DE102011108185B4

DE102011108185B4 - Internal combustion engine with a multi-joint crank drive and method for operating such an internal combustion engine

Info

Publication number: DE102011108185B4
Application number: DE102011108185.6A
Authority: DE
Inventors: Matthias Brendel; Stefan Dengler
Original assignee: Audi AG
Current assignee: Audi AG
Priority date: 2011-07-22
Filing date: 2011-07-22
Publication date: 2019-08-22
Anticipated expiration: 2031-07-23
Also published as: DE102011108185A1

Abstract

Brennkraftmaschine (1) mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb (10), der 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) umfasst, wobei jedes der Koppelglieder (11) schwenkbar mit einem Kolbenpleuel (4) eines Kolbens (3) der Brennkraftmaschine (1) und einem der Anlenkpleuel (15) verbunden ist und wobei die Exzenterwelle (8) über ein Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle (2) angetrieben ist, dadurch gekennzeichnet, dass an dem Exzenterwellengetriebe mehrere Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind, wobei ein Steuergerät dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine (1) ein Übersetzungsverhältnis aus den mehreren Übersetzungsverhältnissen auszuwählen und an dem Exzenterwellengetriebe einzustellen.

Internal combustion engine (1) having a multi-link crank drive (10), which has a plurality of coupling links (11) rotatably mounted on crank pins (6) of a crankshaft (2) and a plurality of pivot pins (15) rotatably mounted on crank pins (19) of an eccentric shaft (8) ), wherein each of the coupling members (11) is pivotally connected to a Kolbenpleuel (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and one of the Anlenkpleuel (15) and wherein the eccentric shaft (8) via an eccentric shaft gear from the crankshaft ( 2) is driven, characterized in that on the eccentric shaft gear more gear ratios are adjustable, wherein a control device is provided to select depending on the operating point of the internal combustion engine (1) a transmission ratio of the plurality of gear ratios and adjusted to the eccentric shaft gear.

Description

Die Erfindung betrifft eine Brennkraftmaschine mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb, der eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln umfasst, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist, wobei die Exzenterwelle über ein Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle angetrieben ist. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer solchen Brennkraftmaschine.The invention relates to an internal combustion engine with a multi-joint crank drive, comprising a plurality of pivotally mounted on crank pin crankshaft coupling members and a plurality of rotatably mounted on crank pin eccentric shaft Anlenkpleueln, each of the coupling links pivotally connected to a piston connecting rod of a piston of the internal combustion engine and one of the Anlenkpleuel is, wherein the eccentric shaft is driven via an eccentric shaft gear from the crankshaft. The invention further relates to a method for operating such an internal combustion engine.

Brennkraftmaschinen der eingangs genannten Art umfassen die Exzenterwelle, die mit der Kurbelwelle über den Mehrgelenkskurbeltrieb gekoppelt ist und somit von der Brennkraftmaschine beziehungsweise der Kurbelwelle unmittelbar oder mittelbar angetrieben ist. 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 so genannten Anlenkpleuel, welcher mit seinem anderen Ende drehbar auf dem Hubzapfen der Exzenterwelle gelagert ist. Mittels des Mehrgelenkkurbeltriebs kann der Arbeitshub der Kolben der Brennkraftmaschine verstellt werden, sodass sich in unterschiedlichen Arbeitstakten der Brennkraftmaschine unterschiedliche Arbeitshübe des Kolbens ergeben. Unter dem Arbeitshub ist dabei die Entfernung zu verstehen, welche zwischen einem oberen und einem unteren Totpunkt des Kolbens liegt, also mithin der von dem Kolben während des Arbeitstakts maximal zurückgelegte Weg.Internal combustion engines of the type mentioned include the eccentric shaft, which is coupled to the crankshaft via the multi-joint crank drive and is thus driven directly or indirectly by the internal combustion engine or the crankshaft. 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. By means of the multi-joint crank drive, the working stroke of the pistons of the internal combustion engine can be adjusted so that different working strokes of the piston result in different operating strokes of the internal combustion engine. The working stroke is to be understood as meaning the distance which lies between an upper and a lower dead center of the piston, that is to say the maximum distance traveled by the piston during the working cycle.

Die Brennkraftmaschine ist beispielsweise eine Zweitakt-Brennkraftmaschine oder eine Viertakt-Brennkraftmaschine. Bei der Viertakt-Brennkraftmaschine werden die Arbeitstakte Ansaugen (erster Arbeitstakt), Verdichten (zweiter Arbeitstakt), Arbeiten (dritter Arbeitstakt) und Ausstoßen (vierter Arbeitstakt) in dieser Reihenfolge periodisch durchgeführt. Dabei steht der Kolben zu Beginn des ersten Arbeitstakts am oberen Totpunkt. Gegen Ende des ersten Arbeitstakts und zu Beginn des zweiten Arbeitstakts liegt der Kolben im unteren Totpunkt vor. Während des zweiten Arbeitstakts bewegt er sich wiederum in Richtung des oberen Totpunkts und erreicht diesen gegen Ende des zweiten Arbeitstakts beziehungsweise zu Beginn des dritten Arbeitstakts. Während des dritten Arbeitstakts erfolgt eine Verbrennung eines in dem Zylinder vorliegenden beziehungsweise in diesen eingebrachten Brennstoff-Luft-Gemischs. Die Verbrennung bewirkt eine Verlagerung des Kolbens in Richtung des unteren Totpunkts, der gegen Ende des dritten Arbeitstakts und damit zu Beginn des vierten Arbeitstakts erreicht wird. Während des vierten Arbeitstakts bewegt sich der Kolben in Richtung des oberen Totpunkts, sodass er am Ende des vierten Arbeitstakts beziehungsweise wiederum zu Beginn des ersten Arbeitstakts in diesem vorliegt. Sowohl während des ersten und des zweiten Arbeitstakts als auch während des dritten und des vierten Arbeitstakts bewegt sich der Kolben damit einmal von seinem oberen Totpunkt zu dem unteren Totpunkt und zurück. Dabei legt er jeweils den vorstehend genannten Arbeitshub zurück. Mittels des Mehrgelenkskurbeltriebs kann nun der Arbeitshub während der ersten beiden Arbeitstakte unterschiedlich zu dem Arbeitshub während der letzten beiden Arbeitstakte eingestellt werden.The internal combustion engine is, for example, a two-stroke internal combustion engine or a four-cycle internal combustion engine. In the four-cycle internal combustion engine, the power strokes suction (first power stroke), compression (second power stroke), work (third power stroke) and ejection (fourth power stroke) are periodically performed in this order. The piston is at the beginning of the first cycle at top dead center. Towards the end of the first working cycle and at the beginning of the second working cycle, the piston is at bottom dead center. During the second working cycle, he again moves in the direction of top dead center and reaches it towards the end of the second working cycle or at the beginning of the third working cycle. During the third operating cycle, combustion of a fuel-air mixture present in or introduced into the cylinder takes place. The combustion causes a displacement of the piston in the direction of the bottom dead center, which is reached towards the end of the third working cycle and thus at the beginning of the fourth working cycle. During the fourth working stroke, the piston moves in the direction of top dead center, so that it is present at the end of the fourth working cycle or again at the beginning of the first working cycle. During both the first and second working strokes and during the third and fourth working strokes, the piston thus moves once from its top dead center to bottom dead center and back again. In doing so, he resets the aforementioned working stroke. By means of the multi-joint crank drive, the working stroke during the first two power strokes can now be set differently to the power stroke during the last two power strokes.

Beispielsweise kann auf diese Weise der Arbeitshub während des dritten Arbeitstakts, also des Arbeits- beziehungsweise Expansionstakts, gegenüber dem Arbeitshub während des ersten Arbeitstakts, also des Ansaugtakts, vergrößert werden. Auf diese Weise kann zumindest in einigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine ein verbesserter thermodynamischer Wirkungsgrad erreicht werden. Dazu wird die Exzenterwelle beispielsweise mit der halben Kurbelwellendrehzahl, also mit einer Übersetzung von 2:1 angetrieben. Zu diesem Zweck ist das Koppelglied auf seiner ersten Seite schwenkbar mit dem Kolbenpleuel und auf seiner anderen Seite mit dem Anlenkpleuel verbunden. Zwischen den Verbindungen mit dem Kolbenpleuel und dem Anlenkpleuel ist das Koppelglied auf der Kurbelwelle beziehungsweise auf deren Hubzapfen gelagert.For example, in this way the working stroke during the third working cycle, ie the working or expansion stroke, compared to the power stroke during the first working stroke, so the intake stroke, be increased. In this way, at least in some operating ranges of the internal combustion engine, an improved thermodynamic efficiency can be achieved. For this purpose, the eccentric shaft, for example, with half the crankshaft speed, that is driven with a ratio of 2: 1. For this purpose, the coupling member is pivotally connected on its first side to the Kolbenpleuel and on its other side with the Anlenkpleuel. Between the connections with the Kolbenpleuel and the Anlenkpleuel the coupling member is mounted on the crankshaft or on the crank pin.

Bei einer solchen Ausgestaltung ist die Brennkraftmaschine jedoch dazu ausgebildet, während des Expansionstakts stets einen größeren Arbeitshub aufzuweisen als während des Ansaugtakts. Dies erhöht zwar in einigen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine den thermodynamischen Wirkungsgrad, ist unter Umständen jedoch in anderen Betriebsbereichen nachteilig. Aus diesem Grund wird beispielsweise in der DE 10 2008 040 459 A1 eine Verstellvorrichtung eines Verbrennungsmotors vorgeschlagen, dessen Kompressionsverhältnisse über einen an einer Verstellwelle der Verstellvorrichtung angeordneten Exzenter verstellbar sind. Dabei soll die Verstellvorrichtung von einem Verbrennungsmotor über ein Antriebselement einer Antriebswelle der Verstellvorrichtung antreibbar sein und schließlich zwischen dem Antriebselement und dem Exzenter ein Getriebe, eine schaltbare Kupplung und eine schaltbare Bremse angeordnet sein, wobei durch die Kupplung eine Verbindung zwischen dem Antriebselement und der Antriebswelle herstellbar ist und die Antriebswelle durch die schaltbare Bremse festhaltbar ist. Dabei soll die Verstellvorrichtung eine kombinierte Kupplungs- und Bremseinheit aufweisen, in welcher eine Kupplung mit einem ersten Teil und einem zweiten schaltbaren Teil und eine Bremse mit einem ersten Teil und einem zweiten schaltbaren Teil angeordnet sind. Der zweite Teil der Kupplung und der Bremse soll dabei aus einer für die Kupplung und die Bremse gemeinsamen Ankerscheibe bestehen, welche drehfest auf der Antriebswelle angeordnet ist. Auch mit einer solchen Verstellvorrichtung können die eingangs genannten Nachteile jedoch nicht vollständig beseitigt werden.In such an embodiment, however, the internal combustion engine is designed to always have a larger working stroke during the expansion stroke than during the intake stroke. Although this increases the thermodynamic efficiency in some operating ranges of the internal combustion engine, it may be disadvantageous in other operating ranges. For this reason, for example, in the DE 10 2008 040 459 A1 proposed an adjustment of an internal combustion engine, the compression ratios are adjustable via a arranged on an adjusting shaft of the adjusting eccentric. In this case, the adjustment of a combustion engine via a drive element of a drive shaft of the adjusting device to be driven and finally between the drive element and the eccentric a gear, a shiftable clutch and a be arranged switchable brake, wherein by the coupling, a connection between the drive element and the drive shaft can be produced and the drive shaft is fixed by the switchable brake. In this case, the adjusting device should have a combined clutch and brake unit, in which a clutch with a first part and a second switchable part and a brake with a first part and a second switchable part are arranged. The second part of the clutch and the brake should consist of a common for the clutch and the brake armature disc which is rotatably mounted on the drive shaft. However, even with such an adjustment, the disadvantages mentioned above can not be completely eliminated.

Aus dem Stand der Technik sind weiterhin die Druckschriften DE 10 2005 047 203 A1 bekannt. Diese beschreibt eine Brennkraftmaschine, die in einem Gehäuse angeordnete Zylinder, eine Kurbelwelle und Kolben aufweist, die sich in den Zylindern bewegen. Weiterhin verfügt die Brennkraftmaschine über eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist dabei für wenigstens einen Zylinder einen Verstellhebel, der direkt oder über einen Zwischenhebel die Länge einer Pleuelstange des Kolbens, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine Oberkante der Zylinder in ihrer Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert; einen dem wenigstens einen Zylinder zugeordneten Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung des Verstellhebels durch Drehen ändert; und eine von der Kurbelwelle angetriebene Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle, auf der der Exzenter angeordnet ist, auf. Die Antriebsvorrichtung enthält eine Kopplungseinrichtung mit integrierter Bremsfunktion, mit welcher die Verstellwelle wahlweise mit der Kurbelwelle in Wirkverbindung bringbar oder blockierbar ist.From the prior art are still the publications DE 10 2005 047 203 A1 known. This describes an internal combustion engine comprising cylinders arranged in a housing, a crankshaft and pistons which move in the cylinders. Furthermore, the internal combustion engine has a device for changing a compression ratio of a combustion chamber of the internal combustion engine. The device has for at least one cylinder an adjusting lever which changes the length of a connecting rod of the piston, the stroke of the crankshaft and / or an upper edge of the cylinder in their position to the center of the crankshaft, directly or via an intermediate lever; an eccentric associated with the at least one cylinder, which is mounted in the housing and changes the position and / or direction of the adjusting lever by turning; and a driven by the crankshaft drive device for an adjusting shaft on which the eccentric is arranged on. The drive device includes a coupling device with integrated brake function, with which the adjusting shaft can be selectively brought into operative connection with the crankshaft or blocked.

Zudem beschreibt die Druckschrift DE 10 2007 038 299 A1 ein PLV-Triebwerk, bestehend aus einem klassischen Kurbeltrieb mit Pleuelstange und Kurbelwelle. Dabei ist vorgesehen, dass die klassische Pleuelstangenlänge durch einen Pleuellängenvariator mit vollvariabler Richtungs- und Längenvariation mittels eines Armes verlängert wird, sodass die Pleuelstangenkraft vom oberen Totpunkt a) bei einem PLV-Kurbeltrieb zum Tangentenpunkt, und b) bei einem PLV-Motor zum verlagerten oberen Totpunkt auf dem Kurbelkreis, in die Nähe vor dem Tangentenpunkt gelegt wird. Damit wird ein erheblich größeres Drehmoment auskoppelbar.In addition, the document describes DE 10 2007 038 299 A1 a PLV engine, consisting of a classic crank mechanism with connecting rod and crankshaft. It is envisaged that the classical connecting rod length is extended by a Pleuellängenvariator with fully variable direction and length variation by means of an arm, so that the connecting rod force from top dead center a) in a PLV crank drive to the tangent point, and b) in a PLV motor to the displaced upper Dead center on the crank circle, is placed in the vicinity of the tangent point. This results in a considerably larger torque can be decoupled.

Schließlich beschreibt die Druckschrift DE 10 2005 020 270 A1 eine Brennkraftmaschine mit in einem Gehäuse angeordneten Zylindern, einer Kurbelwelle und Kolben, die sich in den Zylindern bewegen, sowie eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses eines Brennraums der Brennkraftmaschine. Die Vorrichtung weist für wenigstens einen Zylinder folgende Elemente auf: Einen Verstellhebel, der direkt oder über Zwischenhebel die Länge der Pleuelstange, den Hub der Kurbelwelle und/oder eine Oberkante der Zylinder in ihrer Lage zur Mitte der Kurbelwelle verändert; einen Exzenter, der im Gehäuse gelagert ist und Lage und/oder Richtung des Verstellhebels durch Drehen verändert; und eine Antriebsvorrichtung für eine Verstellwelle, auf der ein dem wenigstens einen Zylinder zugeordneter Exzenter angeordnet ist. Dabei ist die Antriebsvorrichtung über eine Kupplung mit der Kurbelwelle und über eine Bremseinrichtung mit dem Gehäuse in Wirkverbindung bringbar.Finally, the document describes DE 10 2005 020 270 A1 an internal combustion engine with cylinders arranged in a housing, a crankshaft and pistons moving in the cylinders, and a device for varying a compression ratio of a combustion chamber of the internal combustion engine. The device has the following elements for at least one cylinder: an adjusting lever which changes the length of the connecting rod, the stroke of the crankshaft and / or an upper edge of the cylinder in their position to the center of the crankshaft directly or via intermediate levers; an eccentric, which is mounted in the housing and changes the position and / or direction of the adjusting lever by turning; and a drive device for an adjusting shaft, on which an eccentric associated with the at least one cylinder is arranged. In this case, the drive device can be brought into operative connection via a coupling with the crankshaft and via a brake device with the housing.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine Brennkraftmaschine vorzuschlagen, welche die genannten Nachteile nicht aufweist, sondern insbesondere in weitaus mehr Betriebsbereichen den optimalen Arbeitshub aufweist als bei aus dem Stand der Technik bekannten Brennkraftmaschinen.It is therefore an object of the invention to propose an internal combustion engine, which does not have the disadvantages mentioned, but in particular in far more operating ranges the optimal stroke has as in known from the prior art internal combustion engines.

Dies wird erfindungsgemäß mit einer Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle über ein Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle angetrieben ist, an dem mehrere Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind, wobei ein Steuergerät dazu vorgesehen ist, in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein Übersetzungsverhältnis aus den mehreren Übersetzungsverhältnissen auszuwählen und an dem Exzenterwellengetriebe einzustellen. Das Exzenterwellengetriebe ist demnach kein einfaches, lediglich ein einziges Übersetzungsverhältnis bereitstellendes Getriebe. Vielmehr weist es mehrere, insbesondere unterschiedliche Übersetzungsverhältnisse auf, mit welchen es betreibbar ist. Durch entsprechende Wahl des an dem Exzenterwellengetriebe eingestellten Übersetzungsverhältnisses kann somit die Drehzahl der Exzenterwelle in Abhängigkeit von der Drehzahl der Kurbelwelle beeinflusst werden. Prinzipiell können die Übersetzungsverhältnisse dabei beliebig gewählt werden. Vorzugsweise werden die Übersetzungsverhältnisse jedoch derart ausgewählt, dass mit möglichst wenigen Übersetzungsverhältnissen in möglichst vielen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine der Arbeitshub optimal ist, sodass die Brennkraftmaschine einen möglichst hohen Wirkungsgrad aufweist. Weil das Exzenterwellengetriebe üblicherweise umso schwerer wird und umso mehr Bauraum beansprucht, je mehr Übersetzungsverhältnisse vorgesehen werden, muss es dabei jedoch nicht vorgesehen sein, dass derart viele Übersetzungsverhältnisse vorliegen, das in möglichst vielen Betriebsbereichen der Brennkraftmaschine der optimalen Arbeitshub erzielt wird. Vielmehr wird eine Gewichtung zwischen der Anzahl der Übersetzungsverhältnisse und den damit einhergehenden Nachteilen wie Bauraum und Gewicht des Exzenterwellengetriebes und den erzielbaren Vorteilen für den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine durchgeführt.This is achieved according to the invention with an internal combustion engine with the features of claim 1. It is envisaged that the eccentric shaft is driven via an eccentric shaft gear from the crankshaft on which a plurality of gear ratios are adjustable, wherein a control device is provided to select a function ratio of the operating point of the internal combustion engine, a transmission ratio of the plurality of transmission ratios and adjusted to the eccentric shaft gear. The eccentric shaft gear is therefore not a simple, only a single gear ratio providing transmission. Rather, it has several, in particular different gear ratios, with which it is operable. By appropriate choice of the set at the eccentric shaft gear ratio thus the speed of the eccentric shaft can be influenced in dependence on the speed of the crankshaft. In principle, the gear ratios can be chosen arbitrarily. Preferably, however, the transmission ratios are selected such that with as few gear ratios in as many operating ranges of the internal combustion engine, the working stroke is optimal, so that the internal combustion engine has the highest possible efficiency. Because the eccentric shaft is usually the heavier and more space occupied, the more ratios are provided, but it must not be provided that there are so many ratios that is achieved in as many operating ranges of the internal combustion engine, the optimal stroke. Rather, a weighting between the number of gear ratios and the associated disadvantages such as Space and weight of the eccentric shaft gear and the achievable benefits for the efficiency of the internal combustion engine performed.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Übersetzungsverhältnisse stufenlos oder in Schaltstufen einstellbar sind. Zu diesem Zweck ist das Exzenterwellengetriebe als stufenloses Getriebe beziehungsweise als diskrete Schaltstufen aufweisendes Getriebe ausgeführt. Unter dem stufenlosen Einstellen ist dabei zu verstehen, dass prinzipiell jedes beliebige Übersetzungsverhältnis einstellbar ist beziehungsweise dass der Übergang zwischen verschiedenen Übersetzungsverhältnissen stufenlos, also stetig beziehungsweise kontinuierlich, erfolgt. Im Gegensatz dazu ist bei dem Schaltstufen aufweisenden Getriebe jeder Schaltstufe ein bestimmtes Übersetzungsverhältnis zugeordnet, welche insbesondere zueinander unterschiedlich sind. Die Übersetzungsverhältnisse sind somit zueinander diskret.A development of the invention provides that the transmission ratios are infinitely variable or in shift stages. For this purpose, the eccentric shaft gear is designed as a continuously variable transmission or as a discrete switching stages exhibiting gear. Under the stepless setting is to be understood that in principle any desired gear ratio is adjustable or that the transition between different gear ratios continuously, ie continuously or continuously, takes place. In contrast, in the gearshift stage having gear each shift stage associated with a specific gear ratio, which in particular are different from each other. The gear ratios are thus discrete to each other.

Neben dem Übersetzungsverhältnis kann auch eine Phasenlage zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle mittels des Exzenterwellengetriebes einstellbar sein. Beispielsweise ist jedem Übersetzungsverhältnis eine bestimmte Phasenlage zugeordnet. Es kann auch vorgesehen sein, dass das Exzenterwellengetriebe mehrere gleiche Übersetzungsverhältnisse aufweist, die sich jedoch jeweils in ihren Phasenlagen unterscheiden. Auf diese Weise liegen mehrere Schaltstufen vor, denen jeweils eines der Übersetzungsverhältnisse und/oder eine der Phasenlagen zugeordnet sind. Durch entsprechende Wahl der Schaltstufe beziehungsweise durch Einstellen der Schaltstufe an dem Exzenterwellengetriebe kann nun das entsprechende Übersetzungsverhältnis beziehungsweise die entsprechende Phasenlage ausgewählt und somit zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle realisiert werden.In addition to the gear ratio, a phase angle between the eccentric shaft and the crankshaft by means of the eccentric shaft gear can be adjusted. For example, each gear ratio is assigned a specific phase position. It can also be provided that the eccentric shaft gear has a plurality of identical transmission ratios, which, however, each differ in their phase positions. In this way, there are a plurality of switching stages, which are each assigned to one of the gear ratios and / or one of the phase angles. By appropriate choice of the switching stage or by adjusting the switching stage on the eccentric shaft gearbox, the corresponding transmission ratio or the corresponding phase position can now be selected and thus realized between the eccentric shaft and the crankshaft.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Exzenterwellengetriebe eine schaltbare Kupplung umfasst, über welche die Exzenterwelle mit der Kurbelwelle wirkverbindbar ist. Mittels der Kupplung kann die Wirkverbindung zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle unterbrochen oder hergestellt werden. Die Kupplung kann dazu ausgebildet sein, entweder vollständig geöffnet oder vollständig geschlossen zu sein. Es ist jedoch auch möglich, dass die Kupplung zumindest einen Zwischenzustand einnehmen kann, in welchem die Exzenterwelle mit der Kurbelwelle unter Schlupf wirkverbunden ist, sodass auch über die Kupplung die Drehzahl der Exzenterwelle im Verhältnis zu der Drehzahl der Kurbelwelle in gewissem Umfang einstellbar ist. Zusätzlich oder alternativ kann dem Exzenterwellengetriebe auch eine schaltbare Bremse zugeordnet sein. Diese ist insbesondere dazu vorgesehen, die Exzenterwelle zu bremsen, wenn die Exzenterwelle mittels der schaltbaren Kupplung von der Kurbelwelle entkoppelt ist, also keine Wirkverbindung zwischen diesen vorliegt.A development of the invention provides that the eccentric shaft transmission comprises a switchable clutch, via which the eccentric shaft is operatively connected to the crankshaft. By means of the coupling, the operative connection between the eccentric shaft and the crankshaft can be interrupted or produced. The coupling may be configured to be either fully open or fully closed. However, it is also possible that the clutch can assume at least one intermediate state in which the eccentric shaft is operatively connected to the crankshaft under slip, so that via the clutch, the speed of the eccentric shaft in relation to the rotational speed of the crankshaft is adjustable to some extent. Additionally or alternatively, the eccentric shaft gear can also be assigned a switchable brake. This is particularly intended to brake the eccentric shaft when the eccentric shaft is decoupled by means of the switchable coupling of the crankshaft, so there is no operative connection between them.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass die Exzenterwelle eine der Drehrichtung der Kurbelwelle entgegengesetzte Drehrichtung aufweist. Bei einer solchen Ausgestaltung kann insbesondere der verlängerte Expansionstakt der Brennkraftmaschine im Vergleich zu dem Ansaugtakt realisiert werden.A development of the invention provides that the eccentric shaft has a direction of rotation of the crankshaft opposite direction of rotation. In such an embodiment, in particular the extended expansion stroke of the internal combustion engine can be realized in comparison to the intake stroke.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass an dem Exzenterwellengetriebe wenigstens eines der Übersetzungsverhältnisse 2:1, 1:1 und 1:2 zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle einstellbar ist. Bei dem Übersetzungsverhältnis von 2:1 dreht sich die Exzenterwelle mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle. Bei dem Übersetzungsverhältnis von 1:1 entspricht die Drehzahl der Exzenterwelle derjenigen der Kurbelwelle und bei dem Übersetzungsverhältnis von 1:2 dreht sich die Exzenterwelle doppelt so schnell wie die Kurbelwelle. Prinzipiell können die Übersetzungsverhältnisse beliebig gewählt werden. Beispielsweise sind Übersetzungsverhältnisse zwischen n:1 und 1:n (mit n = 1, 2, 3, 4, 5 usw.) realisiert. Vorzugsweise sind mehrere der genannten Übersetzungsverhältnisse, insbesondere alle Übersetzungsverhältnisse, zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle einstellbar. Bei dem Übersetzungsverhältnis von 2:1 wird die Brennkraftmaschine in einer Betriebsart betrieben, in welcher der Arbeitshub des Expansionstakts im Vergleich zu dem des Ansaugtakts vergrößert ist. Bei dem Übersetzungsverhältnis von 1:1 entsprechen sich die Arbeitshübe des Expansionstakts und des Ansaugtakts, während bei dem Übersetzungsverhältnis von 1:2 der Arbeitshub, des Ansaugtakts im Vergleich zu dem Arbeitshub des Expansionstakts vergrößert ist.A further development of the invention provides that at least one of the transmission ratios 2: 1, 1: 1 and 1: 2 between the eccentric shaft and the crankshaft is adjustable on the eccentric shaft gear. At the ratio of 2: 1, the eccentric shaft rotates at half the speed of the crankshaft. At the gear ratio of 1: 1, the speed of the eccentric shaft corresponds to that of the crankshaft, and at the gear ratio of 1: 2, the eccentric shaft rotates twice as fast as the crankshaft. In principle, the gear ratios can be chosen arbitrarily. For example, gear ratios between n: 1 and 1: n (with n = 1, 2, 3, 4, 5, etc.) are realized. Preferably, a plurality of said gear ratios, in particular all gear ratios, between the eccentric shaft and the crankshaft adjustable. With the gear ratio of 2: 1, the engine is operated in a mode in which the stroke of the expansion stroke is increased as compared with that of the intake stroke. At the gear ratio of 1: 1, the strokes of the expansion stroke and the intake stroke are the same, while at the gear ratio of 1: 2, the stroke of the intake stroke is increased as compared with the stroke of the expansion stroke.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass das Exzenterwellengetriebe ein Radgetriebe, insbesondere ein Stirnradgetriebe, oder ein stufenloses Getriebe, insbesondere ein mechanisches, elektrisches oder hydrodynamisches Getriebe, ist. Bei dem ersterem sind die Übersetzungsverhältnisse üblicherweise in Schaltstufen einstellbar, während sie bei letzterem stufenlos wählbar sind. Liegt das Exzenterwellengetriebe als Radgetriebe vor, weist es die notwendige Anzahl an Zahnrädern auf, um die gewünschte Anzahl der Übersetzungsverhältnisse zu realisieren. Dabei liegen die Zahnräder vorzugsweise als Stirnräder vor, sodass das Radgetriebe als Stirnradgetriebe ausgebildet ist. Das stufenlose Getriebe liegt beispielsweise als mechanisches, elektrisches oder hydrodynamisches Getriebe vor. Das mechanische stufenlose Getriebe ist beispielsweise von zwei axial verschiebbaren Kegelscheibenpaaren und einem zwischen diesen laufenden Zugmittel beziehungsweise Umschlingungsmittel gebildet. Das Umschlingungsmittel kann beispielsweise ein Schubgliederband, ein Keilriemen oder eine Kette, insbesondere eine Laschenkette, sein. Liegt das stufenlose Getriebe als elektrisches Getriebe vor, so besteht es beispielsweise aus einem mit der Kurbelwelle verbundenen Generator und einem an die Exzenterwelle angeschlossenen Motor, wobei der mittels des Generators erzeugte Strom zum Antreiben des Motors verwendet wird. Durch entsprechendes Einstellen der Spannung beziehungsweise der Stromstärke an dem Motor kann schlussendlich das gewünschte Übersetzungsverhältnis zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle bestimmt werden. Schließlich kann das stufenlose Getriebe auch als hydrodynamisches Getriebe vorliegen, bei welchem ein Drehmoment von der mit der Kurbelwelle verbundenen Seite des Getriebes durch strömende Bewegung eines Fluids auf die mit der Exzenterwelle verbundene Seite übertragen wird.A development of the invention provides that the eccentric shaft gear is a wheel gear, in particular a spur gear, or a continuously variable transmission, in particular a mechanical, electrical or hydrodynamic transmission is. In the former, the ratios are usually adjustable in switching stages, while they are infinitely selectable in the latter. If the eccentric shaft gear is present as a wheel gear, it has the necessary number of gears to realize the desired number of gear ratios. The gears are preferably present as spur gears, so that the wheel gear is designed as a spur gear. The continuously variable transmission is present, for example, as a mechanical, electrical or hydrodynamic transmission. The mechanical continuously variable transmission is formed for example by two axially displaceable cone pulley pairs and a current between them traction means or belt means. The belt can, for example, a Push belt, a V-belt or a chain, in particular a link chain be. If the continuously variable transmission is in the form of an electric transmission, it consists for example of a generator connected to the crankshaft and an engine connected to the eccentric shaft, the current generated by means of the generator being used to drive the engine. By appropriately adjusting the voltage or the current intensity at the motor, finally, the desired transmission ratio between the eccentric shaft and the crankshaft can be determined. Finally, the continuously variable transmission may also be in the form of a hydrodynamic transmission, in which a torque is transmitted from the side of the transmission connected to the crankshaft by fluid movement of a fluid to the side connected to the eccentric shaft.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht vor, dass ein Phasensteller zwischen der Kurbelwelle und der Exzenterwelle zur Verstellung eines Winkelversatzes zwischen Kurbelwelle und Exzenterwelle vorgesehen ist oder das Exzenterwellengetriebe als Phasensteller dient. Der Phasensteller kann somit als separates Element vorliegen und ist beispielsweise in das Exzenterwellengetriebe integriert. Mittels des Phasenstellers kann der Winkelversatz beziehungsweise die Phasenlage zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle eingestellt werden, wobei eine Veränderung der Phasenlage zwischen einer ersten und einer zweiten Endphasenlage vorgesehen ist. Beispielsweise beträgt die Phasenlagendifferenz zwischen der ersten und der zweiten Endphasenlage zwischen 0° und 45°, insbesondere zwischen 15° bis 20° und vorzugsweise 17° und 18°. Der separat vorliegende Phasensteller kann beispielsweise über einen hydraulischen oder elektromechanischen Stellantrieb zum Einstellen der Phasenlage verfügen. Alternativ kann jedoch auch das Exzenterwellengetriebe als Phasensteller dienen, beispielsweise indem den Übersetzungsverhältnissen zumindest teilweise unterschiedliche Phasenlagen zugeordnet sind, welche bei Einstellen des entsprechenden Übersetzungsverhältnisses zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle realisiert werden.A development of the invention provides that a phaser is provided between the crankshaft and the eccentric shaft for adjusting an angular offset between the crankshaft and the eccentric shaft or the eccentric shaft gear serves as a phaser. The phase adjuster can thus be present as a separate element and is integrated, for example, in the eccentric shaft gear. By means of the phaser, the angular offset or the phase angle between the eccentric shaft and the crankshaft can be adjusted, wherein a change in the phase position between a first and a second end phase position is provided. For example, the phase position difference between the first and the second end phase position is between 0 ° and 45 °, in particular between 15 ° to 20 ° and preferably 17 ° and 18 °. The separately present phaser can have, for example, a hydraulic or electromechanical actuator for adjusting the phase position. Alternatively, however, the eccentric shaft gear can serve as a phaser, for example by the gear ratios at least partially different phase angles are assigned, which are realized in setting the corresponding gear ratio between the eccentric shaft and the crankshaft.

Die Erfindung sieht das Steuergerät vor, das das Exzenterwellengetriebe von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellt. Zusätzlich kann das Steuergerät optional den Phasensteller in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine einstellen. Wie vorstehend beschrieben, kann es sinnvoll sein, das Übersetzungsverhältnis beziehungsweise die Phasenlage zwischen Exzenterwelle und Kurbelwelle entsprechend dem momentan vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine auszuwählen. Zu diesem Zweck ist das Steuergerät vorgesehen, welches beispielsweise Bestandteil eines Motorsteuergeräts der Brennkraftmaschine ist. Dieses Steuergerät bestimmt das einzustellende Übersetzungsverhältnis und - optional - die einzustellende Phasenlage. Anschließend stellt es diese entsprechend an dem Exzenterwellengetriebe beziehungsweise dem Phasensteller ein.The invention provides the control unit which adjusts the eccentric shaft gear from an operating point of the internal combustion engine. In addition, the control unit can optionally set the phase adjuster in dependence on the operating point of the internal combustion engine. As described above, it may be useful to select the transmission ratio or the phase angle between the eccentric shaft and the crankshaft corresponding to the currently present operating point of the internal combustion engine. For this purpose, the control unit is provided, which is for example part of an engine control unit of the internal combustion engine. This control unit determines the transmission ratio to be set and, optionally, the phase position to be set. Then it adjusts it accordingly on the eccentric shaft gear or the phaser.

Eine Weiterbildung der Erfindung sieht eine von der Kurbelwelle über ein Ausgleichswellengetriebe angetriebene Ausgleichswelle vor, die zur wenigstens teilweisen Tilgung von in der Brennkraftmaschine entstehenden Massenkräften zweiter Ordnung ausgebildet ist. Ähnlich wie bei konventionellen Brennkraftmaschinen ohne über einen Mehrgelenkskurbeltrieb mit der Kurbelwelle gekoppelte Exzenterwelle, entstehen auch bei Brennkraftmaschinen mit einem Mehrgelenkskurbeltrieb Massenkräfte erster und zweiter Ordnung, die durch oszillierende Massen hervorgerufen werden und sich mit dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle verändern. Zur Erzielung einer gewünschten Laufruhe und zur Geräuschminderung müssen diese Massenkräfte soweit wie möglich ausgeglichen werden. Während die Massenkräfte erster Ordnung durch Ausgleichsgewichte auf der Kurbelwelle mit einer bestimmten Anordnung und mit einem bestimmten Gewicht sowie einer bestimmten Kurbelwellenkröpfungsfolge ausgeglichen werden können, erfolgt der Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung häufig mithilfe von zwei gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen, die mit der doppelten Drehzahl der; Kurbelwelle angetrieben werden.A further development of the invention provides a balancing shaft which is driven by the crankshaft via a balancing shaft gear and which is designed to at least partially remove second-order mass forces arising in the internal combustion engine. Similar to conventional internal combustion engines without eccentric shaft coupled to the crankshaft via a multi-joint crank mechanism, mass forces of the first and second order, which are caused by oscillating masses and change with the crank angle of the crankshaft, also arise in internal combustion engines with a multi-joint crank drive. To achieve a desired smoothness and noise reduction these mass forces must be compensated as far as possible. While the first-order inertia forces can be compensated for by balancing weights on the crankshaft with a particular arrangement and weight and crankshaft pitch, the balancing of second-order mass forces is often accomplished by means of two counter-rotating balancer shafts which are twice the speed; Crankshaft to be driven.

Genauer gesagt werden bei sämtlichen Brennkraftmaschinen durch oszillierende Massen freie Massenkräfte erster und zweiter Ordnung verursacht, die sich mit dem Kurbelwinkel der Kurbelwelle verändern. Während Massenkräfte erster Ordnung durch die Ausgleichsgewichte auf der Kurbelwelle und die Kurbelwellenkröpfungsfolge ausgeglichen werden können, werden die freien Massenkräfte zweiter Ordnung bei bekannten Brennkraftmaschinen mit Mehrgelenkskurbeltrieb nicht vollständig ausgeglichen. Aus diesem Grund sind derartige Brennkraftmaschinen im Hinblick auf die Laufruhe beziehungsweise Laufkultur Brennkraftmaschinen ohne Mehrgelenkskurbeltrieb unterlegen, bei welchen der Ausgleich von Massenkräften zweiter Ordnung häufig mithilfe der beiden gegenläufig rotierenden Ausgleichswellen erfolgt. Diese Maßnahme lässt sich jedoch nicht ohne Weiteres auf Brennkraftmaschinen mit Mehrgelenkskurbeltrieb übertragen, da dort zum einen die entstehenden Massenkräfte nicht rein oszillierend, sondern vielmehr rotierend verlaufen, und zum anderen die Reibungsverluste des Mehrgelenkskurbeltriebs bereits an sich höher sind als die Reibungsverluste konventioneller Brennkraftmaschinen und durch die zusätzlichen Reibungsverluste einer zusätzlichen Ausgleichswelle auf ein inakzeptables Maß vergrößert werden. Auch bei derartigen Brennkraftmaschinen kann jedoch durch gezielte Auslegung der Ausgleichswelle ein weitreichender Ausgleich der Massenkräfte erzielt werden.More specifically, in all internal combustion engines, oscillating masses cause free first and second order mass forces to vary with the crank angle of the crankshaft. While first-order mass forces can be balanced by the counterbalance weights on the crankshaft and the crankshaft crank sequence, the second-order free mass forces are not fully compensated for in conventional multiple-link crank drive engines. For this reason, such internal combustion engines are inferior in terms of smoothness or running culture internal combustion engines without multi-joint crank mechanism, in which the compensation of second-order inertial forces often using the two counter-rotating balance shafts. However, this measure can not be readily transferred to internal combustion engines with multi-joint crank drive, because there not only purely oscillatory, but rather rotate the resulting mass forces, and on the other hand, the friction losses of the multi-link crank mechanism are already higher in itself than the friction losses of conventional internal combustion engines and by the additional friction losses of an additional balance shaft are increased to an unacceptable level. Even with such internal combustion engines, however, by targeted interpretation of the balancing wave a far-reaching balance of mass forces can be achieved.

Der Mehrgelenkskurbeltrieb ist vorzugsweise derart ausgebildet, dass er eine kreisähnliche Massenkraftschleife zweiter Ordnung aufweist. Diese kann in einen in Kurbelwellendrehrichtung rotierenden und einen dazu gegenläufigen Anteil aufgeteilt werden. Weist der Mehrgelenkskurbeltrieb die kreisähnliche Massenkraftschleife zweiter Ordnung auf, so ist es möglich, mit nur einer Ausgleichswelle, welche mit doppelter Kurbelwellendrehzahl rotiert, zumindest den dominanteren der beiden Teile, nämlich den in Kurbelwellendrehrichtung rotierenden, auszugleichen. Der üblicherweise erheblich kleinere, gegenläufig zur Kurbelwelle rotierende Massenkraftanteil zweiter Ordnung könnte durch eine zweite Ausgleichswelle ebenfalls vollständig ausgeglichen werden. Normalerweise weist er jedoch eine geringere Massenkraftamplitude in der zweiten Ordnung auf als ein mechanischer Ventiltrieb. Von daher kann häufig auf die zweite Ausgleichswelle verzichtet werden. Die Ausgleichswelle soll über das Ausgleichswellengetriebe von der Kurbelwelle angetrieben werden. Dabei kann es vorgesehen sein, dass die Ausgleichswelle mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle dreht. Bedingt durch die doppelte Drehzahl können mittels der Ausgleichswelle die Massenkräfte zweiter Ordnung im Wesentlichen getilgt werden. Aus diesem Grund ist es vorteilhaft, wenn die Ausgleichswelle unmittelbar von der Kurbelwelle angetrieben wird, wobei das Ausgleichswellengetriebe dazu dient, die Drehzahlumsetzung von der Drehzahl der Kurbelwelle auf die doppelte der Kurbelwelle zu realisieren. Vorzugsweise weist die Ausgleichswelle dabei dieselbe Drehrichtung auf wie die Kurbelwelle. Gemäß den vorstehenden Ausführungen ist es vorteilhaft, wenn nur eine einzige Ausgleichswelle vorgesehen ist.The multi-link crank drive is preferably designed such that it has a second-order circle-like mass force loop. This can be divided into a rotating in crankshaft rotation and an opposing proportion. If the multi-link crank drive has the second-order, circle-like mass force loop, it is possible to compensate at least the more dominant of the two parts, namely the one rotating in crankshaft rotation direction, with only one balancer shaft which rotates at twice the crankshaft speed. The usually considerably smaller, second-order mass force component rotating in opposite directions to the crankshaft could also be completely compensated by a second balancing shaft. Normally, however, it has a lower mass force amplitude in the second order than a mechanical valve train. Therefore, it is often possible to dispense with the second balance shaft. The balance shaft is to be driven by the crankshaft via the balance shaft gear. It can be provided that the balance shaft rotates at twice the speed of the crankshaft. Due to the double speed, the mass forces of the second order can be substantially eliminated by means of the balance shaft. For this reason, it is advantageous if the balance shaft is driven directly by the crankshaft, wherein the balance shaft gear serves to realize the speed conversion from the speed of the crankshaft to twice the crankshaft. Preferably, the balance shaft has the same direction of rotation as the crankshaft. According to the above embodiments, it is advantageous if only a single balance shaft is provided.

Die Erfindung betrifft weiterhin ein Verfahren zum Betreiben einer Brennkraftmaschine, insbesondere gemäß, den vorstehenden Ausführungen, wobei die Brennkraftmaschine einen Mehrgelenkskurbeltrieb aufweist, der eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Kurbelwelle gelagerten Koppelgliedern und eine Mehrzahl von drehbar auf Hubzapfen einer Exzenterwelle gelagerten Anlenkpleueln umfasst, wobei jedes der Koppelglieder schwenkbar mit einem Kolbenpleuel eines Kolbens der Brennkraftmaschine und einem der Anlenkpleuel verbunden ist. Dabei ist vorgesehen, dass die Exzenterwelle über ein Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle angetrieben wird, an dem ein aus mehreren Übersetzungsverhältnissen ausgewähltes Übersetzungsverhältnis eingestellt wird. Schließlich ist ein Steuergerät dazu vorgesehen, in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine ein Übersetzungsverhältnis aus den mehreren Übersetzungsverhältnissen auszuwählen und an dem Exzenterwellengetriebe einzustellen. Das Übersetzungsverhältnis wird demnach aus den mehreren möglichen Übersetzungsverhältnissen bestimmt, vorzugsweise in Abhängigkeit von einem momentan vorliegenden Betriebspunkt der Brennkraftmaschine. Anschließend wird das ausgewählte Übersetzungsverhältnis an dem Exzenterwellengetriebe eingestellt, sodass zwischen der Exzenterwelle und der Kurbelwelle, das ausgewählte Übersetzungsverhältnis vorliegt. Das Verfahren beziehungsweise die entsprechende Brennkraftmaschine kann gemäß den vorstehenden Ausführungen weitergebildet sein.The invention further relates to a method for operating an internal combustion engine, in particular according to the preceding embodiments, wherein the internal combustion engine comprises a multi-joint crank mechanism comprising a plurality of coupling members rotatably mounted on crankpins of a crankshaft and a plurality of Anlenkpleueln rotatably mounted on crank pins of an eccentric shaft each of the coupling links is pivotally connected to a Kolbenpleuel a piston of the internal combustion engine and one of the Anlenkpleuel. It is envisaged that the eccentric shaft is driven by an eccentric shaft gear from the crankshaft on which a gear ratio selected from a plurality of gear ratios is set. Finally, a control device is provided to select depending on the operating point of the internal combustion engine, a transmission ratio of the plurality of transmission ratios and set to the eccentric shaft gear. The transmission ratio is therefore determined from the plurality of possible transmission ratios, preferably as a function of an instantaneous operating point of the internal combustion engine. Subsequently, the selected gear ratio is adjusted to the eccentric shaft gear so that between the eccentric shaft and the crankshaft, there is the selected gear ratio. The method or the corresponding internal combustion engine can be developed according to the above statements.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand der in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiele näher erläutert, ohne dass dabei eine Beschränkung der Erfindung erfolgt. Dabei zeigen:

1 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine,
2 eine perspektivische Ansicht eines Bereichs der in der 1 dargestellten Brennkraftmaschine, und
3 eine teilweise geschnittene Stirnseitenansicht des in der 2 dargestellten Ausschnitts.

The invention will be explained in more detail with reference to the embodiments illustrated in the drawings, without causing a limitation of the invention. Showing:

1 a perspective view of a portion of an internal combustion engine,
2 a perspective view of a portion of the in 1 illustrated internal combustion engine, and
3 a partially cut end view of the in the 2 section shown.

Die 1 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Bereichs einer Brennkraftmaschine 1, welche als Reihenbrennkraftmaschine, genauer als Viertakt-Vierzylinder-Reihenbrennkraftmaschine, vorliegt. Die Brennkraftmaschine 1 verfügt über eine Kurbelwelle 2 und vier Kolben 3, von welchen jeder in einem von vier nicht dargestellten Zylindern der Brennkraftmaschine 1 beweglich gelagert ist. Jeder der vier Kolben 3 ist durch ein 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 fünf zur Lagerung dienende zentrische Wellenzapfen 5 sowie vier 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.The 1 shows a perspective view of a portion of an internal combustion engine 1 , which as a series internal combustion engine, more precisely as a four-stroke four-cylinder in-line engine is present. The internal combustion engine 1 has a crankshaft 2 and four pistons 3 of which each in one of four cylinders, not shown, of the internal combustion engine 1 is movably mounted. Each of the four pistons 3 is by a Kolbenpleuel 4 with the crankshaft 2 connected. The crankshaft 2 is not shown in shaft bearings of a cylinder crankcase, also not shown, of the internal combustion engine 1 rotatably mounted and has five serving for storage centric shaft journal 5 and four crank pins 6 (of which in the figure, only one is visible), whose longitudinal center axes in different angular orientations parallel to a rotation axis 7 the crankshaft 2 are offset.

Die Brennkraftmaschine 1 umfasst weiter eine Exzenterwelle 8, die eine zur Drehachse 7 der Kurbelwelle 2 parallele Drehachse 9 aufweist. Die Exzenterwelle 8 ist neben der Kurbelwelle 2 sowie etwas unterhalb von dieser im Zylinderkurbelgehäuse drehbar gelagert und über einen Mehrgelenkskurbeltrieb 10 mit der Kurbelwelle 2 gekoppelt. Neben der Kurbelwelle 2 und der Exzenterwelle 8 umfasst der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 insgesamt vier Koppelglieder 11, die jeweils auf einem der Hubzapfen 6 der Kurbelwelle 2 drehbar gelagert sind. Jedes der Koppelglieder 11 weist 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 vier Kolben 3 durch den jeweiligen Kolbenpleuel 4 und das jeweilige Koppelglied 11 mit der Kurbelwelle 2 verbunden.The internal combustion engine 1 further includes an eccentric shaft 8th one to the axis of rotation 7 the crankshaft 2 parallel axis of rotation 9 having. The eccentric shaft 8th is next to the crankshaft 2 and slightly below this rotatably mounted in the cylinder crankcase and a multi-link crank drive 10 with the crankshaft 2 coupled. Next to the crankshaft 2 and the eccentric shaft 8th includes the multi-link crank drive 10 a total of four coupling links 11 , each on one of the crank pins 6 the crankshaft 2 are rotatably mounted. Each of the coupling links 11 has a lift arm 12 on, over a swivel joint 13 pivotable with a lower end of one of the Kolbenpleuel 4 connected is. An upper end of the respective Kolbenpleuels 4 is over another swivel joint 14 on the associated piston 3 hinged. So in total, each of the four pistons 3 through the respective Kolbenpleuel 4 and the respective coupling member 11 with the crankshaft 2 connected.

Der Mehrgelenkskurbeltrieb 10 umfasst weiter eine der Anzahl der Kolbenpleuel 4 und der Koppelglieder 11 entsprechende Anzahl von Anlenkpleueln 15. Diese sind 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 größere Pleuelauge 18 jedes Anlenkpleuels 15 am unteren Ende der Pleuelstange 16 umgibt einen in Bezug 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 kleinere 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.The multi-link crank drive 10 further includes one of the number of Kolbenpleuel 4 and the coupling links 11 corresponding number of Anlenkpleueln 15 , These are approximately parallel to the Kolbenpleueln 4 aligned and in the axial direction of the crankshaft 2 and the eccentric shaft 8th each in about the same plane as the associated Kolbenpleuel 4 but on the opposite side of the crankshaft 2 arranged. Each connecting rod 15 includes 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 larger connecting rod eye 18 each Anlenkpleuels 15 at the lower end of the connecting rod 16 surrounds one with respect to the axis of rotation 9 the eccentric shaft 8th eccentric crankpin 19 the eccentric shaft 8th on which the Anlenkpleuel 15 by means of a rotary bearing 20 is rotatably mounted. The smaller connecting rod eye 17 at the upper end of the connecting rod 16 each Anlenkpleuels 15 forms part of a swivel joint 21 between the Anlenkpleuel 15 and a longer coupling arm 22 of the adjacent coupling member 11 who is on the lift arm 12 opposite side of the crankshaft 2 survives on these.

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 werden. Zu diesem Zweck ist die Exzenterwelle 8 über ein hier nicht dargestelltes Exzenterwellengetriebe von der Kurbelwelle 2 angetrieben, wobei an dem Exzenterwellengetriebe mehrere Übersetzungsverhältnisse einstellbar sind. Das Exzenterwellengetriebe kann dabei entweder als diskrete Schaltstufen aufweisendes Getriebe oder aber als stufenloses Getriebe ausgeführt sein. In ersterem Fall sind die Übersetzungsverhältnisse in diskreten Schaltstufen und in letzterem Fall stufenlos einstellbar.The eccentric shaft 8th points between adjacent eccentric crank pins 19 and at their ends for supporting the eccentric shaft 8th serving in shaft bearings, to the axis of rotation 10 coaxial shaft sections 23 on. Apart from a variable compression can by the arrangement described above, the inclination of Kolbenpleuel 4 with respect to the cylinder axis of the associated cylinders during rotation of the crankshaft 2 can be reduced, resulting in a reduction of the piston side forces and thus the friction forces between the pistons 2 and cylinder walls of the cylinder leads. Overall, with the multi-link crank drive described here 10 a working stroke of the pistons 3 be selected depending on a current operating cycle of the internal combustion engine. For this purpose, the eccentric shaft 8th via a not shown here eccentric shaft gear from the crankshaft 2 driven, wherein on the eccentric shaft gear more gear ratios are adjustable. The eccentric shaft can be designed either as a discrete switching stages having gear or as a continuously variable transmission. In the former case, the transmission ratios in discrete switching stages and in the latter case are infinitely adjustable.

Die Exzenterwelle 8 weist vorzugsweise eine der Drehrichtung der Kurbelwelle 2 entgegengesetzte Drehrichtung auf. Zwischen der Exzenterwelle 8 und der Kurbelwelle 2 ist üblicherweise wenigstens eines der Übersetzungsverhältnisse 2:1, 1:1 und 1:2 einstellbar. Vorzugsweise sind mehrere, insbesondere alle dieser Übersetzungsverhältnisse an dem Exzenterwellengetriebe einstellbar. Das Einstellen kann dabei durch ein hier nicht dargestelltes Steuergerät erfolgen, welches das Exzenterwellengetriebe in Abhängigkeit von einem Betriebspunkt der Brennkraftmaschine 1 einstellt. Dabei wählt das Steuergerät in Abhängigkeit von dem Betriebspunkt das entsprechende Übersetzungsverhältnis aus einer Vielzahl von Übersetzungsverhältnissen aus und stellt dieses an dem Exzenterwellengetriebe ein, sodass es zwischen der Exzenterwelle 8 und der Kurbelwelle 2 vorliegt.The eccentric shaft 8th preferably has one of the rotational direction of the crankshaft 2 opposite direction of rotation. Between the eccentric shaft 8th and the crankshaft 2 is usually at least one of the ratios 2: 1, 1: 1 and 1: 2 adjustable. Preferably, a plurality, in particular all of these transmission ratios are adjustable on the eccentric shaft gear. The setting can be done by a control unit, not shown here, which the eccentric shaft gearbox in dependence on an operating point of the internal combustion engine 1 established. In this case, the control unit selects the corresponding transmission ratio from a plurality of transmission ratios as a function of the operating point and adjusts this to the eccentric shaft transmission, so that it is between the eccentric shaft 8th and the crankshaft 2 is present.

Die 2 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Ausschnitts der anhand der 1 vorgestellten Brennkraftmaschine 1. Die Ausführung der Brennkraftmaschine 1 entspricht der bereits erläuterten, sodass insofern auf die vorstehenden Ausführungen verwiesen wird.The 2 shows a perspective view of a section of the basis of the 1 featured internal combustion engine 1 , The execution of the internal combustion engine 1 corresponds to the already explained, so that reference is made to the above statements.

Die 3 zeigt eine teilweise geschnittene Stirnseitenansicht des aus der 2 bekannten Ausschnitts. Es ist ohne Weiteres erkennbar, dass das abgebildete Koppelglied 11 aus einem Oberteil 24 und einem Unterteil 25 besteht, wobei das Oberteil 24 und das Unterteil 25 entlang einer Trennebene 26 gegeneinander anliegen und jeweils angrenzend an der Trennebene 26 mit einer halbzylindrischen Ausnehmung zur Aufnahme des Hubzapfens 6 sowie von zwei den Hubzapfen 6 umgebenden Lagerschalen eines zwischen dem Hubzapfen 6 und dem Koppelglied angeordneten Gleitlagers 27 versehen sind. Das Oberteil 24 und das Unterteil 25 jedes Koppelglieds 8 werden von zwei Schrauben zusammengehalten. Wie auch bei anderen Brennkraftmaschinen treten bei der hier vorgestellten Brennkraftmaschine 1 durch die oszillierenden Massen der Kolben 3, der Kolbenpleuel 4, der Koppelglieder 11 und der Anlenkpleuel 15 freie Massenkräfte auf, die soweit wie möglich ausgeglichen werden sollten, um die Laufruhe und die Akustik der Brennkraftmaschine 1 zu verbessern.The 3 shows a partially sectioned end view of the of 2 known excerpt. It is readily apparent that the illustrated coupling member 11 from a shell 24 and a lower part 25 exists, with the top 24 and the lower part 25 along a dividing plane 26 against each other and each adjacent to the dividing plane 26 with a semi-cylindrical recess for receiving the crank pin 6 as well as two of the crank pins 6 surrounding bearing shells one between the crank pin 6 and the coupling member arranged slide bearing 27 are provided. The top 24 and the lower part 25 each coupling link 8th are held together by two screws. As with other internal combustion engines occur in the presented here internal combustion engine 1 through the oscillating masses of the pistons 3 , the piston connecting rod 4 , the coupling links 11 and the Anlenkpleuel 15 free mass forces that should be compensated as far as possible to the smoothness and the acoustics of the internal combustion engine 1 to improve.

Diese freien Massenkräfte umfassen in erster Linie Massenkräfte erster Ordnung und Massenkräfte zweiter Ordnung. Erstere können durch nicht dargestellte Ausgleichsgewichte auf der Kurbelwelle 2 und deren Kröpfungsfolge ausgeglichen werden. Zur Tilgung der Massenkräfte zweiter Ordnung dient eine mit hier nicht dargestellten Ausgleichsgewichten versehene Ausgleichswelle 28. Diese ist beispielsweise oberhalb und seitlich versetzt zu der Kurbelwelle 2 im Zylinderkurbelgehäuse der Brennkraftmaschine 1 drehbar gelagert und wird von der Kurbelwelle 2 über ein nicht dargestelltes Ausgleichswellengetriebe mit der doppelten Drehzahl der Kurbelwelle 2 und mit einer der Drehrichtung der Kurbelwelle 2 entsprechenden Drehrichtung angetrieben. Insbesondere ist in der Brennkraftmaschine 1 lediglich eine einzige Ausgleichswelle 28 vorgesehen. Diese ist dabei zur wenigstens teilweisen Tilgung von in der Brennkraftmaschine 1 entstehenden Massenkräften zweiter Ordnung ausgebildet.These free mass forces primarily include first order inertial forces and second order inertial forces. The former can by not shown balancing weights on the crankshaft 2 and their Kröpfungsfolge be compensated. For the eradication of inertial forces of the second order is provided with a balancing weights not shown here balancing shaft 28 , This is, for example, above and laterally offset to the crankshaft 2 in the cylinder crankcase of the internal combustion engine 1 rotatably mounted and is from the crankshaft 2 via an unillustrated balance shaft gearbox with twice the speed of the crankshaft 2 and with one of the rotational directions of the crankshaft 2 driven corresponding direction of rotation. In particular, in the internal combustion engine 1 only a single balance shaft 28 intended. This is for the at least partial eradication of in the internal combustion engine 1 formed second-order mass forces arising.

BezugszeichenlisteLIST OF REFERENCE NUMBERS

11: BrennkraftmaschineInternal combustion engine
22: Kurbelwellecrankshaft
33: Kolbenpiston
44: KolbenpleuelKolbenpleuel
55: Wellenzapfenshaft journal
66: Hubzapfencrank pins
77: Drehachseaxis of rotation
88th: Exzenterwelleeccentric shaft
99: Drehachseaxis of rotation
1010: MehrgelenkskurbeltriebMulti-joint crank drive
1111: Koppelgliedcoupling member
1212: Hubarmlifting arm
1313: Schwenkgelenkpivot
1414: Schwenkgelenkpivot
1515: Anlenkpleuelarticulation connecting rod
1616: Pleuelstangeconnecting rod
1717: Pleuelaugeconnecting rod
1818: Pleuelaugeconnecting rod
1919: Hubzapfencrank pins
2020: Drehlagerpivot bearing
2121: Schwenkgelenkpivot
2222: Koppelarmcoupling arm
2323: Wellenabschnittshaft section
2424: Oberteiltop
2525: Unterteillower part
2626: Trennebeneparting plane
2727: Gleitlagerbearings
2828: Ausgleichswellebalancer shaft

Claims

Internal combustion engine (1) having a multi-link crank drive (10), which has a plurality of coupling links (11) rotatably mounted on crank pins (6) of a crankshaft (2) and a plurality of pivot pins (15) rotatably mounted on crank pins (19) of an eccentric shaft (8) ), wherein each of the coupling members (11) is pivotally connected to a Kolbenpleuel (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and one of the Anlenkpleuel (15) and wherein the eccentric shaft (8) via an eccentric shaft gear from the crankshaft ( 2) is driven, characterized in that on the eccentric shaft gear more gear ratios are adjustable, wherein a control device is provided to select depending on the operating point of the internal combustion engine (1) a transmission ratio of the plurality of gear ratios and adjusted to the eccentric shaft gear.

Internal combustion engine after Claim 1 , characterized in that the transmission ratios are adjustable continuously or in switching stages.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the eccentric shaft gear comprises a switchable clutch, via which the eccentric shaft (8) with the crankshaft (2) is operatively connected.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the eccentric shaft (8) has a direction of rotation of the crankshaft (2) opposite direction of rotation.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that on the eccentric shaft gear at least one of the transmission ratios 2: 1, 1: 1 and 1: 2 between the eccentric shaft (8) and the crankshaft (2) is adjustable.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that the eccentric shaft gear is a wheel gear or a continuously variable transmission.

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized in that a phaser between the crankshaft (2) and the eccentric shaft (8) for adjusting an angular offset between the crankshaft (2) and eccentric shaft (8) is provided or the eccentric shaft gear serves as a phaser.

Internal combustion engine after Claim 7 , characterized in that the control unit adjusts the phaser in dependence on an operating point of the internal combustion engine (1).

Internal combustion engine according to one of the preceding claims, characterized by a balancing shaft (28) driven by the crankshaft (2) via a balancing shaft gear, which is intended for at least partial eradication of in the internal combustion engine (1) resulting mass forces of the second order is formed.

Method for operating an internal combustion engine (1), which has a multi-link crank drive (10), which has a plurality of coupling links (11) rotatably mounted on crank pins (6) of a crankshaft (2) and a plurality of rotatable on crank pins (19) of an eccentric shaft (10). 8), wherein each of the coupling links (11) is pivotally connected to a Kolbenpleuel (4) of a piston (3) of the internal combustion engine (1) and one of the Anlenkpleuel (15) and wherein the eccentric shaft (8) is driven by an eccentric shaft gear of the crankshaft (2), characterized in that on the eccentric shaft gear selected from a plurality of gear ratio ratio is set, wherein a control device in dependence on the operating point of the internal combustion engine (1) selects a gear ratio of the plurality of gear ratios and at adjusts the eccentric shaft gear.