VCR - Gelenkwellenabtrieb

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor wie auch einen Antriebs- Strang, vorzugsweise beides für ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein straßengeführtes Kraftfahrzeug. Der Verbrennungsmotor ist bevorzugt eine Mehrzylinder- Verbrennungskraftmaschine, insbesondere ein 3-, 4-, 5- oder 6-Zylinder-Motor.

Ziel der Erfindung ist es, den Achsversatz der Kurbelwelle zur Getriebeeingangswelle bei VCR Motoren mit exzentrischer Kurbelwellenlagerung auszugleichen.

Im Stand der Technik zur exzentrischen Kurbelwellenverlagerung werden entweder Parallelkurbelgetriebe oder eine Stirnrad-Holrad-Getriebestufe als Möglichkeiten des Ausgleiches vorgeschlagen.

Nachteilig bei beiden Varianten ist die Tatsache, dass in allen Exzenterstellungen Gleitbzw. Wälzbewegungen im Ausgleichsgetriebe herrschen, was zu Mehrreibung führt. Weiterhin wird das Ausgleichsgetriebe zwischen Kurbelwelle und Schwungrad, welches zum Teil durch das Ausgleichsgetriebe selbst gebildet wird, eingebaut. Aufgrund der beim Ver- brennungsmotor prinzipbedingt hohen dynamischen Momente am Kurbelwellenflansch wird das Ausgleichsgetriebe hoch belastet und muss entsprechend stark dimensioniert werden.

Aus der GB 173,252 geht des weiteren ein Vorschlag hervor, einen Verbrennungsmotor mit einer hydraulischen Einrichtung zu versehen, mittels der eine Kurbelwelle angehoben wie auch abgesenkt werden kann, um darüber ein zur Verfügung stehendes Kompressionsvolumen in einem Verbrennungsmotor ändern zu können. Allgemein ist dort die Forderung zu entnehmen, dass ein flexibler Antrieb genutzt werden müsse, um die Antriebskraft von der Kurbelwelle auf eine Abtriebswelle übertragen zu können, die mit einem Getriebe in Verbindung steht. Der Motorblock wie auch das Getriebe sollen fest am Fahrzeugrahmen angeordnet sein. Weiteres lässt sich aus dieser Druckschrift nicht entnehmen. Eine konstruktive Umsetzung einer dort vorgeschlagenen hydraulischen Kurbelwellenverteilung ist kompliziert und erfordert einen hohen Aufwand.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die oben genannten Nachteile bei der Umsetzung des obigen Zieles zu vermeiden.

Dieses wird mit einem Verbrennungsmotor vorzugsweise mit den Merkmalen des Anspruchs 1 und mit einem Antriebsstrang mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere Vorteile sind aus den Unteransprüchen wie auch aus der nachfolgenden Beschreibung zu entnehmen. Einzelne Merkmale aus einzelnen Ausgestaltungen können mit anderen Merkmalen aus anderen Ausgestaltungen hierbei zu Weiterbildungen der Erfindung verknüpft werden.

Es wird folgendes vorgeschlagen, wobei die Bezugszeichen sich auf nachfolgende Figuren beziehen, ohne dass aber hierdurch diese Merkmale beschränkend ausgelegt wer- den:

Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis, mit: - einer Kurbelwelle (1), die schwenkbar (2) gelagert ist; einem Schwungrad (3), das an der Kurbelwelle (1) befestigt ist; - einer Verbindungswelle (10, 26, 27, 28), die zwischen der Kurbelwelle (1) und einer Getriebeeingangswelle (23) eines Schaltgetriebes angeordnet ist.

Weitere Vorschläge sehen die folgenden Ausgestaltungen vor:

Verbrennungsmotor, wobei die Verbindungswelle wenigstens eine Gelenkwelle (10, 26, 27, 28) und/oder biegsame Welle aufweist. Eine biegsame Welle wird bevorzugt für einen Transaxle-Antrieb eingesetzt, bei dem der Verbrennungsmotor vorne und das Getriebe kurz vor der Antriebsachse hinten eingebaut ist.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass die Gelenkwelle zumindest teilweise fettgeschmiert ist. Bevorzugt ist eine Verbindung zwischen Gelenkwelle einerseits und Kurbelwelle und/oder Getriebeeingangswelle andererseits fettgeschmiert. Hierzu kann eine jeweilige Kapselung der

Verbrennungsmotor, wobei die Gelenkwelle einen ersten Wellenstumpf (10), der mit der Kurbelwelle (1) verbunden ist, und einen zweiten Wellenstumpf (26) aufweist, der mit der Getriebeeingangswelle (23) verbunden werden kann.

Verbrennungsmotor, wobei das Schwungrad (3) zwischen der Kurbelwelle (1) und der Verbindungswelle (10, 26, 27, 28), bevorzugt dem ersten Wellenstumpf (10), angeordnet

ist.

Verbrennungsmotor, wobei die Gelenkwelle (10, 26, 27, 28) wenigstens zwei Gelenke (10, 28; 26, 28) aufweist.

Verbrennungsmotor, wobei zwischen jeweils zwei benachbarten Gelenken (10, 28; 26, 28) eine Zwischenwelle (27) angeordnet ist.

Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle (1) und/oder die Verbindungswelle (10, 26, 27, 28) wenigstens ein Verschiebegelenk aufweist.

Verbrennungsmotor, wobei die Gelenke wenigstens ein Kreuzgelenk (28) und/oder wenigstens ein Gleichlaufgelenk und/oder wenigstens ein Kugelgelenk und/oder wenigs- tens ein Tripoidgelenk und/oder wenigstens eine Bogenzahnkupplung umfassen.

Verbrennungsmotor, wobei die Kurbelwelle (1) in einer bestimmten Schwenklage mit der Getriebeeingangswelle (23) fluchtet.

Verbrennungsmotor, wobei die bestimmte Schwenklage einem vorbestimmbaren Verdichtungsverhältnis entspricht, das im Betrieb des Verbrennungsmotors am meisten ver- wendet wird. Hierzu kann beispielsweise eine statistische Auswertung über das Fahrverhalten des jeweiligen Nutzer des Fahrzeugs erfolgen.

Verbrennungsmotor, wobei die bestimmte Schwenklage dem maximalen Verdichtungsverhältnis entspricht.

Antriebsstrang für ein Kraftfahrzeug, mit: - einem Verbrennungsmotor (1) nach einem der vorhergehenden Vorschläge; - einem Schaltgetriebe, das eine Getriebeeingangswelle (23) aufweist; wobei: die Verbindungswelle (10, 26, 27, 28) zwischen der Kurbelwelle (1) und der Getriebeeingangswelle (23) angeordnet ist.

Antriebsstrang, wobei die Getriebeeingangswelle (23) durch ein zusätzliches Lager gestützt ist.

Eine weitere Ausgestaltung sieht vor, dass zum Beispiel eine Fluchtung zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle vorliegt, wenn das Verdichtungsverhältnis Epsilon ma-

ximal ist, insbesondere bevorzugt dann eine Fluchtung vorliegt, wenn das Verdichtungsverhältnis in einem Bereich von 70% bis 100% von Epsilon max liegt.

Mit den oben vorgeschlagenen Ausführungen lässt sich beispielsweise eine Mehrreibung in verbrauchsrelevanten Motorbetriebspunkten vermeiden, wobei nur geringe Mehrreibung in den übrigen Punkten entstehen. Dieses ist mit einem geringen Bauaufwand und niedrigen Herstellungs- und Montagekosten möglich.

Eine Ausgestaltung sieht folgendes vor: das Schwungrad bleibt fest mit der Kurbelwelle verschraubt und schwenkt dadurch mit. Zwischen Kurbelwelle und Getriebeeingangswelle wird eine Gelenkwelle eingesetzt.

Wird vorgesehen, dass das Schwungrad und die Kurbelwelle fest verschraubt sind, wird die Gelenkwelle vorzugsweise nur in der gleichen Größenordnung wie das Wechselge- triebe belastet.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn Motor und Getriebe derart zueinander ausgerichtet werden, dass die Kurbelwelle und die Getriebeeingangswelle dann in einer Flucht liegen, wenn eine Exzenterstellung eingestellt ist, die vorzugsweise mit einer Verdichtungsein- Stellung korrespondiert, die wiederum besonders häufig angefahren wird. Derartiges kann beispielsweise durch Auswertung von Testzyklen erfolgen wie auch im normalen Betrieb eines Fahrzeugs durch eine Auswertung des Fahrverhaltens eines Nutzers des Fahrzeugs. So kann der Nutzer selektiv erkannt und eine entsprechende Auswertung der Fahrweise ausgeführt werden. Aus Motorversuchen ist beispielsweise bekannt, dass z.B. im Neuen Europäischen Fahrzyklus (NEFZ) fast die ganze Zeit mit der Maximalverdichtung gefahren werden kann. Liegen Kurbelwelle und Getriebewelle in einer Flucht, so läuft die Gelenkwelle starr um, und es entstehen keine Gleit- oder Wälzbewegungen, es herrscht also vollkommene Reibungsneutralität.

Wird eine biegsame Welle genutzt, so ist diese biegeweich aber torsionssteif. Die biegeweiche Welle ist gegenüber Drehmomenten um die Längsachse der Welle im wesentlichen drehsteif ausgebildet, ist aber durch eine Kraft, die in Richtung der resultierenden Zentrifugalkraft liegt, verformbar. Durch die biegeweiche Welle wird somit eine ungestörtere Auslenkung bei einer Drehung der Welle ermöglicht. Die Welle wird darüber hinaus vorzugsweise symmetrisch gelagert und verformt sich bei einer Drehung auch symmetrisch zur Lagerstelle, so dass ein Lagerkippen vermieden werden kann. Im Ergebnis kann durch Vorsehen der biegeweichen Welle eine Biegelinie der Welle gezielt beeinflusst wer-

den. Um ein Verkanten der Lager zu vermeiden, kann eine Balligkeit der Lageroberflächen vorgesehen werden. Eine biegsame Welle wird bevorzugt bei einem Transaxle- Antrieb vorgesehen.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen werden anhand der nachfolgenden Zeichnungen näher erläutert. Die dort jeweils beschriebenen oder dargestellten Merkmale sind jedoch nicht auf die jeweilige Ausgestaltung beschränkt. Vielmehr können ein oder mehrere Merkmale aus verschiedenen Ausgestaltungen, auch aus der obigen Beschreibung, im Rahmen der Erfindung zu weiteren Ausgestaltungen verbunden werden. Die aus den Zeichnungen hervorgehenden Merkmale sind im übrigen nicht beschränkend sondern erläuternd auszulegen. Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen näher erläutert:

Fig. 1 : zeigt einen Längsschnitt durch einen Motor-Getriebeverbund, der letzte Kurbelwel- lenexzenter ist dargestellt, von einer Kurbelwelle nur das Ende;

Fig. 2: zeigt das Kurbelwellenende, die Gelenkwelle sowie die Getriebeeingangswelle;

Fig. 3: ist eine Frontansicht eines Getriebes mit letztem Exzenter;

Fig. 4: zeigt einen Ausrückmechanismus;

Fig. 5: zeigt einen Längsschnitt durch einen Motor ohne Getriebe;

Fig. 6: zeigt den Querschnitt durch einen Ausrücklagermechanismus.

Im folgenden wird anhand der Figuren eine Ausgestaltung näher dargestellt, die exemplarisch, nicht aber beschränkend ist.

Das Schwungrad 3 und die Kurbelwelle 1 sind kraftschlüssig mittels Schrauben 7 verbunden. Die Kurbelwelle ist gemäß dieser Ausgestaltung in Exzentern 2 gelagert, die üblicherweise geteilt ausgeführt werden. Es können aber auch ungeteilte Exzenter eingesetzt werden. Die Gelenkwellenverbindung kann durch verschiedene Maschinenelemente dargestellt werden:

- Kreuzgelenke (Kardangelenke)

- Gleichlaufgelenke (homokinetische Gelenke)

- Tripoidgelenke

- Bogenzahnkupplungen

Da die zu verbindenden Wellen achsparallel sind, besteht die Gelenkwelle bevorzugt aus zwei Gelenken. Eine andere Ausgestaltung sieht vor, dass drei oder vier Gelenke zum Einsatz gelangen, insbesondere bei einer nichtvorhandenen Achsparallelität.

Vorzugsweise wird das vordere Gelenk 10 über die beiden Lager 8 und 9 statisch bestimmt in der Kurbelwelle gelagert. Das hintere Gelenk 26 wird über die beiden Lager 24 und 25 statisch bestimmt am Getriebe gelagert. Vorteilhaft ist es, die Getriebeeingangswelle 23 zu lagern und das hintere Gelenk mit der Getriebeeingaswelle zu verbinden. Eine Ausgestaltung sieht vor, dass bei einer Längenänderung der Gelenkwelle unter gebeugtem Lauf ein Ausgleich dadurch ermöglicht werden kann, indem zumindest eines der beiden Gelenke axial verschiebbar ausgeführt wird, beide Gelenke axial verschiebbar sind und/oder in der Zwischenwelle 27 ein Längenausgleich vorgesehen wird.

Die Mitnehmerscheibe 14 wird verschiebbar und drehfest mit dem vorderen Gelenk verbunden, z.B. über eine Keilwellenverbindung. Der Aufbau der Anfahrkupplung kann einer Konstruktion entsprechen, die beispielsweise die folgenden Bauteile und ihre beispielhafte Zusammenkopplung wie dargestellt mitumfasst: Kupplungsträger 12, Druckplatte 13 und Membranfeder 16. Die Besonderheit hier ist, dass die Membranfeder zusammen mit der Kurbelwelle auf der Kreisbahn geschwenkt wird. In der vorgeschlagenen Ausführung wird dazu das Ausrücklager 19 mit einem Ausrückkörper 20 verbunden, wobei der Ausrückkörper eine zur Aufnahmefläche des Ausrücklagers exzentrische Innenfläche 20.1 auf- weist. Der Ausrückträger 22 weist eine exzentrische Außenfläche 22.1 auf. Dabei muss die Exzentrizität der Kurbelwellenexzenter mit der Exzentrizität an der Ausrücklagerführung übereinstimmen. Der Ausrückkörper 20 muss sich leichtgängig auf dem Ausrücklagerträger verdrehen lassen. Dies kann durch eine Lagerung, zum Beispiel ein weiteres Wälzlager oder durch eine entsprechende Materialpaarung aufeinander gleitender Körper- flächen erreicht werden.

Die Verdrehung des Ausrückkörpers wird durch die Membranfeder über das Ausrücklager auf den Ausrückkörper übertragen. Die Schiebemuffe 21 ist hingegen konzentrisch auf dem Ausrücklagerträger gelagert, so dass beispielsweise eine Ausrückgabel konventionell ausgeführt werden kann.

Die Abdichtung am hinteren Exzenter gegenüber dem Block erfolgt durch einen weiteren Simmering 6. Damit eine Simmeringlippe nicht über die Trennfuge des geteilten Exzenters laufen muss, kann nach Zusammenfügen der Exzenterhälften ein geschlossener Ring 4 aufgeschrumpft werden, womit eine sichere Abdichtung sichergestellt ist.