Bezeichnung : Kolbenbrennkraftmaschine mit variablem Brennraum Beschreibung Bei einer Kolbenbrennkraftmaschine besteht über eine Verände- rung des Brennraums die Möglichkeit, die Betriebsbedingungen an den jeweiligen Lastfall optimal anzupassen. Eine Verände- rung des Brennraums ist beispielsweise möglich durch ein An- heben oder Absenken der Kurbelwellendrehachse gegenüber einer motorfesten Bezugsebene. Bei dieser Veränderung der Höhenlage der Kurbelwelle gegenüber der motorfesten Bezugsebene ändert sich aber auch die Position der Kurbelwellendrehachse zur Drehachse der nachgeschalteten, in ihrer Höhenlage motorfest angeordneten Abtriebswelle. Das Problem besteht nun darin, daß beide Wellen trotz der einstellbaren Veränderung der Hö- henlage der Kurbelwelle zur Bezugsebene im gleichem Drehsinn und insbesondere mit gleicher Drehzahl umlaufen müssen und das Drehmoment in vollem Umfang und ohne Drehzahlschwankungen übertragen werden muß.

Aus DE-36 44 721-A ist eine Kolbenbrennkraftmaschine dieser Bauart bekannt, bei der das Problem dadurch gelöst worden ist, daß an einem Verstellexzenter für die Veränderung der Position der Kurbelwelle ein Lagergehäuse befestigt ist, in das einenends ein mit der Kurbelwelle verbundenes Antriebs- ritzel hineinragt und in das anderenends mit dem vorgegebenen Querabstand ein mit der Abtriebswelle verbundendes Abtriebs- ritzel hineinragt. Die Drehachse des Verstellexzenters ist koaxial zur Drehachse des Abtriebsritzels ausgerichtet. Die Kraftübertragung zwischen dem Antriebsritzel an der Kurbel- welle und dem Abtriebsritzel an der Abtriebswelle erfolgt durch zwei gleichachsige und fest miteinander verbundene Um- laufräder, von denen beim Verstellvorgang ein Rad auf dem An- triebsritzel abrollt und das andere Rad auf dem Abtriebsrit- zel abrollt. Mit dieser Anordnung ist jede Veränderung der Position der Kurbelwelle gegenüber der Abtriebswelle ein-

stellbar und die Drehgleichförmigkeit gewährleistet. Der Nachteil besteht jedoch darin, daß bei dieser Anordnung nur Zahnräder mit geringem Durchmesser eingesetzt werden können und somit das gesamte Drehmoment der Kolbenbrennkraftmaschine über Zahnräder mit geringem Durchmesser übertragen werden muß. Hierdurch ergeben sich sehr schnell Grenzen in der Größe des übertragbaren Drehmoments. Ein weiterer Nachteil der vor- bekannten Anordnung besteht in einer verhältnismäßig großen Baulänge.

Der Erfindung liegt nun die Aufgabe zugrunde, eine Kolben- brennkraftmaschine der eingangs bezeichneten Art zu schaffen, die bei der notwendigen Veränderung der Position der Kurbel- welle gegenüber einer Abtriebswelle eine Übertragung auch großer Drehmomente erlaubt und gleichzeitig eine kurze Bau- länge aufweist.

Gemäß der Erfindung wird diese Aufgabe gelöst mit einer Kol- benbrennkraftmaschine mit in Reihe in einem Motorgehäuse an- geordneten Zylindern, mit Kolben, die über Pleuel mit einer Kurbelwelle verbunden sind, deren Lager in Exzenterringen an- geordnet sind, die ihrerseits in Traglagern im Motorgehäuse verdrehbar gelagert sind und die mit einem Stellantrieb in Verbindung stehen, wobei wenigstens eine Abtriebswelle vorge- sehen ist, die koaxial zur Drehachse der Exzenterringe und achsparallel mit Querabstand zur Kurbelwelle ausgerichtet ist und die über eine aus wenigstens zwei in einer Drehebene an- geordneten Zahnrädern gebildete Kupplung mit der Kurbelwelle verbunden ist, wobei das mit der Kurbelwelle verbundene Zahn- rad ein Antriebsrad und das mit der Abtriebswelle verbundene Zahnrad ein Abtriebsrad bildet. Durch die Anordnung von in einer Drehachse miteinander im Eingriff stehenden Zahnrädern besteht zum einen die Möglichkeit einer kurzen Baulänge und zum anderen die Möglichkeit, große Durchmesser für diese Zahnräder vorzusehen, so daß bei entsprechend hoher Überdek- kung der. Verzahnung auch große Drehmomente übertragen werden können. Das mit der Kurbelwelle verbundene Zahnrad bildet

hierbei ein Antriebsrad, während das mit der Abtriebswelle verbundene Zahnrad ein Abtriebsrad bildet. Diese Anordnung kann nicht nur für die Hauptabtriebswelle zum Getriebe einge- setzt werden, sondern in gleicher Weise auch für den Steuer- trieb, d. h. den Antrieb der Nockenwelle sowie der Nebenag- gregate.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgese- hen, daß die Kupplung gebildet wird durch ein Hohlrad, das mit einer der Wellen verbunden ist und durch ein Stirnrad, das mit der anderen Welle verbunden ist und mit dem Hohlrad im Eingriff steht. Damit ist die Möglichkeit gegeben, daß bei einer Verdrehung der Exzenterringe der Kurbelwellendrehachse gegenüber der Drehachse der Abtriebswelle die beiden Zahnrä- der ohne Änderung der Eingriffsbedingungen bei gleichzeitiger Drehung um ihre jeweilige Drehachse aufeinander abrollen kön- nen. Der besondere Vorteil dieser Anordnung besteht ferner darin, daß relativ große Zahnräder verwendet werden können, wobei das Stirnrad einen nur unwesentlich geringeren Durch- messer als das Hohlrad aufweisen kann. Es genügt, wenn beide Zahnräder gerade frei aufeinander abrollen können. Wird das Hohlrad mit der Kurbelwelle verbunden, dann kann das Hohlrad gleichzeitig auch in das Schwungrad integriert werden. Durch die unmittelbare Kopplung von Kurbelwelle und Abtriebswelle über nur zwei Zahnräder ohne eine Zwischenwelle kann die An- regung von Drehschwingungen auf der Abtriebsseite praktisch unterbunden werden.

In Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das der Abtriebswelle zugeordnete Abtriebszahnrad am Motorgehäuse drehbar gelagert ist und daß das Antriebszahnrad drehfest mit der Kurbelwelle verbunden ist. Die Ausbildung ist in der Zu- ordnung vertauschbar, d. h. daß sowohl das Antriebsrad als auch das Abtriebsrad kann als Hohlrad ausgebildet werden und umgekehrt, und entsprechend sowohl das Antriebsrad als auch das Abtriebsrad kann als Stirnrad ausgebildet werden.

In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß das Hohlrad das Stirnrad gehäuseartig um- faßt. Wird das Hohlrad hierbei als Abtriebsrad eingesetzt, kann das Hohlrad mit einem das Stirnrad vollständig abschlie- ßenden Deckel abgedeckt werden, der gleichzeitig Anschlußmit- tel zur Befestigung der Abtriebswelle aufweist, so daß sich eine vollständig geschlossene Kupplung ergibt.

Die Erfindung wird anhand schematischer Zeichnungen näher er- läutert. Es zeigen : Fig. 1 eine perspektivische Schemadarstellung einer Vierzylinder-Kolbenbrennkraftmaschine mit variabel einstellbarem Brennraum, Fig. 2 eine schematische Darstellung der Eingriffsver- hältnisse einer aus zwei Zahnrädern gebildeten Kupplung, Fig. 3 eine erstes Ausführungsbeispiel mit einer Lagerung eines als Hohlrad ausgebildeten Abtriebsrades über Laufrollen, Fig. 4 eine Abwandlung der Ausführungsform gem. Fig. 3, Fig. 5 eine Ausführungsform der Lagerung des als Hohlrad ausgebildeten Abtriebsrades über ein Wälzlager, Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel mit einem Antriebsrad als Hohlrad.

Wie die schematische Darstellung gem. Fig. 1 erkennen läßt, ist eine Kurbelwelle 1 einer Vierzylinder-Kolbenbrennkraft- maschine mit ihren Kurbelwellenlagern 2 in Exzenterringen 3 gelagert, die ihrerseits verdrehbar in entsprechenden Tragla- gergehäusen 4 eines nur angedeuteten Motorgehäuses gelagert sind. Mit der Kurbelwelle 1 sind über Pleuel 5 jeweils die

hier nur schematisch angedeuteten Kolben 6 verbunden. Die Kurbelwelle ist in einer Stellung gezeigt, in der zwei Kolben sich in der oberen Totpunktstellung befinden, während sich die anderen beiden Kolben in der unteren Totpunktstellung be- finden. Zumindest einer der Exzenterringe 3 ist starr mit ei- ner als Schwenkhebel ausgebildeten Verdreheinrichtung 7 ver- bunden, der am Traglagergehäuse 4 nach unten herausgeführt ist. Der Schwenkhebel 7 ist mit einem schematisch dargestell- ten Stellantrieb 8 verbunden, über den in Richtung des Dop- pelpfeiles 9 die Exzenterringe 3 entsprechend hin und her verdreht werden können, so daß sich auch jeweils die Höhenla- ge der Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 gegenüber einer motor- festen Bezugsebene verändert.

Wie aus Fig. 1 ferner ersichtlich, ist die Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 exzentrisch zur motorfesten Drehachse 11 der Exzenterringe 3 angeordnet, so daß sie sich bei einem Ver- schwenken des Hebels 7 aus einer angenommenen Mittelstellung (der Schwenkhebel 7 weist hierbei senkrecht nach unten) zur Veränderung der Höhenlage nach oben oder unten bewegt. Da- durch wird die Kurbelwelle 1 in bezug auf eine motorfeste ho- rizontale Bezugsebene auch gegenüber der motorfesten Drehach- se 11 der Exzenterringe 3 angehoben oder abgesenkt. Das be- deutet aber, daß die Kolben 6 jeweils in der oberen Totpunkt- stellung um das gleiche Maß näher an das Brennraumdach des entsprechenden Zylinders heranreichen, so daß dementsprechend auch das Verdichtungsverhältnis erhöht und bei einer gegen- läufigen Verdrehung der Exzenterringe 3 das Verdichtungsver- hältnis entsprechend vermindert wird.

Der Abtrieb der Kolbenbrennkraftmaschine erfolgt über eine zum Getriebe führenden Abtriebswelle 12, die koaxial zur Drehachse 11 der Exzenterringe 3 ausgerichtet ist. Um die Veränderung der Position der Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 zur Achse der Abtriebswelle 12 zu überbrücken, ist die Kur- belwelle. 1 mit einer Kupplung 13 verbunden. Die Kupplung 13 besteht hierbei aus einem mit der Kurbelwelle 1 verbundenen

Antriebszahnrad 14 und einem mit der Abtriebswelle 12 verbun- denen Abtriebszahnrad 15. Die beiden in einer Drehebene aus- gerichteten Zahnräder 14 und 15 sind hier zur Vereinfachung der zeichnerischen Darstellung mit deutlich unterschiedlichen Durchmessern dargestellt. In der praktischen Ausführung wei- sen die beiden Zahnräder 14 und 15, wie nachstehend noch nä- her beschrieben werden wird, nahezu den gleichen Durchmesser auf.

In Fig. 2 ist die Kupplung 13 in einer schematischen Ansicht in Richtung der Achsen 10,11 dargestellt. Die Kurbelwelle 1 ist hierbei durch ihre Drehachse 10 gekennzeichnet und die Drehachse der Abtriebswelle 12 ist durch die koaxiale motor- feste Drehachse 11 der Exzenterringe 3 gekennzeichnet.

In der in Fig. 1 wiedergegebenen Mittelstellung befinden sich die Drehachse 10 der Kurbelwelle und die Drehachse 11 der Ex- zenterring 3 in bezug auf eine motorfeste Bezugsebene B in der gleichen Höhenlage al gegenüber dieser Bezugsebene. Wer- den nun die Exzenterringe 3 über die Stelleinrichtung 8 in der Darstellung gem. Fig. 1 nach rechts verschwenkt, wird die Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 gegenüber der Bezugsebene B entsprechend angehoben, so daß sie gegenüber der Bezugsebene B den Abstand a2 einnimmt. Da jedoch dieses Anheben durch ein Drehen der Exzenterringe 3 um die Drehachse 11 erfolgt, wird die Drehachse 10 der Kurbelwelle entsprechend auf einer Kreisbahn 16 geführt, so daß in der verdrehten Stellung die Drehachse der Kurbelwelle 1 die Position 10.2 einnimmt.

Wird nun das mit der Kurbelwelle 1 verbundene Antriebsrad 14 als Stirnrad ausgebildet und das mit der Abtriebswelle 12 verbundene Abtriebsrad 15 als Hohlrad ausgebildet, dann wird das Drehmoment der Kurbelwelle unmittelbar und mit nur gerin- ger Untersetzung auf die Abtriebswelle 12 übertragen. Auf- grund der verhältnismäßig großen Durchmesser der miteinander in Eingriff stehenden Zahnräder ergibt sich auch eine große Überdeckung der Verzahnung, so daß auch ein großes Drehmoment

übertragen werden kann. Der Durchmesser des Kopfkreises der Verzahnung des Stirnrades 14 ist nur um ein solches Maß ge- ringer als der Kopfkreis der Verzahnung des Hohlrades, das ein freies Abrollen gewährleistet ist.

Wird nun während des Betriebes die Position der Drehachse 10 der Kurbelwelle 1 entsprechend verstellt, dann kann bei un- veränderter Drehung der beiden Zahnräder gleichzeitig das An- triebsrad 14 auf dem Abtriebsrad 15 abrollen, ohne daß sich hier die Überdeckung ändert. Wie die Zeichnung zeigt, ist die Überdeckung im Eingriffspunkt 17.1 bei der Ausgangsstellung gleich mit der Überdeckung im Eingriffspunkt 17.2 in der ver- änderten Stellung. Weiterhin ist bedeutsam, daß sich bei die- sem Verstellvorgang auch die Eingriffsverhältnisse der Ver- zahnung nicht ändern.

In Fig. 3 ist in einem Vertikalschnitt ein Ausführungsbei- spiel für eine Kupplung der vorbeschriebenen Art dargestellt.

Die Zeichnung zeigt einen Vertikalschnitt des Endbereichs ei- ner Kolbenbrennkraftmaschine. In dem Motorgehäuse 4.1 ist im Traglager 4 der Exzenterring 3 dargestellt. Im Exzenterring 3 ist in einem Kurbelwellenlager 2 die Kurbelwelle 1 gelagert, die mit einem Anschlußzapfen 18 aus dem Motorgehäuse 4.1 her- ausgeführt ist. Mit dem Anschlußzapfen 18 ist ein als Stirn- rad ausgebildetes Antriebsrad 14 fest verbunden.

Am Motorgehäuse 4.1 ist ferner ein Laufring 19 fest angeord- net, auf dem das als Hohlrad ausgebildete Abtriebsbrad 15 über mehreren im Umfang gleichmäßig verteilte Laufrollen 20 drehbar gelagert ist. Durch die Anordnung der Laufrollen 20 ist es möglich, auch auf einem durch die Konzeption eines La- gerringes 19 bedingten großen Lagerdurchmesser eine Lagerung des Abtriebsrades 15 vorzusehen, die hohe Drehzahlen erlaubt.

Das als Hohlrad ausgebildete Abtriebsrad 15 steht, wie aus Fig. 2 ersichtlich, mit dem Stirnrad 14 im Eingriff.

Das Hohlrad 15 ist mit einem Deckel 21 abgedeckt, der im Be- reich der Drehachse mit Anschlußmitteln 22 für die hier nicht dargestellte Abtriebswelle 12 versehen ist. Wie die Schnitt- darstellung erkennen läßt, ergibt sich hier ein sehr kurzbau- endes und kompaktes Kupplungselement, das zum einen die Mög- lichkeit bietet, bei entsprechender Auslegung der Masse als Schwungrad zu dienen und zum anderen auch die Möglichkeit bietet, über eine Außenverzahnung 23 in üblicher Weise den Eingriff für das Anlasserritzel zu ermöglichen.

Die Anordnung des Deckels 21 der zugleich auch Übertragungse- lement für die Abtriebswelle ist, ergibt einen hermetischen Abschluß der Kupplung, so daß lediglich im Bereich des Lager- ringes 19 eine entsprechende Dichtung 24 vorzusehen ist, die den Spalt 25 zwischen dem Hohlrad 15 und dem Lagerring 19 ab- dichtet.

In Fig. 4 ist bei ansonsten gleichem Aufbau eine Abwandlung der Lagerung des Hohlrades 15 dargestellt. Während bei der Ausführungsform gem. Fig. 3 die Laufrollen 20 am Hohlrad be- festigt sind, ist bei der Ausführungsform gem. Fig. 4 ein mit dem Motorgehäuse 4.1 fest verbundener Lager-und Dichtring 19.1 vorgesehen, an dem die Laufrollen 20 starr befestigt sind. Das Hohlrad 15 ist mit einem Lagerbund 15.1 versehen, der sich auf den Laufrollen 20 abstützt. Die Abdichtung des Spaltes 25 zwischen dem feststehenden Dicht-und Lagerring 19.1 und dem drehenden Hohlrad 15 erfolgt bei diesem Ausfüh- rungsbeispiel über eine Labyrinthdichtung 24.1. Im übrigen entspricht der Aufbau dem anhand von Fig. 3 beschriebenen Ausführungsbeispiel. Bei beiden Ausführungsformen können die Laufrollen 20 durch kleine Rillenkugellager gebildet werden.

In Fig. 5 ist eine abgewandelte Ausführungsform dargestellt, bei der am Motorgehäuse 4.1 ein Laufring 19.2 befestigt ist, mit dem der Außenring 26.1 eines Rillenkugellagers 26 fest verbunden ist. Der Innenring 26.2 des Rillenkugellagers ist über einen Bund 27 mit dem Hohlrad 15 fest verbunden, während

das Stirnrad 14 wie vor, fest mit dem Zapfen 18 der Kurbel- welle 1 verbunden ist. Diese Konzeption ist hinsichtlich des Durchmessers für der Laufring 19.2 durch dynamische Grenzwer- te, insbesondere der maximal zulässigen Drehzahl des verwen- deten Lagers begrenzt.

Die Abdichtung des Spaltes 25 erfolgt hier über eine Laby- rinthdichtung 24.2, die jedoch bei dieser Ausführungsform auf der Außenseite des Tragringes 19.2 angeordnet ist und die über ein oder mehrere Durchtrittskanäle 28 zum Innenraum des Hohlrades 15 belüftet ist. Auch bei dieser Ausführungsform ist das Hohlrad 15 mit einem Deckel 21 abgeschlossen, der gleichzeitig den Anschluß für die Abtriebswelle 15 bildet.

Die Ausführung der Erfindung ist nicht auf die vorstehend be- schriebene Zuordnung der beiden Zahnräder zueinander be- schränkt. Die Anordnung kann auch in der Weise umgekehrt wer- den, daß die Kurbelwelle mit einem Hohlrad als Antriebsrad und die Abtriebeswelle mit einem Stirnrad als Abtriebsrad verbunden wird. Dies ist in Fig. 6 für ein Ausführungsbei- spiel dargestellt. Das nunmehr als Hohlrad ausgebildete An- triebsrad 14 ist fest mit dem Zapfen 18 der Kurbelwelle 1 verbunden. Die Abtriebswelle 12 ist entsprechend mit einem als Stirnrad ausgebildeten Abtriebsrad 15 verbunden.

Zur Lagerung des Abtriebsrades 15 ist mit dem Motorgehäuse 4.1 ein Lagergehäuse 29 fest verbunden, das die beiden Zahn- räder 14 und 15 vollständig umschließt und das eine Durch- trittsöffnung 30 für den Anschluß der Abtriebswelle 12 auf- weist. Das als Stirnrad ausgebildete Abtriebsrad 15 weist ei- nen Lagerbund 32 auf, während das Gehäuse 29 einen entspre- chenden Lagerbund 33 im Bereich der Durchtrittsöffnung 30 be- sitzt, so daß das Abtriebsrad 15 über Wälzlager 31 am Gehäuse 29 gelagert ist. Der verbleibende Durchtrittsspalt der Durch- trittsöffnung 30 ist mit einer üblichen Dichtung 34 abgedich- tet.

In Fig. 1 ist ferner schematisch dargestellt, daß auch der Steuertrieb 36 über eine entsprechend gestaltete Kupplung 13.1 angetrieben werden kann. Mit dem Hohlrad analog Fig. 3 ist ein Ketten-oder Zahnriemenrad 37 verbunden, über das mittels einer Steuerkette oder eines Zahnriemens 38 bei- spielsweise eine Nockenwelle 39 oder ein Nebenaggregat ange- trieben wird. Der Unterschied zu den vorstehenden Ausfüh- rungsformen besteht im wesentlichen in den kleineren Abmes- sungen, da für den Steuertrieb deutlich geringere Drehmomente zu übertragen sind und dementsprechend nur kleine Zahnrad- und Hohlraddurchmesser erforderlich sind, die eine unmittel- bare Lagerung aller drehenden Teile auf Wälzlagern ermögli- chen. Grundaufbau und Wirkungsweise der Kupplung 13.1 für den Steuerantrieb entsprechen jedoch denen für den Leistungsab- trieb anhand der Ausführungsbeispiele beschriebenen Kupplun- gen