten Versatz der Kurbelwelle 1 bzw. der Mittelachse 4 derselben im oberen Totpunkt 13 des Hubkolbens 9 aus der Ebene der Bewegungsachse 16 des Hubkolbens 9 heraus in eine zu dieser parallele Ebene vermieden werden wie in 5 dargestellt. Der Versatz x erfolgt zu der Seite des Hubkolbens 9 bzw. zu der Seite der Bewegungsachse 16 hin, an der die einseitige Belastung aus der Radialkraft F_R an der Zylinderwand auftritt, zu der die Reaktionskraft F_P am Pleuel 8 hinwirkt. Der Versatz x der Kurbelwelle 1 mit ihrer Mittelachse 4 kann dadurch erreicht werden, dass durch Betätigung des elektrischen Aktors bzw. des Elektromotors der exzentrische Außenring 3 des Kurbelwellenlagers entgegen dem Uhrzeigersinn verdreht, wie durch einen Pfeil angedeutet. Dadurch wird die Kurbelwelle 1 im oberen Totpunkt des Hubkolbens 9 in die neue Position mit ihrer Mittelachse 4' mit einem Versatz x in der Bildebene nach links quer zur Bewegungsachse 16 des Hubkolbens 9 in eine Ebene parallel zu dieser überführt, wobei die ursprüngliche Position der Mittelachse 4 in der Ausgangsstellung aus 4 angedeutet ist. Auf diese Weise gelangt der Pleuel 8 bzw. dessen Längsachse 17 zu dem Zeitpunkt des Expansionshubs während die maximalen Kräfte aus der Verbrennung bzw. des Verbrennungsdrucks Pv im Zylinder 12 auf den Hubkolben 9 wirken in eine mit der Längs- bzw. Bewegungsachse 16 bzw. der Bewegungslinie des Hubkolbens 9 fluchtende Position, in der der Pleuel 8 und die Kurbelwellenwangen 11 in gestrichelten Linien dargestellt sind. Dadurch liegt die Reaktionskraft F_P am Pleuel 8 in einer Linie mit der Bewegungsachse 16 bzw. der Bewegungslinie des Hubkolbens 9, wodurch auf diesen wirkende Radialkräfte F_R und die daraus resultierende erhöhte Reibung am Zylinder 12 vermieden werden.
• Auf diese Weise ist es möglich, durch Verwendung eines elektrischen Aktors und eines erfindungsgemäßen exzentrischen Außenrings 3 des Kurbelwellenlagers sowohl eine Erhöhung der Verdichtung der Brennkraftmaschine durch ein reduziertes Totvolumen V_C2 im Zylinder 12 und als auch eine Reduzierung der Reibung im Zylinder 12 zu erreichen. Der erfindungsgemäße Verstelleinrichtung ist in ein- oder mehrzylindrigen Brennkraftmaschinen einsetzbar.
• Bezugszeichenliste

1

Kurbelwelle

2

Bohrung

3

Außenring

4

Mittelachse

4'

Mittelachse

5

Gehäuse

6

Verzahnung

7

Antriebselement

8

Pleuel

9

Hubkolben

10

Pleuelzapfen

11

Kurbelwellenwangen

12

Zylinder

13

Totpunkt

13'

Totpunkt

14

Zylinderkopf

15

Mittelachse

16

Bewegungsachse

17

Längsachse

18

Lagerfläche

V_C1

Totvolumen

V_C2

Totvolumen

Δh

Höhe

V_S

Hubraum

CR₁

Verdichtungsverhältnis

CR₂

Verdichtungsverhältnis

P

Druck

V

Volumen

I

Zustand

II

Zustand

III

Zustand

IV

Zustand

Q_R

Wärme

Q_S

Wärme



_Otto

Wirkungsgrad

ΔV_C

Änderung Totvolumen

CR

Verdichtungsverhältnis

P_V

Verbrennungsdruck

F_P

Reaktionskraft

F_R

Radialkraft

x

Versatz

• ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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• Zitierte Patentliteratur
• US 4860702 [0002]

Claims (10)

1. Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), die in einem Gehäuse (5) höhenverstellbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass zur Lagerung der Kurbelwelle (1) ein Außenring (3) vorgesehen ist, der um seine Mittelachse (15) verdrehbar angeordnet und zur Höhenverstellung der Kurbelwelle (1) eine zu seiner Mittelachse (15) exzentrisch angeordnete Bohrung (2) aufweist, die am Innendurchmesser eine Lagerfläche (18) bildet, an der die Kurbelwelle (1) mit ihrem Außendurchmesser gelagert ist, wobei zumindest abschnittsweise am Außenring (3) eine Verzahnung (6) zum Eingriff eines Antriebselements (7) zur Übertragung eines Drehmoments von diesem auf den Außenring (3) ausgebildet ist.
2. Verstelleinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (6) am Außendurchmesser des Außenrings (3) einteilig mit diesem ausgebildet ist.
3. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebselement (7) durch ein Zahnrad gebildet wird, das in die Verzahnung (6) des Außenrings (3) eingreift und auf einer Motorwelle eines Elektromotors angeordnet ist, die parallel zur Kurbelwelle (1) angeordnet ist.
4. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Verzahnung (6) ein einteilig mit dem Außenring (3) ausgebildetes Zahnsegment bildet, das sich über ein einen vorbestimmten Umfangswinkel umfassendes Bogensegment am Außendurchmessers des Außenrings erstreckt.
5. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Kurbelwelle (1) an ihrem Außendurchmesser mit der Lagerfläche (18) am Innendurchmesser des Außenrings (3) in Gleitkontakt steht.
6. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Außenring (3) mit seinem Außendurchmesser zumindest abschnittsweise am Innendurchmesser des Gehäuses (5) gelagert ist.
7. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verdrehen des Außenrings (3) die Kurbelwelle (1) mit ihrer Mittelachse (4) um eine vorbestimmte Höhe (Δh) in Richtung eines Zylinderkopfs (14) der Brennkraftmaschine verlagerbar, das Totvolumen (V_C1) zumindest eines Zylinders (12) der Brennkraftmaschine reduzierbar und die Verdichtung der Brennkraftmaschine erhöhbar ist.
8. Verstelleinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass durch Verdrehen des Außenrings (3) die Kurbelwelle (1) mit ihrer Mittelachse (4) derart verlagerbar ist, dass diese im oberen Totpunkt (13') zumindest eines Hubkolbens (12) der Brennkraftmaschine mit einem vorbestimmten Versatz (x) gegenüber der Bewegungsachse (16) des Hubkolbens (12) angeordnet ist.
9. Verfahren zum Betrieb einer Brennkraftmaschine mit einer Verstelleinrichtung zur variablen Einstellung der Verdichtung in einer Brennkraftmaschine mit einer Kurbelwelle (1), die in einem Gehäuse (5) höhenverstellbar gelagert ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei Erreichen einer vorbestimmten niedrigen Drehzahl der Brennkraftmaschine ein elektrischer Aktor von einer Steuereinrichtung der Brennkraftmaschine angesteuert wird und einen exzentrischen Außenring (3) eines Kurbelwellenlagers aus einer Ausgangsstellung verdreht, wobei zur Erhöhung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle (1) um eine vorbestimmte Höhe (Δh) im Gehäuse (5) verstellt wird, und bei Erreichen einer vorbestimmten höheren Drehzahl der Brennkraftmaschine der elektrische Aktor von der Steuereinrichtung angesteuert wird und den Außenring (3) des Kurbelwellenlagers in die Ausgangstellung zurückdreht, wobei zur Reduzierung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Kurbelwelle (1) in die Ausgangstellung zurückverlagert wird.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei Verdrehung des Außenrings (3) zur Erhöhung der Verdichtung der Brennkraftmaschine die Mittelachse (4) der Kurbelwelle (1) derart verlagert wird, dass diese im oberen Totpunkt (13') zumindest eines Hubkolbens (12) der Brennkraftmaschine in einen vorbestimmten Versatz (x) gegenüber der Bewegungsachse (16) des Hubkolbens (12) gelangt.

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