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WO2007057149A1 - Hubkolbenbrennkraf tmaschine mit veränderlichem verdichtungsverhältnis - Google Patents

Hubkolbenbrennkraf tmaschine mit veränderlichem verdichtungsverhältnis Download PDF

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Publication number
WO2007057149A1
WO2007057149A1 PCT/EP2006/010890 EP2006010890W WO2007057149A1 WO 2007057149 A1 WO2007057149 A1 WO 2007057149A1 EP 2006010890 W EP2006010890 W EP 2006010890W WO 2007057149 A1 WO2007057149 A1 WO 2007057149A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
transverse lever
connecting rod
internal combustion
reciprocating
combustion engine
Prior art date
Application number
PCT/EP2006/010890
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Michael Bach
Hans-Georg Lehmann
Dieter Nowak
Dietmar SCHRÖER.
Original Assignee
Daimler Ag
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Daimler Ag filed Critical Daimler Ag
Priority to JP2008540502A priority Critical patent/JP2009516123A/ja
Publication of WO2007057149A1 publication Critical patent/WO2007057149A1/de
Priority to US12/152,867 priority patent/US20090000598A1/en

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Classifications

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

Definitions

  • the invention relates to a reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio with the features of the preamble of claim 1.
  • a reciprocating internal combustion engine with a variable compression ratio is known from the patent EP 1 307 642 B1.
  • a change in the compression ratio is achieved in that between a connecting rod, which is pivotally connected to a piston, and a crank of a crankshaft, a transverse lever is arranged.
  • the sequence of movement of the transverse lever can be manipulated by a Maupleuel, which is hinged on the one hand on the transverse lever and the other end is slidably mounted via an eccentric or a crank.
  • By turning the eccentric or the crank Maupleuel is moved at its end relative to the machine housing. Due to the articulated connection to the transverse lever this is rotated in its position relative to the crank of the crankshaft, whereupon the connecting rod shifts the piston in the cylinder direction. This results in a change in the compression ratio of the internal combustion engine.
  • the object of the invention is such a reciprocating internal combustion engine with variable compression ratio so continue to form that an improved smoothness is achieved.
  • the reciprocating internal combustion engine according to the invention with variable compression ratio is characterized in that in a superposition of the transverse lever in a main view with a planar orthogonal axis system with the zero point of the axis system in the hinge point, a first axis through the second bearing point and a second axis perpendicular thereto, wherein through the two axes a plane in four quadrants I to IV is divided in a mathematically conventional manner and the first bearing point in the second quadrant II is arranged, a center of gravity of the transverse lever in one of the quadrant II, III or IV is arranged.
  • the center of gravity can be produced particularly simply and inexpensively by means of an additional mass on the transverse lever. It is sufficient to increase the cross section of the cross lever beyond the level necessary for the strength. This can be done easily without additional screwing or editing.
  • the crank radius r is defined as the distance between the rotational axis of the crankshaft and the center of the crankpin forming the crank pivot point.
  • Fig. 1 is a cylinder unit of an inventive
  • FIG. 2 shows a known cross lever of a known
  • FIG. 3 shows a cross lever according to the invention a
  • a reciprocating internal combustion engine 1 is shown with an adjusting device 2 for changing a compression ratio.
  • the reciprocating internal combustion engine 1 consists of a housing 3, in which a piston 4 is slidably mounted in a cylinder 13 and a crankshaft 5, which rotates in the housing 3 about its axis of rotation 22.
  • the adjusting device 2 for changing the compression ratio consists mainly of a connecting rod 6, which connects the piston 4 with a first lever arm 7 of a transverse lever 8, which in turn is rotatably mounted on a crank pin 9 of the crankshaft 5.
  • a second lever arm 10 of the transverse lever 8 is connected via a Maupleuel 11 with an eccentric 12, which in turn is rotatably mounted in the housing 3.
  • the position of the center of gravity 14 of the transverse lever 8 represents a significant factor for the free forces in the engine and the vibration behavior of the reciprocating internal combustion engine 1.
  • a known transverse lever 8 of a known adjusting device 2 for changing a compression ratio is shown.
  • the transverse lever 8 has a first lever arm 7 and a second lever arm 10, which are at an angle of less than 180 ° to each other.
  • the transverse lever 8 is designed in its dimensions for low weight and sufficient strength.
  • the center of gravity 14 of the transverse lever 8 is in Fig. 2 right above the hinge point 15, by which the transverse lever 8 rotates in the installed state to the crank pin 9. This position of the center of gravity 14 is due to the different length of the two lever arms 7, 10 and in the non-stretched position to each other.
  • FIG. 3 an inventive transverse lever 8 an adjusting device 2 for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine is shown.
  • the transverse lever 8 is provided with an imaginary orthogonal axis system Mistake.
  • the zero point of the axis system in the hinge point 15 of the transverse lever 8 is arranged.
  • a first axis 23 passes through the zero point and a second bearing point 20 on the second lever arm 10 of the transverse lever 8.
  • the second axis 24, which is perpendicular to the first axis 23, likewise passes through the zero point and divides the plane of the drawing into four quadrants I, II, III and IV
  • the arrangement of the first lever arm 7 and the second lever arm 10 relative to each other and relative to the hinge point 15 corresponds to the known arrangement of Fig.
  • the cross lever 8 according to the invention an additional mass 16 is added, which shifts the center of gravity 14 of the transverse lever 8 relative to the position in Fig. 2.
  • the center of gravity 14 is in Fig. 2 in the quadrant IV.
  • the center of gravity 14 is located in Fig. 2 below a first connecting line 17 between the hinge point 15 and a first bearing point 18 on the first lever arm 7.
  • the center of gravity 14 is located in Fig. 2 also below a
  • the position designation "below" in Fig. 3 corresponds to a position of the center of gravity 14 of the transverse lever 8 at a position of the piston 4 at top dead center with highest compression, in the center of gravity 14 is displaced approximately in the direction of the axis of rotation 22 of the crankshaft 5.
  • the additional mass 16 is generated, for example, by a partial enlargement of the cross section of the transverse lever 8, which results in a simple and cost-effective solution. A more complex solution would also be possible by screwing on an additional weight.
  • crank mechanism of Reciprocating internal combustion engine 1 and the adjusting device 2 during operation of the reciprocating internal combustion engine 1 additional mass forces.
  • crankshaft rotation rotating mass forces 1st order can be compensated with counterweights 21 on the crankshaft 5.
  • the advantage of the invention lies in a simple and cost-effective way to improve the smoothness of a reciprocating internal combustion engine 1 with four cylinders 13 and an adjusting device 2 for changing the compression ratio by attaching an additional mass 16 on the cross lever 8 substantially.

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) mit einem in einem Zylinder (13) verschieblich angeordneten Kolben (4), der mit einer Pleuelstange (6) gelenkig gekoppelt ist, deren Bewegung auf einen Hubzapfen (9) einer Kurbelwelle (5) übertragbar ist. Zwischen der Pleuelstange (6) und dem Hubzapfen (9) ist ein Übertragungsglied vorgesehen, dessen Bewegung über ein Nebenpleuel (11) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) manipulierbar ist. Das Übertragungsglied ist als Querhebel (8) ausgebildet, der über ein Gelenk an einem Gelenkpunkt (15) mit dem Hubzapfen (9) gekoppelt ist. Bei einer Überlagerung des Querhebels (8) in einer Hauptansicht mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem mit dem Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt (15), einer ersten Achse durch den zweiten Lagerpunkt (20) und einer dazu senkrechten zweiten Achse, wobei durch die beiden Achsen eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt ist und der erste Lagerpunkt (18) im zweiten Quadranten II angeordnet ist, ist ein Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) in einem der Quadranten II, III oder IV angeordnet.

Description

DaimlerChrysler AG
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis
Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1.
Aus der Patentschrift EP 1 307 642 Bl ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis bekannt. Eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses wird dadurch erreicht, dass zwischen einer Pleuelstange, die mit einem Kolben gelenkig verbunden ist, und einer Kurbel einer Kurbelwelle ein Querhebel angeordnet ist. Der Bewegungsablauf des Querhebels ist über ein Nebenpleuel manipulierbar, das einerseits am Querhebel gelenkig befestigt ist und dessen anderes Ende über einen Exzenter oder eine Kurbel verschiebbar gelagert ist. Durch Verdrehen des Exzenters oder der Kurbel wird das Nebenpleuel an seinem Ende relativ zum Maschinengehäuse bewegt. Durch die gelenkige Verbindung zum Querhebel wird dieser in seiner Lage relativ zur Kurbel der Kurbelwelle verdreht, worauf die Pleuelstange den Kolben in Zylinderrichtung verschiebt. Damit erfolgt eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine derartige Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis so weiter zu bilden, dass eine verbesserte Laufruhe erzielt wird.
Diese Aufgabe wird durch eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis mit den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Hubkolbenbrennkraftmaschine mit veränderlichem Verdichtungsverhältnis zeichnet sich dadurch aus, dass bei einer Überlagerung des Querhebels in einer Hauptansicht mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem mit dem Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt, einer ersten Achse durch den zweiten Lagerpunkt und einer dazu senkrechten zweiten Achse, wobei durch die beiden Achsen eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt ist und der erste Lagerpunkt im zweiten Quadranten II angeordnet ist, ein Schwerpunkt des Querhebels in einem der Quadranten II, III oder IV angeordnet ist. Bei einem gattungsgemäßen Triebwerk einer Hubkolbenmaschine mit einem Querhebel und einem Nebenpleuel zusätzlich zu den bekannten Triebwerkselementen Kolben, Pleuelstange und Kurbelwelle entstehen durch die oszillierende und rotierende Bewegung der einzelnen Bauteile Kräfte und Momente. Vorrangiges Ziel einer derartigen Hubkolbenbrennkraftmaschine ist es, die Verdichtung der Hubkolbenbrennkraftmaschine verändern zu können. Durch geschickte Anordnung sowohl der Dreh- und Gelenkpunkte als auch der Schwerpunkte der einzelnen Elemente des Triebwerks ist es möglich, die Trägheits- und Fliehkräfte, die beim Bewegen der einzelnen Elemente entstehen, so miteinander zu überlagern, dass sie sich möglichst vollständig, zumindest jedoch teilweise gegeneinander aufheben. Eine Verschiebung des Schwerpunktes mit vorteilhafter Wirkung wird durch eine Anordnung erzielt, bei der der Schwerpunkt des Querhebels durch eine Zusatzmasse am Querhebel in einem der Quadranten II, III oder IV verschoben ist.
Besonders einfach und kostengünstig lässt sich der Schwerpunkt durch eine Zusatzmasse am Querhebel erzeugen. Es genügt dazu, den Querschnitt des Querhebels über das für die Festigkeit notwendige Maß hinaus zu vergrößern. Dies lässt sich ohne zusätzliche Verschraubung oder Bearbeitung einfach bewerkstelligen .
Durch die erfindungsgemäße Wahl der Lage und Größe des Schwerpunktes des Querhebels bei einem Einzylinder-Triebwerk verbleibt als resultierende Kraft aus den bewegten Massen des Triebwerkes eine in Gegenrichtung zur Kurbelwelle umlaufende Kraft 1. Ordnung. Eine derartige Kraft lässt sich beispielsweise durch eine Ausgleichswelle eliminieren. Alle übrigen Kräfte und Momente sind verschwindend gering oder gänzlich aufgehoben.
Bei einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in Vierzylinder- Reihenbauart können durch geschickte Wahl der Abmessungen der Elemente des Triebwerkes und durch eine erfindungsgemäße Lage des Schwerpunktes des Querhebels die Massenkräfte und ^assenmomente des Kurbeltriebs in ihrer 1. und 2. Ordnung vollständig ausgeglichen werden. Bei einer Vierzylinder- Reihenmaschine mit üblicher Kurbelzapfenanordnung der <urbelwelle und Zündfolge heben sich die umlaufenden Kräfte L. Ordnung des Einzylindertriebwerkes gegenseitig auf, wenn der Schwerpunkt des Querhebels erfindungsgemäß verschoben ingeordnet ist. Dadurch wird eine hervorragende Laufruhe srzielt . Besondere Laufruhe und eine gute Verstellbarkeit der Verdichtung der Hubkolbenbrennkraftmaschine wird erreicht, wenn die Seitenlänge a zwischen dem ersten (Pleuelstangen-) Lagerpunkt und dem zweiten (Nebenpleuel-) Lagerpunkt und die Seitenlänge b zwischen dem zweiten (Nebenpleuel-) Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt und die Seitenlänge c zwischen dem ersten (Pleuelstangen-) Lagerpunkt und dem Kurbel-Gelenkpunkt bezogen auf den Kurbelradius r wie folgt bemessen sind:
4,0*r < a < 7, 0*r, 2,2*r < b < 5,5*r und l,2*r < c < 3,5*r.
Der Kurbelradius r ist als der Abstand zwischen der Drehachse der Kurbelwelle und der Mitte des Hubzapfens, die den Kurbel- Gelenkpunkt bildet, definiert.
Weitere Merkmale und Merkmalskombinationen ergeben sich aus der Beschreibung sowie den Zeichnungen. Konkrete Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in den Zeichnungen vereinfacht dargestellt und in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
Dabei zeigen:
Fig. 1 eine Zylindereinheit einer erfindungsgemäßen
Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einer Vorrichtung zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses, Fig. 2 einen bekannten Querhebel einer bekannten
Verstellvorrichtung zur Veränderung eines
Verdichtungsverhältnisses und Fig. 3 einen erfindungsgemäßen Querhebel einer
Verstellvorrichtung zur Veränderung eines
Verdichtungsverhältnisses . In Fig. 1 ist eine Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit einer Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses gezeigt. Die Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 besteht aus einem Gehäuse 3, in dem ein Kolben 4 in einem Zylinder 13 verschiebbar gelagert ist und einer Kurbelwelle 5, die sich im Gehäuse 3 um ihre Drehachse 22 dreht.
Die Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses besteht vor allem aus einer Pleuelstange 6, die den Kolben 4 mit einem ersten Hebelarm 7 eines Querhebels 8 verbindet, der seinerseits auf einem Hubzapfen 9 der Kurbelwelle 5 drehbar gelagert ist. Ein zweiter Hebelarm 10 des Querhebels 8 ist über ein Nebenpleuel 11 mit einem Exzenter 12 verbunden, der seinerseits drehbar im Gehäuse 3 gelagert ist.
Ein Verstellen des Verdichtungsverhältnisses wird durch Drehen des Exzenters 12 initiiert, der dadurch mittels des Nebenpleuels 11 den Querhebel 8 um wenige Winkelgrad um den Hubzapfen 9 der Kurbelwelle 5 dreht. Durch dieses Drehen des Querhebels 8 um den Hubzapfen 9 wird die Pleuelstange 6 und der Kolben 4 bewegt und das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 wird verändert. Die Stellung des Kolbens 4 ist neben der Stellung des Exzenters 12 vor allem abhängig von der Stellung der Kurbelwelle 5 mit dem Hubzapfen 9 und den Längen und Abständen von Pleuelstange 6, erster Hebelarm 7 des Querhebels 8, zweiter Hebelarm 10, Nebenpleuel 11 und Exzenter 12.
Die besondere Kinematik der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit der Verstellvorrichtung 2 führt zu einer Annäherung der Hubfunktion des Kolbens 4 an eine Sinusform. Daher sind bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 in Reihenbauart die freien Massenkräfte 2. Ordnung in Richtung des Zylinders 13 wesentlich reduziert.
Durch die Bewegungen der einzelnen Bauteile, wie beispielsweise Pleuelstange 6, Nebenpleuel 11 und Querhebel 8 entstehen Kräfte höherer Ordnung in Richtung des Zylinders 13 und in Querrichtung dazu, die nicht ausgeglichen werden können. Besonders die Kräfte in Querrichtung der Hubkolben- brennkraftmaschine 1 sind aus Gründen des Komforts in Kraftfahrzeugen ungünstig.
Die Lage des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 stellt eine wesentliche Einflussgröße für die freien Kräfte im Triebwerk und das Schwingungsverhalten der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 dar.
In Fig. 2 ist ein bekannter Querhebel 8 einer bekannten Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses gezeigt. Der Querhebel 8 weist einen ersten Hebelarm 7 und einen zweiten Hebelarm 10 auf, die in einem Winkel von weniger als 180° zueinander stehen. Der Querhebel 8 ist in seinen Abmessungen auf geringes Gewicht und ausreichende Festigkeit ausgelegt. Der Schwerpunkt 14 des Querhebels 8 liegt in der Fig .2 rechts oberhalb des Gelenkpunktes 15, um den sich der Querhebel 8 in eingebautem Zustand um den Hubzapfen 9 dreht. Diese Lage des Schwerpunktes 14 ist in der unterschiedlichen Länge der beiden Hebelarme 7, 10 und in der nicht gestreckten Lage zueinander begründet.
In Fig. 3 ist ein erfindungsgemäßer Querhebel 8 einer Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine gezeigt. Der Querhebel 8 ist mit einem gedachten orthogonalen Achsensystem versehen. Der Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt 15 des Querhebels 8 angeordnet. Eine erste Achse 23 geht durch den Nullpunkt und einem zweiten Lagerpunkt 20 am zweiten Hebelarm 10 des Querhebels 8. Die zur ersten Achse 23 senkrecht angeordnete zweite Achse 24 geht ebenfalls durch den Nullpunkt und teilt die Zeichenebene in vier Quadranten I, II, III und IV. Die Anordnung des ersten Hebelarms 7 und des zweiten Hebelarms 10 zueinander und relativ zum Gelenkpunkt 15 entspricht der bekannten Anordnung aus Fig. 2 um die Funktion einer Veränderung der Verdichtung zu ermöglichen. Jedoch ist dem erfindungsgemäßen Querhebel 8 eine Zusatzmasse 16 zugefügt, die den Schwerpunkt 14 des Querhebels 8 gegenüber der Lage in Fig. 2 verschiebt. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 2 im Quadranten IV. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 2 unterhalb einer ersten Verbindungslinie 17 zwischen dem Gelenkpunkt 15 und einem ersten Lagerpunkt 18 am ersten Hebelarm 7. Der Schwerpunkt 14 liegt in Fig. 2 außerdem unterhalb einer zweiten Verbindungslinie 19 zwischen dem Gelenkpunkt 15 und einem zweiten Lagerpunkt 20 am zweiten Hebelarm 10. Die Lagebezeichnung „unterhalb" in Fig. 3 entspricht einer Lage des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 bei einer Stellung des Kolbens 4 im oberen Totpunkt mit höchster Verdichtung, bei der der Schwerpunkt 14 ungefähr in die Richtung zur Drehachse 22 der Kurbelwelle 5 verschoben ist.
Die Zusatzmasse 16 ist beispielsweise durch eine partielle Vergrößerung des Querschnitts des Querhebels 8 erzeugt, was eine einfache und kostengünstige Lösung ergibt. Eine aufwändigere Lösung wäre auch durch Anschrauben eines Zusatzgewichtes möglich.
Durch die Verschiebung des Schwerpunktes 14 des Querhebels 8 auf Grund der Zusatzmasse 16 ergeben sich im Kurbeltrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 und der Verstellvorrichtung 2 beim Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 zusätzliche Massenkräfte . In Kurbelwellendrehrichtung umlaufende Massenkräfte 1. Ordnung können mit Gegengewichten 21 auf der Kurbelwelle 5 ausgeglichen werden.
Bei einem Einzylindertriebwerk in erfindungsgemäßer Bauweise bleiben als Massenkräfte niedriger Ordnung nur Massenkräfte 1. Ordnung übrig, die entgegen der Kurbelwelle 5 umlaufen. Diese Massenkräfte können durch eine nicht gezeigte Ausgleichswelle ausgeglichen werden.
Bei einer erfindungsgemäßen Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 in Reihenbauweise mit einer üblichen Anordnung der Hubzapfen 9 auf der Kurbelwelle 5 gleichen sich die verbliebenen Massenkräfte 1. Ordnung ohne Ausgleichswelle auf Grund der Zusatzmasse 16 mit verschobenem Schwerpunkt 14 am Querhebel 8 vollständig aus. Auf diese Weise ist es möglich eine laufruhige Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 in Vierzylinderbauweise mit einer Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zur Verfügung zu stellen. Auf Ausgleichswellen kann bei der erfindungsgemäßen Bauart verzichtet werden. Massenkräfte höherer Ordnung sind bei der erfindungsgemäßen Bauart verschwindend gering.
Der Vorteil der Erfindung liegt in einer einfachen und kostengünstigen Möglichkeit die Laufruhe einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 1 mit vier Zylindern 13 und einer Verstellvorrichtung 2 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses durch Anbringen einer Zusatzmasse 16 am Querhebel 8 wesentlich zu verbessern.

Claims

DaimlerChrysler AGPatentansprüche
1. Hubkolbenbrennkraftmaschine (1) mit einem in einem
Zylinder (13) verschieblich angeordneten Kolben (4), der mit einer Pleuelstange (6) gelenkig gekoppelt ist, deren Bewegung auf einen Hubzapfen (9) einer Kurbelwelle (5) übertragbar ist, wobei zwischen der Pleuelstange (6) und dem Hubzapfen (9) ein Übertragungsglied vorgesehen ist, dessen Bewegung über ein Nebenpleuel (11) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenbrennkraft- maschine (1) manipulierbar ist, wobei das Übertragungsglied als Querhebel (8) ausgebildet ist, der über ein Gelenk an einem Gelenkpunkt (15) mit dem Hubzapfen (9) gekoppelt ist, wobei dieses Gelenk in einem Bereich zwischen einem ersten Lagerpunkt (18) des Querhebels (8) zur Pleuelstange (6) und einem zweiten Lagerpunkt (20) des Querhebels (8) zum Nebenpleuel (11) liegt, und wobei das Gelenk zwischen Querhebel (8) und Hubzapfen (9) mit Abstand zur Verbindungslinie zwischen den beiden Lagerpunkten (18, 20) des Querhebels (8) zum Nebenpleuel (11) und der Pleuelstange (6) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Überlagerung des Querhebels (8) in einer Hauptansicht mit einem ebenen orthogonalen Achsensystem mit dem Nullpunkt des Achsensystems im Gelenkpunkt (15), einer ersten Achse durch den zweiten Lagerpunkt (20) und einer dazu senkrechten zweiten Achse, wobei durch die beiden Achsen eine Zeichenebene in vier Quadranten I bis IV in mathematisch üblicher Weise aufgeteilt ist und der erste Lagerpunkt (18) im zweiten Quadranten II angeordnet ist, ein Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) in einem der Quadranten II, III oder IV verschoben ist.
2. Hubkolbenbrennkraftmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwerpunkt (14) des Querhebels (8) bei einer Stellung des Kolbens (4) im oberen Totpunkt mit höchster Verdichtung durch eine Zusatzmasse (16) am Querhebel (8) in einem der Quadranten II, III oder IV verschoben ist.
3. Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (16) zur Verschiebung des Schwerpunktes (14) des Querhebels (8) durch eine Vergrößerung des Querhebels (8) über das für die Festigkeit notwendige Maß hinaus erzeugt ist.
4. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hubkolbenmaschine (1) mit einem Zylinder (13) die Massenverteilung des Querhebels (8) in Abhängigkeit von rotierenden und oszillierenden Massenanteilen des aus Kolben (4), Pleuelstange (6), Querhebel (8), Nebenpleuel (11) und Kurbelwelle (5) bestehenden Kurbeltriebes so gewählt ist, dass sich die Massenkrafte des Kurbeltriebes auf eine gegen die Drehrichtung der Kurbelwelle (5) umlaufende Kraft 1. Ordnung reduzieren.
5. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer Hubkolbenmaschine (1) mit 4 Zylindern (13) in Reihenbauart die Massenverteilung des Querhebels (8) in Abhängigkeit von rotierenden und oszillierenden Massenanteilen des aus Kolben (4), Pleuelstange (6), Querhebel (8), Nebenpleuel (11) und Kurbelwelle (5) bestehenden Kurbeltriebes so gewählt ist, dass sich die Massenkräfte und Massenmomente des Kurbeltriebs 1. und 2 Ordnung nahezu vollständig ausgleichen.
6. Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Seitenlänge a zwischen dem zweiten Lagerpunkt (20) und dem ersten Lagerpunkt (18) und die Seitenlänge b zwischen dem zweiten Lagerpunkt (20) und dem Gelenkpunkt (15) und die Seitenlänge c zwischen dem ersten Lagerpunkt (18) und dem Gelenkpunkt (15) bezogen auf den Kurbelradius r wie folgt bemessen sind:
4, 0*r < a < 7, 0*r,
2,2*r < b < 5,5*r und
l,2*r < c < 3,5*r.
PCT/EP2006/010890 2005-11-17 2006-11-14 Hubkolbenbrennkraf tmaschine mit veränderlichem verdichtungsverhältnis WO2007057149A1 (de)

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