DE102018205404B4 - PISTON ARRANGEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE - Google Patents

PISTON ARRANGEMENT AND INTERNAL COMBUSTION ENGINE Download PDF

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Abstract

Kolbenanordnung (1) für einen internen Verbrennungsmotor, mit:einer eine erste Rotationsachse (A1) definierenden Kurbelwelle (10), wobei die Kurbelwelle (10) einen eine zweite Kurbelachse (A2) definierenden Kurbelabschnitt (11) aufweist, wobei die zweite Kurbelachse (A2) relativ zu der ersten Rotationsachse (A1) versetzt angeordnet ist und sich geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse (A1) erstreckt;einem Kolben (20);einem Kolbenstift (40), welcher an dem Kolben (20) befestigt ist und sich geneigt relativ zu der zweiten Kurbelachse (A2) erstreckt; undeiner Verbindungsstange (30) mit einem ersten Endabschnitt (31), welcher drehbar an dem Kolbenstift (40) gelagert ist, und einem zweiten Endabschnitt (32), welcher drehbar an dem Kurbelabschnitt (11) der Kurbelwelle (10) gelagert ist;wobei der zweite Endabschnitt (32) der Verbindungsstange (30) an dem Kurbelabschnitt (11) entlang der zweiten Kurbelachse (A2) verschiebbar gelagert ist; undwobei der erste Endabschnitt (31) der Verbindungsstange (30) an dem Kolbenstift (40) entlang des Kolbenstifts (40) verschiebbar gelagert ist, wobei sich der Kolbenstift (40) geneigt in Bezug auf die erste Drehachse (A1) und geneigt in Bezug auf die zweite Kurbelachse (A2) erstreckt, und wobei die zweite Kurbelachse (A2) und der Kolbenstift (40) in entgegengesetzten Drehrichtungen in Bezug auf die erste Drehachse (A1) geneigt sind, wobei die Verbindungsstange (30) mittels einer Lagervorrichtung (50) verschiebbar an dem Kurbelabschnitt (11) der Kurbelwelle (10) gelagert ist, wobei die Lagervorrichtung (50) einen an dem Kurbelabschnitt (11) gleitenden Gleitkörper (51), einen mit dem Gleitkörper (51) formschlüssig verbundenen Kopplungskörper (52), der dazu vorgesehen ist, zur Bewegung entlang des Kurbelabschnitts (11) betätigt zu werden, und ein zwischen den Gleitkörper (51) und eine innere Oberfläche (32a) des zweiten Endabschnitts (32) der Verbindungsstange (30) eingesetztes Drehlager (53) aufweist.Piston arrangement (1) for an internal combustion engine, comprising: a crankshaft (10) defining a first axis of rotation (A1), the crankshaft (10) having a crank section (11) defining a second crank axis (A2), the second crank axis (A2 ) is offset relative to the first axis of rotation (A1) and extends inclined relative to the first axis of rotation (A1);a piston (20);a piston pin (40) fixed to the piston (20) and inclined relative extends to the second crank axis (A2); anda connecting rod (30) having a first end portion (31) rotatably supported on the piston pin (40) and a second end portion (32) rotatably supported on the crank portion (11) of the crankshaft (10);wherein the second end portion (32) of the connecting rod (30) is slidably mounted on the crank portion (11) along the second crank axis (A2); andwherein the first end portion (31) of the connecting rod (30) is mounted on the piston pin (40) for displacement along the piston pin (40), the piston pin (40) being inclined with respect to the first axis of rotation (A1) and inclined with respect to the second crank axis (A2) extends, and wherein the second crank axis (A2) and the piston pin (40) are inclined in opposite directions of rotation with respect to the first axis of rotation (A1), the connecting rod (30) being displaceable by means of a bearing device (50). is mounted on the crank section (11) of the crankshaft (10), the bearing device (50) having a sliding body (51) sliding on the crank section (11), a coupling body (52) positively connected to the sliding body (51), which is provided for this purpose is to be actuated for movement along the crank portion (11), and a pivot bearing interposed between the slide body (51) and an inner surface (32a) of the second end portion (32) of the connecting rod (30). (53).

Description

Technisches Gebiet der ErfindungTechnical field of the invention

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für einen internen Verbrennungsmotor und einen internen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Fahrzeug, wie ein Automobil.The present invention relates to a piston assembly for an internal combustion engine and an internal combustion engine, particularly for a vehicle such as an automobile.

Hintergrundbackground

Es ist aus verschiedenen Gründen wünschenswert, den Kraftstoffverbrauch von internen Verbrennungsmotoren zu reduzieren, insbesondere im Automobilsektor. Jedoch erwarten Kunden auch ein gewisses Level an Leistung. Es wurde deshalb versucht, den Wirkungsgrad von internen Verbrennungsmotoren zu verbessern.It is desirable to reduce the fuel consumption of internal combustion engines, particularly in the automotive sector, for a number of reasons. However, customers also expect a certain level of performance. Attempts have therefore been made to improve the efficiency of internal combustion engines.

Eine Möglichkeit, den Wirkungsgrad von internen Verbrennungsmotoren zu verbessern, ist, das Verdichtungsverhältnis des Motors zu erhöhen. Das Verdichtungsverhältnis wird üblicherweise definiert als das Verhältnis des Volumens einer Verbrennungskammer vor der Verdichtung zu dem Volumen der Verbrennungskammer nach der Verdichtung. Das Volumen der Verbrennungskammer wird hierbei durch die Position eines Kolbens innerhalb eines Zylinders bestimmt, wobei der Kolben mittels einer Verbindungsstange an eine Kurbelwelle gekoppelt ist. Eine Vergrößerung des Verdichtungsverhältnisses führt zwar zu gesteigerten Wirkungsgraden des Motors, jedoch neigt der Motor während des Betriebs unter hoher Last zum Klopfen.One way to improve the efficiency of internal combustion engines is to increase the engine's compression ratio. Compression ratio is commonly defined as the ratio of the volume of a combustion chamber before compression to the volume of the combustion chamber after compression. Here, the volume of the combustion chamber is determined by the position of a piston within a cylinder, the piston being coupled to a crankshaft by means of a connecting rod. While increasing the compression ratio results in increased engine efficiencies, the engine is prone to knocking during high load operation.

Zur Reduzierung der Auswirkungen dieser gegensätzlichen Anforderungen an das Verdichtungsverhältnis wurden Motoren mit variablen Verdichtungsverhältnissen vorgeschlagen. Beispielsweise beschreibt die EP 1 496 219 A1 einen Motor mit einer Verbindungsstange, welcher in zwei durch ein Drehgelenk verbundene Abschnitte unterteilt ist, wobei das Drehgelenk mittels einer Steuerstange axial verschiebbar ist, um die effektive Länge der Verbindungsstange flexibel einzustellen. Die WO 2004/ 015 256 A1 beschreibt eine Kolbenanordnung mit einem inneren Kolben, der verschiebbar in einem äußeren Kolben gelagert ist. Weiterhin beschreibt die EP 2 764 229 B1 eine Kolbenanordnung mit einem Kolben, einer Verbindungsstange und einer Einstellvorrichtung, welche einen an den Kolben gekoppelten Kolbenstift und eine Exzenterhülse aufweist, die an den Kolbenstift und die Verbindungsstange gekoppelt ist.To reduce the effects of these conflicting compression ratio requirements, variable compression ratio engines have been proposed. For example, describes the EP 1 496 219 A1 a motor having a connecting rod divided into two sections connected by a pivot, the pivot being axially displaceable by means of a control rod to flexibly adjust the effective length of the connecting rod. WO 2004/015 256 A1 describes a piston arrangement with an inner piston which is slidably mounted in an outer piston. Furthermore describes the EP 2 764 229 B1 a piston assembly having a piston, a connecting rod, and an adjuster having a piston pin coupled to the piston and an eccentric sleeve coupled to the piston pin and the connecting rod.

Die US 2016 / 0 256 915 A1 beschreibt eine R-Theta Vorrichtung.US 2016/0 256 915 A1 describes an R-Theta device.

Die DE 10 2007 017 153 A1 beschreibt einen Hubkolben-Verbrennungsmotor mit einer variablen Verdichtung.the DE 10 2007 017 153 A1 describes a reciprocating internal combustion engine with a variable compression ratio.

Die US 4 240 386 A beschreibt einen Hubmotor.the U.S.A. 4,240,386 describes a lifting motor.

Offenbarung der ErfindungDisclosure of Invention

Es ist eine der Aufgaben der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung bereitzustellen, die eine flexible Anpassung des Verdichtungsverhältnisses eines internen Verbrennungsmotors erlaubt und die einfach aufgebaut ist.It is one of the objects of the present invention to provide an arrangement which allows flexible adjustment of the compression ratio of an internal combustion engine and which is simple in construction.

Diese Aufgabe wird durch eine Kolbenanordnung gemäß Anspruch 1 und durch einen internen Verbrennungsmotor gemäß Anspruch 5 gelöst.This object is achieved by a piston arrangement according to claim 1 and by an internal combustion engine according to claim 5.

Weitere Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche und der folgenden Beschreibung.Further embodiments of the present invention are the subject matter of the dependent claims and the following description.

Ein Aspekt der Erfindung betrifft eine Kolbenanordnung für einen internen Verbrennungsmotor, insbesondere für ein Motorfahrzeug, wie ein Automobil.One aspect of the invention relates to a piston assembly for an internal combustion engine, particularly for a motor vehicle such as an automobile.

Die Kolbenanordnung weist eine Kurbelwelle, einen Kolben, einen Kolbenstift und eine Verbindungsstange auf.The piston assembly includes a crankshaft, a piston, a piston pin, and a connecting rod.

Die Kurbelwelle definiert eine erste Rotationsachse und weist einen eine zweite Kurbelachse definierenden Kurbelabschnitt aufweist, wobei die zweite Kurbelachse relativ zu der ersten Rotationsachse versetzt angeordnet ist. Insbesondere definiert ein Basisabschnitt der Kurbelwelle die erste Rotationsachse, wobei an dem Basisabschnitt ein Drehmoment abgegriffen werden kann, wenn die Kolbenanordnung in einem Motor eingebaut ist. Der Kurbelabschnitt ist zu dem Basisabschnitt radial versetzt, das heißt, senkrecht zu der ersten Rotationsachse. Die zweite Kurbelachse erstreckt sich geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse.The crankshaft defines a first axis of rotation and includes a crank portion defining a second crank axis, the second crank axis being offset relative to the first axis of rotation. In particular, a base section of the crankshaft defines the first axis of rotation, wherein a torque can be tapped off at the base section when the piston arrangement is installed in an engine. The crank portion is radially offset from the base portion, that is, perpendicular to the first axis of rotation. The second crank axis extends inclined relative to the first axis of rotation.

Der Kolben ist dazu vorgesehen, in einem Zylinder geführt zu werden, wenn die Anordnung in einen Motor eingebaut ist. Der Kolbenstift ist an dem Kolben befestigt. Der Kolbenstift kann beispielsweise in einem durch ein Kolbenhemd definierten Innenraum des Kolbens angeordnet sein und kann an dem Kolbenhemd befestigt sein. Die zweite Kurbelachse erstreckt sich geneigt relativ zu dem Kolbenstift. Das heißt, die zweite Kurbelachse erstreckt sich geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse und zu dem Kolbenstift.The piston is intended to be guided in a cylinder when the assembly is installed in an engine. The plunger pin is attached to the plunger. For example, the piston pin may be located in an interior of the piston defined by a piston skirt and may be attached to the piston skirt. The second crank axis extends inclined relative to the piston pin. That is, the second crank axis extends inclined relative to the first axis of rotation and to the piston pin.

Die Verbindungsstange umfasst einen ersten Endabschnitt, welcher drehbar an dem Kolbenstift gelagert ist, und einen zweiten Endabschnitt, welcher drehbar an dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle gelagert ist. Das heißt, die Verbindungsstange koppelt den Kolben an die Kurbelwelle, sodass, wenn die Kolbenanordnung in einem Motor eingebaut ist, eine axiale Bewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle um deren erste Rotationsachse umgewandelt wird. Insbesondere kann die Verbindungsstange an den Kurbelabschnitt der Kurbelwelle und an den Kolbenstift jeweils mittels Lagervorrichtungen gekoppelt sein, wobei die Lagervorrichtungen jeweils eine Rotationsachse definieren, die sich parallel zu der ersten Rotationsachse erstreckt. Insbesondere kann die Verbindungsstange an den Kurbelabschnitt der Kurbelwelle und an den Kolbenstift jeweils mittels Lagervorrichtungen gekoppelt sein, wobei die Lagervorrichtungen jeweils eine Rotationsachse definieren, die sich parallel zur ersten Rotationsachse erstreckt.The connecting rod includes a first end portion rotatably attached to the plunger pin is journaled, and a second end portion rotatably journaled to the crank portion of the crankshaft. That is, the connecting rod couples the piston to the crankshaft such that when the piston assembly is installed in an engine, axial movement of the piston is converted to rotational movement of the crankshaft about its first axis of rotation. In particular, the connecting rod may be coupled to the crank portion of the crankshaft and to the piston pin by means of bearing devices, respectively, with the bearing devices each defining an axis of rotation that extends parallel to the first axis of rotation. In particular, the connecting rod may be coupled to the crank portion of the crankshaft and to the piston pin by means of bearing devices, respectively, with the bearing devices each defining an axis of rotation that extends parallel to the first axis of rotation.

Es ist eine der Ideen der Erfindung, das Verdichtungsverhältnis durch Einstellen eines effektiven Abstands zwischen dem Kolben und dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle zu variieren, indem die Verbindungsstange einfach entlang des Kurbelabschnitts, insbesondere entlang der zweiten Kurbelachse verschoben wird. Deshalb ist der zweite Endabschnitt der Verbindungsstange an dem Kurbelabschnitt entlang der zweiten Kurbelachse verschiebbar gelagert und der erste Endabschnitt der Verbindungsstange ist an dem Kolbenstift entlang des Kolbenstifts verschiebbar gelagert. Das heißt, der zweite Endabschnitt der Verbindungsstange ist gleitend oder verschiebbar entlang der zweiten Kurbelachse an dem Kurbelabschnitt geführt und der erste Endabschnitt der Verbindungsstange ist gleitend oder verschiebbar entlang der Stift-Längsachse an dem Kolbenstift geführt. Wenn der zweite Endabschnitt der Verbindungsstange entlang dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle verschoben wird, wird somit eine Bewegung des ersten Endabschnitts der Verbindungsstange entlang des Stifts veranlasst. Da sich die zweite Kurbelachse geneigt relativ zum Kolbenstift erstreckt, wird der Kolben veranlasst sich zu dem Kurbelabschnitt hin oder von diesem weg zu bewegen.It is one of the ideas of the invention to vary the compression ratio by adjusting an effective distance between the piston and the crank portion of the crankshaft by simply sliding the connecting rod along the crank portion, particularly along the second crank axis. Therefore, the second end portion of the connecting rod is slidably supported on the crank portion along the second crank axis, and the first end portion of the connecting rod is slidably supported on the piston pin along the piston pin. That is, the second end portion of the connecting rod is slidably or slidably guided along the second crank axis on the crank portion and the first end portion of the connecting rod is slidably or slidably guided along the pin longitudinal axis on the piston pin. Thus, when the second end portion of the connecting rod is slid along the crank portion of the crankshaft, the first end portion of the connecting rod is caused to move along the pin. Since the second crank axis extends inclined relative to the piston pin, the piston is caused to move toward or away from the crank portion.

Die erfindungsgemäße Kolbenanordnung erlaubt die Variierung des Verdichtungsverhältnisses eines internen Verbrennungsmotors durch simples Verschieben der Verbindungsstange entlang der Kurbelwelle. Bei der erfindungsgemäßen Kolbenanordnung ist insbesondere die Anzahl der bewegten Teile sehr gering. Insbesondere wird keine komplizierte mechanische Kinematik benötigt. Der einfache Aufbau verbessert die Zuverlässigkeit über die Lebensdauer der Kolbenanordnung. Durch das flexible Anpassen des Verdichtungsverhältnisses wird der thermische Wirkungsgrad bei kleinen Lasten vergrößert, wodurch der Kraftstoffverbrauch eines internen Verbrennungsmotors verringert wird. Weiterhin kann die Klopfneigung bei größeren Lasten deutlich verringert werden.The piston assembly of the present invention allows the compression ratio of an internal combustion engine to be varied by simply sliding the connecting rod along the crankshaft. In the piston arrangement according to the invention, in particular the number of moving parts is very small. In particular, no complicated mechanical kinematics are required. The simple construction improves reliability over the life of the piston assembly. By flexibly adjusting the compression ratio, thermal efficiency is increased at low loads, thereby reducing the fuel consumption of an internal combustion engine. Furthermore, the tendency to knock can be significantly reduced at higher loads.

Gemäß einer Ausführungsform der Kolbenanordnung erstreckt sich der Kolbenstift parallel zur ersten Rotationsachse. Das heißt, eine Stift-Längsachse erstreckt sich parallel zur ersten Rotationsachse. Dadurch wird ein besonders einfacher Aufbau der Kurbelwelle erzielt.According to one embodiment of the piston arrangement, the piston pin extends parallel to the first axis of rotation. That is, a longitudinal axis of the pin extends parallel to the first axis of rotation. A particularly simple construction of the crankshaft is thereby achieved.

Es erstreckt sich der Kolbenstift geneigt in Bezug auf die erste Rotationsachse, wobei die zweite Kurbelachse und der Kolbenstift in entgegengesetzten Drehrichtungen in Bezug auf die erste Drehachse geneigt sind. Gemäß dieser Ausführungsform ist die Stift-Längsachse in Bezug auf die erste Rotationsachse derart geneigt, dass sie sich in Bezug auf die zweite Kurbelachse geneigt in einer entgegengesetzt Drehrichtung erstreckt, insbesondere, wenn sowohl der Kolbenstift als auch die zweite Kurbelachse auf derselben Seite bezüglich der ersten Rotationsachse angeordnet sind. Das bedeutet, ein Abstand zwischen dem Kolbenstift und dem Kurbelabschnitt wird noch größer verglichen mit dem Fall, dass die zweite Kurbelachse sich parallel zur ersten Rotationsachse erstreckt. Somit kann bei gleicher Verschiebung der Verbindungsstange eine noch größere Verschiebung des Kolbens relativ zum Kurbelabschnitt erzielt werden.The piston pin extends inclined with respect to the first axis of rotation, the second crank axis and the piston pin being inclined in opposite directions of rotation with respect to the first axis of rotation. According to this embodiment, the longitudinal pin axis is inclined with respect to the first axis of rotation such that it extends inclined in an opposite rotational direction with respect to the second crank axis, particularly when both the piston pin and the second crank axis are on the same side with respect to the first Axis of rotation are arranged. That is, a distance between the piston pin and the crank portion becomes even larger compared to the case where the second crank axis extends parallel to the first rotation axis. Thus, with the same displacement of the connecting rod, an even larger displacement of the piston relative to the crank section can be achieved.

Gemäß einer Ausführungsform beträgt ein Winkel zwischen der zweiten Kurbelachse und dem Kolbenstift, insbesondere der Stift-Längsachse, zwischen 5 Grad und 30 Grad.According to one embodiment, an angle between the second crank axis and the piston pin, in particular the longitudinal axis of the pin, is between 5 degrees and 30 degrees.

Es ist die Verbindungsstange mittels einer Lagervorrichtung verschiebbar an dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle gelagert, wobei die Lagervorrichtung einen an dem Kurbelabschnitt gleitenden Gleitkörper, einen mit dem Gleitkörper formschlüssig verbundenen Kopplungskörper, der dazu vorgesehen ist, zur Bewegung entlang des Kurbelabschnitts betätigt zu werden, und ein zwischen den Gleitkörper und eine innere Oberfläche des zweiten Endabschnitts der Verbindungsstange eingesetztes Drehlager aufweist. Das Drehlager bildet somit eine drehbare Verbindung zwischen dem zweiten Endabschnitt der Verbindungsstange und dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle und der Gleitkörper sorgt für eine axiale Führung. Insbesondere definiert das Drehlager eine zu der ersten Rotationsachse parallele zweite Rotationsachse und ermöglicht eine Drehbewegung des zweiten Endabschnitts der Verbindungsstange relativ zu dem Gleitkörper. Der Gleitkörper ist bezüglich einer Drehbewegung um die zweite Kurbelachse ortsfest, jedoch entlang der zweiten Kurbelachse bewegbar. Die Lagervorrichtung weist vorteilhaft einen sehr einfachen Aufbau auf.The connecting rod is movably mounted on the crank section of the crankshaft by means of a bearing device, the bearing device having a sliding body which slides on the crank section, a coupling body which is positively connected to the sliding body and is intended to be actuated for movement along the crank section, and an intermediate pivot bearing inserted between the sliding body and an inner surface of the second end portion of the connecting rod. The pivot bearing thus forms a rotatable connection between the second end section of the connecting rod and the crank section of the crankshaft, and the sliding body provides axial guidance. In particular, the pivot bearing defines a second axis of rotation parallel to the first axis of rotation and allows for rotational movement of the second end portion of the connecting rod relative to the slider. The sliding body is stationary with respect to rotational movement about the second crank axis, but is movable along the second crank axis. The storage device advantageously has a very simple structure.

Gemäß einer Ausführungsform weist der Kurbelabschnitt der Kurbelwelle eine Ausnehmung auf, welche durch den Gleitkörper der Lagervorrichtung zur Ausbildung einer geschlossenen Druckkammer abgedeckt ist, wobei der Kopplungskörper die Druckkammer in einen ersten Kammerabschnitt und einen zweiten Kammerabschnitt unterteilt, und wobei die Kurbelwelle einen Fluidkanal aufweist, welcher in dem ersten oder dem zweiten Kammerabschnitt endet. Gemäß dieser Ausführungsform wird eine Betätigungsstruktur oder ein Betätigungssystem zum Bewegen des Kopplungskörpers entlang der Kurbelwelle als hydraulisches System realisiert. Der Kopplungskörper ist in der Druckkammer, die durch eine sich entlang der zweiten Kurbelachse erstreckende Vertiefung einer äußeren Umfangsfläche des Kurbelabschnitt ausgebildet ist, geführt. Der Kopplungskörper kann verschoben werden, indem ein Hydraulikfluid, wie z.B. Öl, in einen der Kammerabschnitte eingeführt wird, wodurch das Volumen des entsprechenden Kammerabschnitts vergrößert wird. Optional kann ein zweiter Fluidkanal vorgesehen sein, der in dem jeweils anderen Kammerabschnitt endet. Einer der Vorteile dieser Betätigungsstruktur gemäß dieser Ausführungsform liegt darin, dass diese auf einfache Weise in existierende Designs von internen Verbrennungsmotoren integrierbar ist, da Hydraulikkreisläufe typischerweise bereits vorgesehen sind, beispielsweise zur Schmierung, Kühlung oder Betätigung von Motorkomponenten.According to one embodiment, the crank section of the crankshaft has a recess which is covered by the sliding body of the bearing device to form a closed pressure chamber, the coupling body dividing the pressure chamber into a first chamber section and a second chamber section, and the crankshaft having a fluid channel which ending in the first or the second chamber section. According to this embodiment, an actuation structure or an actuation system for moving the coupling body along the crankshaft is realized as a hydraulic system. The coupling body is guided in the pressure chamber formed by a recess of an outer peripheral surface of the crank portion extending along the second crank axis. The coupling body can be displaced by introducing a hydraulic fluid such as oil into one of the chamber portions, thereby increasing the volume of the corresponding chamber portion. Optionally, a second fluid channel can be provided, which ends in the respective other chamber section. One of the advantages of this actuation structure according to this embodiment is that it can be easily integrated into existing internal combustion engine designs, since hydraulic circuits are typically already provided, for example for lubricating, cooling or actuating engine components.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist beabstandet zu dem Kopplungskörper eine Spule an der Kurbelwelle angeordnet, und wobei der Kopplungskörper ein magnetisierbares oder magnetisches Material aufweist. Das heißt, gemäß dieser Ausführungsform ist ein elektrisches Betätigungssystem zum Bewegen des Kopplungskörpers entlang der Kurbelwelle vorgesehen. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spule wird ein Magnetfeld erzeugt, das das magnetisierbare Material des Kopplungskörpers magnetisiert und diesen dadurch veranlasst, sich in Richtung der Spule zu bewegen. Optional kann der Kopplungskörper auch als Permanentmagnet realisiert sein. Abhängig von der Polung der an die Spule angelegten elektrischen Spannung kann die Bewegungsrichtung des Kopplungskörpers auf einfache Weise variierte werden. Diese Lösung bietet den Vorteil, dass sie auf einfache Weise nachgerüstet oder ausgetauscht werden kann.According to a further embodiment, a coil is arranged on the crankshaft at a distance from the coupling body, and the coupling body has a magnetizable or magnetic material. That is, according to this embodiment, an electric actuation system for moving the coupling body along the crankshaft is provided. By applying an electrical voltage to the coil, a magnetic field is generated, which magnetizes the magnetizable material of the coupling body and causes it to move in the direction of the coil. Optionally, the coupling body can also be implemented as a permanent magnet. Depending on the polarity of the electrical voltage applied to the coil, the direction of movement of the coupling body can be varied in a simple manner. The advantage of this solution is that it can be easily retrofitted or replaced.

Gemäß einer Ausführungsform spannt eine Vorspanneinrichtung die Lagervorrichtung in eine Ausgangsposition entlang dem Kurbelabschnitt vorspannt. Eine Ausgangsposition entspricht einer Position des zweiten Endabschnitts der Verbindungsstange an dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle, in welcher die Verbindungsstange einen vorbestimmten Abstand, beispielsweise einen maximal möglichen Abstand, zwischen dem Kurbelabschnitt und dem Kolben einstellt. Die Ausgangsposition kann physisch beispielsweise durch einen an dem Kurbelabschnitt ausgebildeten Anschlag definiert sein. Weiterhin kann die Ausgangsposition durch ein spezifisches Volumen an Hydraulikfluid in einem der Kammerabschnitte der optionalen Hydraulikkammer oder durch eine bestimmte magnetische Kraft, die durch die optionale Spule erzeugt wird, definiert sein. Die Vorspanneinrichtung ist dazu ausgelegt, die Lagervorrichtung mit einer Kraft entlang der zweiten Kurbelachse zu beaufschlagen. Beispielsweise kann die Vorspanneinrichtung durch ein elastisches Teil, wie eine Feder, realisiert sein. Das Vorsehen einer Vorspanneinrichtung bietet den Vorteil, dass der Lagerabschnitt und damit auch die Verbindungsstange zuverlässig in die Ausgangsposition zurückbewegt werden, wenn eine Stellkraft, durch welche die Verbindungsstange positioniert wird ungewollt wegfällt, beispielsweise bei einem ungewollten Ausfall der optionalen Spule oder eines hydraulischen Drucks in der optionalen Hydraulikkammer.According to one embodiment, a biasing means biases the bearing assembly to a home position along the crank portion. A starting position corresponds to a position of the second end portion of the connecting rod on the crank portion of the crankshaft, in which the connecting rod sets a predetermined distance, for example a maximum possible distance, between the crank portion and the piston. The home position may be physically defined, for example, by a stop formed on the crank portion. Furthermore, the home position may be defined by a specific volume of hydraulic fluid in one of the chamber portions of the optional hydraulic chamber or by a specific magnetic force generated by the optional spool. The biasing device is designed to apply a force to the bearing device along the second crank axis. For example, the prestressing device can be realized by an elastic part, such as a spring. The provision of a pretensioning device offers the advantage that the bearing section and thus also the connecting rod are reliably moved back into the starting position if an actuating force by which the connecting rod is positioned is unintentionally lost, for example in the event of an unintentional failure of the optional coil or a hydraulic pressure in the optional hydraulic chamber.

Gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein interner Verbrennungsmotor mit einem Zylinder und einer Kolbenanordnung gemäß einer der voranstehend beschriebenen Ausführungsformen vorgesehen.According to another aspect of the present invention, there is provided an internal combustion engine having a cylinder and a piston assembly according to any of the embodiments described above.

Der Zylinder umfasst ein eine Hubachse definierendes Zylindergehäuse und einen Zylinderkopf, der an einem ersten Ende des Zylindergehäuses angeordnet ist. Die Kurbelwelle ist drehbar um deren erste Rotationsachse gelagert, beispielsweise an einer Lagerstruktur, wie einem Motorblock. Der Kolben ist in dem Zylindergehäuse entlang der Hubachse zwischen einem oberen Totpunkt, OT, und einem unteren Totpunkt, UT, geführt.The cylinder includes a cylinder body defining a stroke axis and a cylinder head disposed at a first end of the cylinder body. The crankshaft is rotatably mounted about its first axis of rotation, for example on a bearing structure such as an engine block. The piston is guided in the cylinder housing along the stroke axis between a top dead center, OT, and a bottom dead center, UT.

Allgemein definieren der Kolben und der Zylinder eine Verbrennungskammer. Im OT ist der Kolben in einem ersten Abstand zum Zylinderkopf angeordnet. Im UT ist der Kolben in einem zweiten Abstand zum Zylinderkopf angeordnet, wobei der zweite Abstand größer als der erste Abstand ist. Der Kolben und der Zylinder definieren im OT des Kolbens ein erstes Volumen und im UT des Kolbens ein zweites Volumen, das größer als das erste Volumen ist. Ein Verdichtungsverhältnis kann durch das Verhältnis zwischen dem ersten Volumen und dem zweiten Volumen definiert sein. Dieses Verdichtungsverhältnis kann auf einfache Weise durch Einstellen der Position der Verbindungsstange an dem Kurbelabschnitt der Kurbelwelle eingestellt werden.In general, the piston and cylinder define a combustion chamber. At TDC, the piston is arranged at a first distance from the cylinder head. At BDC, the piston is spaced a second distance from the cylinder head, the second distance being greater than the first distance. The piston and cylinder define a first volume at piston TDC and a second volume at piston BDC that is greater than the first volume. A compression ratio may be defined by the ratio between the first volume and the second volume. This compression ratio can be easily adjusted by adjusting the position of the connecting rod on the crank portion of the crankshaft.

Gemäß einer Ausführungsform des internen Verbrennungsmotors ist eine Steuerungsvorrichtung vorgesehen, wobei die Steuerungsvorrichtung dazu eingerichtet ist, die Position der Kontrollstange an der zweiten Kurbelachse während der Bewegung des Kolbens zwischen dem OT und dem UT mittels eines Aktuators zu steuern, wobei der Aktuator die Verbindungsstange zu einer Verschiebung zwischen einer Ausgangsposition im UT in eine Stellposition im OT veranlasst. Das erste Signal kann beispielsweise ein Kurbelwellenwinkel der Kurbelwelle sein. Der Aktuator kann beispielsweise durch die optionale Spule ausgebildet sein.According to an embodiment of the internal combustion engine, a control device is provided, wherein the control device is configured to indicate the position of the control rod of the second crank axis during the movement of the piston between TDC and BDC by means of an actuator, the actuator causing the connecting rod to be displaced between an initial position at BDC and a setting position at TDC. The first signal can be a crankshaft angle of the crankshaft, for example. The actuator can be formed by the optional coil, for example.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform hängt ein Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Stellposition optional von einem zweiten Eingangssignal S2 ab. Das zweite Signal kann zum Beispiel eine Lastanforderung an die Kurbelwelle, eine Position einer Verbrennungsluftklappe, welche das Luft-Kraftstoff-Verhältnis eines Luft-Kraftstoff-Gemischs für den Motor bestimmt, oder eine andere einen Lastzustand des Verbrennungsmotor charakterisierende Zustandsvariable des Motors sein.According to a further embodiment, a distance between the starting position and the setting position optionally depends on a second input signal S2. The second signal can be, for example, a load requirement on the crankshaft, a position of a combustion air flap that determines the air/fuel ratio of an air/fuel mixture for the engine, or another state variable of the engine characterizing a load state of the internal combustion engine.

Die hierin beschriebenen Merkmale für die Vorrichtung sind auch für das Verfahren offenbart und umgekehrt. The features described herein for the device are also disclosed for the method and vice versa.

Figurenlistecharacter list

Für ein vollständigeres Verständnis der vorliegenden Erfindung und der mit dieser verbundenen Vorteile wird nun auf die nachfolgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen Bezug genommen. Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf Ausführungsbeispiele, die in den schematischen Figuren der Zeichnungen spezifiziert sind, näher erläutert:

  • 1 zeigt eine schematische Schnittansicht eines internen Verbrennungsmotors gemäß einem Vergleichsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 2 zeigt eine Detail-Schnittansicht des in 1 durch den Buchstaben Z gekennzeichneten Bereichs;
  • 3 zeigt eine vereinfachte, schematische Ansicht einer Kurbelwelle einer Kolbenanordnung gemäß einem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 4 zeigt eine vereinfachte, schematische Ansicht einer Kurbelwelle einer Kolbenanordnung gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung;
  • 5 zeigt eine schematische Schnittansicht eines internen Verbrennungsmotors gemäß einem weiteren Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung; und
  • 6 zeigt ein Diagramm eines thermischen Wirkungsgrads eines internen Verbrennungsmotors abhängig von einem geometrischen Verdichtungsverhältnis des Motors für verschiedene Luft-Kraftstoff-Verhältnisse.
For a more complete understanding of the present invention and the advantages thereof, reference is now made to the following description taken in connection with the accompanying drawings. The invention is explained in more detail below with reference to exemplary embodiments that are specified in the schematic figures of the drawings:
  • 1 Fig. 12 is a schematic sectional view of an internal combustion engine according to a comparative example of the present invention;
  • 2 shows a detailed sectional view of the in 1 area indicated by the letter Z;
  • 3 12 shows a simplified, schematic view of a crankshaft of a piston assembly according to an embodiment of the present invention;
  • 4 shows a simplified, schematic view of a crankshaft of a piston assembly according to another embodiment of the present invention;
  • 5 12 is a schematic sectional view of an internal combustion engine according to another embodiment of the present invention; and
  • 6 Figure 12 shows a graph of thermal efficiency of an internal combustion engine versus a geometric compression ratio of the engine for various air-fuel ratios.

In den Figuren bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.In the figures, the same reference numbers designate the same components unless otherwise indicated.

Detaillierte Beschreibung von AusführungsbeispielenDetailed description of exemplary embodiments

1 zeigt beispielhaft einen internen Verbrennungsmotor 2 mit einem Zylinder 120 und einer Kolbenanordnung 1. 1 shows an example of an internal combustion engine 2 with a cylinder 120 and a piston arrangement 1.

Der Zylinder 120 weist ein Zylindergehäuse 121 und einen Zylinderkopf 122 auf. Wie in 1 gezeigt ist, weist das Zylindergehäuse 121 eine innere Oberfläche 121a auf, die sich zylindrisch erstreckt und dadurch eine Hubachse A121 definiert, die gleichzeitig eine Zylinderachse bildet. An einem unteren Endanschnitt 121A des Zylindergehäuses 121 definiert die innere Oberfläche 121a eine erste Öffnung. An einem oberen Endanschnitt 121B des Zylindergehäuses 121, welches entgegengesetzt zu dem unteren Endabschnitt 121A liegt, definiert die innere Oberfläche 121a eine zweite Öffnung.The cylinder 120 has a cylinder housing 121 and a cylinder head 122 . As in 1 As shown, the cylinder housing 121 has an inner surface 121a which extends cylindrically and thereby defines a stroke axis A121 which is also a cylinder axis. At a lower end portion 121A of the cylinder housing 121, the inner surface 121a defines a first opening. At an upper end portion 121B of the cylinder housing 121, which is opposite to the lower end portion 121A, the inner surface 121a defines a second opening.

Der Zylinderkopf 122 ist am oberen Endabschnitt 121B des Zylindergehäuses 121 angeordnet und deckt die zweite Öffnung ab. Der Zylinderkopf 122 kann Öffnungen zum Führen von Ventilen (nicht gezeigt), Kühlkanäle (nicht gezeigt) und ähnliche Strukturen aufweisen.The cylinder head 122 is arranged at the upper end portion 121B of the cylinder housing 121 and covers the second opening. The cylinder head 122 may include ports for routing valves (not shown), cooling passages (not shown), and similar structures.

Wie in 1 weiter gezeigt ist, weist die Kolbenanordnung 1 eine Kurbelwelle 10, einen Kolben 20, eine Verbindungsstange 30 und einen Kolbenstift 40 auf.As in 1 As further shown, the piston assembly 1 includes a crankshaft 10, a piston 20, a connecting rod 30 and a piston pin 40. FIG.

Die Kurbelwelle 10 weist einen Basisabschnitt 12, der eine erste Rotationsachse A1 definiert, und einen Kurbelabschnitt 11 auf, der eine Kurbelachse A2 definiert. Der Kurbelabschnitt 11 ist relative zu dem Basisabschnitt 12 versetzt, sodass der Kurbelabschnitt 11 um den Basisabschnitt 12 rotierbar ist, wenn der Basisabschnitt 12 drehbar um die erste Rotationsachse A1 gelagert ist. Sowohl der Basisabschnitt 12 als auch der Kurbelabschnitt 11 können einen kreisförmigen Querschnitt (nicht gezeigt) aufweisen. Wie in 1 dargestellt, können der Basisabschnitt 12 und der Kurbelabschnitt 11 miteinander durch einen Kopplungsabschnitt 13 verbunden sein, der sich quer zu dem Basisabschnitt 12, insbesondere quer zur ersten Rotationsachse A1 erstreckt. Wie in 1 beispielhaft dargestellt ist, kann der Kopplungsabschnitt 13 als ein scheiben- oder plattenförmiges Teil realisiert sein, wobei der Basisabschnitt 12 in einem zentralen Bereich des Kopplungsabschnitts 13 befestigt ist, und wobei der Kurbelabschnitt 11 in einem Randbereich des Kopplungsabschnitts 13 befestigt ist. Wie in 1 gezeigt ist, erstreckt sich die zweite Kurbelachse A2 geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse A1. Eine zweite Rotationsachse R2, die sich parallel zu der ersten Rotationsachse A1 erstreckt, wird durch eine optionale Lagervorrichtung 50 definiert, wie nachfolgend noch im Detail anhand der 5 erläutert wird.The crankshaft 10 has a base portion 12 defining a first axis of rotation A1 and a crank portion 11 defining a crank axis A2. The crank portion 11 is offset relative to the base portion 12 such that the crank portion 11 is rotatable about the base portion 12 when the base portion 12 is rotatably supported about the first rotation axis A1. Both the base portion 12 and the crank portion 11 may have a circular cross-section (not shown). As in 1 shown, the base section 12 and the crank section 11 can be connected to one another by a coupling section 13 which extends transversely to the base section 12, in particular transversely to the first axis of rotation A1. As in 1 is shown as an example, the coupling portion 13 can be realized as a disk- or plate-shaped part, wherein the base portion 12 is fixed in a central portion of the coupling portion 13, and wherein the crank portion 11 in an edge portion of the Kopp ment section 13 is attached. As in 1 As shown, the second crank axis A2 extends inclined relative to the first rotation axis A1. A second axis of rotation R2, which extends parallel to the first axis of rotation A1, is defined by an optional bearing device 50, as described in detail below with reference to FIG 5 is explained.

Der Kolben 20 kann ein Kolbenhemd 21 und eine Kolbenkrone 22 aufweisen. Das Kolbenhemd 21 weist eine innere Oberfläche 21a auf, welche einen Innenraum 121 des Kolbens 20 und weiterhin an entgegengesetzten Enden des Kolbenhemds 21 gelegene Öffnungen des Kolbenhemds 21 definiert. Das Kolbenhemd 21 weist ferner eine äußere Oberfläche 21b auf, welche einen optional zylindrischen Umfang des Kolbens 20 definiert. Die Kolbenkrone 22 ist an einem Endabschnitt des Kolbenhemds 21 befestigt und deckt eine der Öffnungen des Kolbenhemds 22 ab.The piston 20 may include a piston skirt 21 and a piston crown 22 . The piston skirt 21 has an inner surface 21a which defines an interior space 121 of the piston 20 and further defines piston skirt 21 openings located at opposite ends of the piston skirt 21 . The piston skirt 21 also has an outer surface 21b which defines an optionally cylindrical periphery of the piston 20 . The piston crown 22 is fixed to an end portion of the piston skirt 21 and covers one of the openings of the piston skirt 22 .

Wie in 1 dargestellt, ist der Kolbenstift 40 als ein sich länglich erstreckendes Teil realisiert, das eine durch eine äußere Oberfläche des Stifts 40 definierte Stift-Längsachse A40 aufweist.As in 1 As shown, the plunger pin 40 is implemented as an elongate member having a pin longitudinal axis A40 defined by an outer surface of the pin 40 .

Die Verbindungsstange 30 ist als ein sich länglich erstreckendes Teil realisiert, das einen ersten Endabschnitt 31 und einen zweiten Endabschnitt 32 aufweist, wobei der erste und der zweite Endabschnitt 31, 32 jeweils an entgegengesetzten Enden eines sich länglich erstreckenden Hebelabschnitts 33 der Verbindungsstange 30 angeordnet sind. Wie dies in 1 für den ersten Endabschnitt 31 und in 2 für den zweiten Endabschnitt 32 gezeigt ist, können der erste und der zweite Endabschnitt 31, 32 der Verbindungsstange 30 jeweils eine Durchgangsöffnung aufweisen. Das heißt, der erste und der zweite Endabschnitt 31, 32 bilden jeweils vorzugsweise eine Hülse aus.The connecting rod 30 is implemented as an elongate member having a first end portion 31 and a second end portion 32, the first and second end portions 31, 32 being located at opposite ends of an elongate lever portion 33 of the connecting rod 30, respectively. Like this in 1 for the first end portion 31 and in 2 is shown for the second end portion 32, the first and the second end portion 31, 32 of the connecting rod 30 may each have a through hole. That is, the first and second end portions 31, 32 each preferably form a sleeve.

Wie in 1 gezeigt ist, ist der Kolbenstift 40 an dem Kolben 20 befestigt, insbesondere kann der Kolbenstift 40 an dem Kolbenhemd 21 befestigt sein und sich innerhalb des Innenraums 121 des Kolbens 20 erstrecken. Wie in 1 weiter schematisch gezeigt ist, erstreckt sich der Kolbenstift 40 quer relativ zu einer Kolbenachse, die durch die äußere Oberfläche 21b des Kolbenhemds 21 definiert ist. Wie in 1 gezeigt ist, kann sich der Kolbenstift 40 insbesondere parallel zur ersten Rotationsachse A1 erstrecken. In diesen Fall entspricht die Stift-Längsachse A40 einer Stift-Rotationsachse R40. Es erstreckt sich nach der Erfindung der Kolbenstift 40 geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse A1, wie dies in 5 gezeigt ist. In diesen Fall ist die Stift-Rotationsachse R40 durch eine Stift-Lagervorrichtung 70 derart definiert, dass sie sich parallel zu der ersten Rotationsachse A1 erstreckt, wie nachfolgend noch im Detail erläutert wird.As in 1 As shown, the piston pin 40 is attached to the piston 20, specifically, the piston pin 40 may be attached to the piston skirt 21 and extend within the interior space 121 of the piston 20. As in 1 As shown further schematically, the piston pin 40 extends transversely relative to a piston axis defined by the outer surface 21b of the piston skirt 21 . As in 1 is shown, the piston pin 40 can in particular extend parallel to the first axis of rotation A1. In this case, the pin longitudinal axis A40 corresponds to a pin rotation axis R40. According to the invention, the piston pin 40 extends inclined relative to the first axis of rotation A1, as shown in 5 is shown. In this case, the pin axis of rotation R40 is defined by a pin bearing device 70 such that it extends parallel to the first axis of rotation A1, as will be explained in more detail below.

Die Verbindungsstange 30 koppelt den Kolben 20 an die Kurbelwelle 10. Hierzu ist der erste Endabschnitt 31 des Verbinders 30 drehbar an dem Kolbenstift 40 gelagert und der zweite Endabschnitt 32 der Verbindungsstange 30 ist drehbar an dem Kurbelabschnitt 11 der Kurbelwelle 10 gelagert. Weiterhin ist der zweite Endabschnitt 32 der Verbindungsstange 30 derart an dem Kurbelabschnitt 11 gelagert, dass er entlang des Kurbelabschnitts 11, insbesondere entlang der zweiten Kurbelachse A2, verschiebbar ist. Entsprechend ist der erste Endabschnitt 31 der Verbindungsstange 30 derart an dem Kolbenstift 40 gelagert, dass er entlang des Kolbenstifts 40, insbesondere entlang der Stift-Längsachse A40, verschiebbar ist.The connecting rod 30 couples the piston 20 to the crankshaft 10 . Furthermore, the second end section 32 of the connecting rod 30 is mounted on the crank section 11 in such a way that it can be displaced along the crank section 11, in particular along the second crank axis A2. Accordingly, the first end section 31 of the connecting rod 30 is mounted on the piston pin 40 in such a way that it can be displaced along the piston pin 40, in particular along the longitudinal axis A40 of the pin.

Wie in 1 gezeigt, erstreckt sich der Kurbelabschnitt 11, insbesondere die zweite Kurbelachse A2 sowohl relativ zu der ersten Rotationsachse A1 als auch relativ zu zum Kolbenstift 40, insbesondere zu der Stift-Längsachse A40 geneigt, wobei sich in 1 die Stift-Längsachse parallel zu der ersten Rotationsachse A erstreckt.As in 1 shown, the crank section 11, in particular the second crank axis A2, extends both relative to the first axis of rotation A1 and relative to the piston pin 40, in particular to the longitudinal axis A40 of the pin, with in 1 the pin longitudinal axis extends parallel to the first axis of rotation A.

In einem in einen internen Verbrennungsmotor eingebauten Zustand, wie dies beispielhaft in 1 dargestellt ist, ist die Kurbelwelle 10 drehbar um ihre erste Rotationsachse A1 gelagert, zum Beispiel an einem Motorblock (nicht dargestellt). Der Zylinder 120 ist in Bezug auf die erste Rotationsachse A1 ortsfest positioniert und derart angeordnet, dass der untere Endabschnitt 121A des Zylindergehäuses 121 der Kurbelwelle 10 zugewandt ist. Der Kolben 20, insbesondere die äußere Oberfläche 21a des Kolbenhemds 21 ist innerhalb des Zylindergehäuses 121 geführt, insbesondere durch die innere Oberfläche 121a des Zylindergehäuses 121. Allgemein ist der Kolben innerhalb des Zylindergehäuses 121 entlang der Hubachse A121 zwischen einem oberen Totpunkt, OT, und einem unteren Totpunkt, UT, geführt. In 1 ist der Kolben 20 im OT dargestellt. In dieser Position ist ein OT Volumen durch den Kolben 20, insbesondere die Kolbenkrone 21, das Zylindergehäuse 121 und den Zylinderkopf 122 definiert. Im OT ist der Abstand d zwischen dem Kolben 20, insbesondere zwischen der Kolbenkrone 21 und der ersten Rotationsachse A1 der Kurbelwelle 10 maximal. Im OT liegen die zweite Kurbelachse A2 und die Stift-Längsachse A40 vorzugsweise in einer gemeinsamen Ebene und erstrecken sich geneigt relativ zueinander. Im UT ist der Abstand d zwischen dem Kolben 20, insbesondere zwischen der Kolbenkrone 21 und der ersten Rotationsachse A1 der Kurbelwelle 10 minimal. Deshalb ist ein UT Volumen, das durch den Kolben 20, insbesondere die Kolbenkrone 21, das Zylindergehäuse 121 und den Zylinderkopf 122 definiert ist, größer als das OT Volumen. Ein Verdichtungsverhältnis kann als das Verhältnis zwischen dem UT Volumen und dem OT Volumen definiert sein.In a state installed in an internal combustion engine, as exemplified in 1 As shown, the crankshaft 10 is rotatably mounted about its first axis of rotation A1, for example on an engine block (not shown). The cylinder 120 is fixedly positioned with respect to the first rotation axis A1 and arranged such that the lower end portion 121A of the cylinder housing 121 faces the crankshaft 10 . The piston 20, particularly the outer surface 21a of the piston skirt 21, is guided within the cylinder housing 121, particularly by the inner surface 121a of the cylinder housing 121. Generally, the piston is within the cylinder housing 121 along the stroke axis A121 between a top dead center, TDC, and a bottom dead center, UT, out. In 1 the piston 20 is shown at TDC. In this position, a TDC volume is defined by the piston 20, in particular the piston crown 21, the cylinder housing 121 and the cylinder head 122. At TDC, the distance d between the piston 20, in particular between the piston crown 21 and the first axis of rotation A1 of the crankshaft 10, is at its maximum. At TDC, the second crank axis A2 and the longitudinal axis A40 of the pin preferably lie in a common plane and extend at an incline relative to one another. At BDC, the distance d between the piston 20, in particular between the piston crown 21 and the first axis of rotation A1 of the crankshaft 10, is minimal. Therefore, a BDC volume defined by the piston 20, in particular the piston crown 21, the cylinder housing 121 and the cylinder head 122, is larger than the OT volume. A compression ratio may be defined as the ratio between BDC volume and TDC volume.

Da die Verbindungsstange 30 verschiebbar an dem Kolbenstift 40 und an dem Kurbelabschnitt 11 der Kurbelwelle gelagert ist und da die zweite Kurbelachse A2 sich geneigt relativ zum Kolbenstift 40 erstreckt, insbesondere im OT, kann das OT Volumen durch Verschieben des zweiten Endabschnitts 32 der Verbindungsstange 30 entlang der zweiten Kurbelachse A2 eingestellt werden. Diese Verschiebung entlang der zweiten Kurbelachse A2 entspricht auch einer Verschiebung entlang der ersten Drehachse A1. In 1 sind die Verbindungsstange 30, der Kolben 20 und der Kolbenstift 40 in einer Ausgangsposition in vollen Linien dargestellt. Um das OT Volumen zu vergrößern, wird die Verbindungsstange 30 um eine Weglänge entlang der zweiten Kurbelachse A2 verschoben, was einer Verschiebung der Verbindungsstange 30 entlang der ersten Rotationsachse A1 um einen Weg X1 entspricht. In 1 entspricht diese Verschiebung einer Bewegung nach rechts. Die Position der Verbindungsstange 30, des Kolbens 20 und des Kolbenstifts 40 in der verschobenen Position sind in 1 in gestrichelten Linien dargestellt. Wie in 1 erkennbar ist, bewirkt ein Verschieben der Verbindungsstange 30 in Richtung eines Endes des Kolbenstifts 40 aufgrund der geneigten Anordnung des zweiten Kurbelabschnitts 11 relativ zu dem Kolbenstift 40 eine Bewegung des Kolbens relativ zu der ersten Rotationsachse A1 der Kurbelwelle 10. In 1 resultiert die Verschiebung X1 entlang der ersten Rotationsachs A1 in einer Verschiebung H1 des Kolbens 20 entlang der Hubachse A121. Allgemein bewirkt im OT eine Verschiebung der Verbindungsstange 30 entlang der zweiten Kurbelachse A2 in einer Richtung, in der ein Abstand zwischen der zweiten Kurbelachse A2 und der ersten Rotationsachse A1 größer wird (in 1 nach links), eine Vergrößerung des Abstands d zwischen dem Kolben 20 und der ersten Rotationsachse A1. Folglich wird das OT Volumen dadurch verkleinert und das Verdichtungsverhältnis vergrößert. Eine Verschiebung der Verbindungsstange 30 entlang der zweiten Kurbelachse A2 in einer Richtung, in der ein Abstand zwischen der zweiten Kurbelachse A2 und der ersten Rotationsachse A1 kleiner wird (in 1 nach rechts), bewirkt eine Verkleinerung des Abstands d zwischen dem Kolben 20 und der ersten Rotationsachse A1. Folglich wird das OT Volumen dadurch vergrößert und das Verdichtungsverhältnis verkleinert.Since the connecting rod 30 is slidably mounted on the piston pin 40 and the crank portion 11 of the crankshaft, and since the second crank axis A2 extends inclined relative to the piston pin 40, particularly at TDC, the TDC volume can be increased by sliding the second end portion 32 of the connecting rod 30 along of the second crank axis A2 can be adjusted. This shift along the second crank axis A2 also corresponds to a shift along the first axis of rotation A1. In 1 the connecting rod 30, the piston 20 and the piston pin 40 are shown in solid lines in a home position. In order to increase the TDC volume, the connecting rod 30 is displaced by a distance along the second crank axis A2, which corresponds to a displacement of the connecting rod 30 along the first axis of rotation A1 by a distance X1. In 1 this shift corresponds to a movement to the right. The position of the connecting rod 30, the piston 20 and the piston pin 40 in the shifted position are shown in FIG 1 shown in dashed lines. As in 1 As can be seen, a displacement of the connecting rod 30 towards one end of the piston pin 40 causes a movement of the piston relative to the first axis of rotation A1 of the crankshaft 10 due to the inclined arrangement of the second crank section 11 relative to the piston pin 40. In 1 the displacement X1 along the first axis of rotation A1 results in a displacement H1 of the piston 20 along the stroke axis A121. Generally, at TDC, the connecting rod 30 is displaced along the second crank axis A2 in a direction in which a distance between the second crank axis A2 and the first rotation axis A1 increases (in 1 to the left), an increase in the distance d between the piston 20 and the first axis of rotation A1. As a result, the OT volume is reduced and the compression ratio is increased. A displacement of the connecting rod 30 along the second crank axis A2 in a direction in which a distance between the second crank axis A2 and the first rotation axis A1 becomes smaller (in 1 to the right), causes a reduction in the distance d between the piston 20 and the first axis of rotation A1. As a result, the TDC volume increases and the compression ratio decreases.

Wie in 1 weiter gezeigt ist, ist die Verbindungsstange 30 an dem Kolbenstift 40 mittels einer Stift-Lagervorrichtung 70 gelagert. Die Stift-Lagervorrichtung 70 weist einen Stift-Gleitkörper 71 und ein Drehlager 72 auf. Wie in 2 gezeigt, ist die Verbindungsstange 30 mittels einer Lagervorrichtung 50 an dem Kurbelabschnitt 11 der Kurbelwelle 10 gelagert. Allgemein definiert die Stift-Lagervorrichtung 70 eine Stift-Rotationsachse R40 und die Lagervorrichtung 50 eine zweite Rotationsachse R2, wobei die Stift-Rotationsachse R40 und die zweite Rotationsachse R2 jeweils parallel zu der ersten Rotationsachse A1 verlaufen.As in 1 As further shown, the connecting rod 30 is supported on the piston pin 40 by means of a pin bearing device 70 . The pin bearing device 70 has a pin slider 71 and a pivot bearing 72 . As in 2 As shown, the connecting rod 30 is supported on the crank portion 11 of the crankshaft 10 by means of a bearing device 50 . Generally, the pin bearing assembly 70 defines a pin axis of rotation R40 and the bearing assembly 50 defines a second axis of rotation R2, with the pin axis of rotation R40 and the second axis of rotation R2 each being parallel to the first axis of rotation A1.

Der Stift-Gleitkörper 71 ist in gleitendem Kontakt mit dem Kolbenstift 40. Der Stift-Gleitkörper 71 kann beispielsweise als eine den Stift 40 umgebende Hülse realisiert sein. Optional kann eine erste Führungsstruktur, wie ein Vorsprung (nicht dargestellt), an einer inneren Oberfläche des Stift-Gleitkörpers 71 und eine zweite Führungsstruktur, wie eine Nut (nicht dargestellt), an einer äußeren Oberfläche des Stifts ausgebildet sein. Die optionale zweite Führungsstruktur erstreckt sich entlang der Stift-Längsachse und die erste Führungsstruktur steht mit der zweiten Führungsstruktur in Eingriff. Der Kolbenstift 40 erstreckt sich durch eine Öffnung, die durch die innere Oberfläche des Stift-Gleitkörpers 71 definiert ist. Eine äußere Oberfläche des Stift-Gleitkörpers 71 definiert die Stift-Rotationsachse R40. In 1 entspricht die Stift-Rotationsachse R40 der Stift-Längsachse A40. In 5 erstreckt sich die Stift-Längsachse A40 geneigt zur Stift-Längsachse A40.The pin slider 71 is in sliding contact with the plunger pin 40. The pin slider 71 may be implemented as a sleeve surrounding the pin 40, for example. Optionally, a first guide structure such as a protrusion (not shown) may be formed on an inner surface of the pen slider 71 and a second guide structure such as a groove (not shown) may be formed on an outer surface of the pen. The optional second guide structure extends along the longitudinal axis of the pen and the first guide structure engages the second guide structure. The plunger pin 40 extends through an opening defined by the inner surface of the pin slider 71 . An outer surface of the pen slider 71 defines the pen rotation axis R40. In 1 the pin rotation axis R40 corresponds to the pin longitudinal axis A40. In 5 the pin longitudinal axis A40 extends inclined to the pin longitudinal axis A40.

Das Drehlager 72 ist zwischen den Stift-Gleitkörper 71 und eine innere Oberfläche des ersten Endabschnitts 31 der Verbindungsstange 30 eingesetzt. Insbesondere umgibt das Drehlager 72 den Stift-Gleitkörper 71. Das Drehlager 72 ist ortsfest relativ zu dem Stift-Gleitkörper 71 und dem ersten Endabschnitt 31 der Verbindungsstange 30 in Bezug auf eine translatorische Bewegung entlang der Stift-Längsachse A40. Jedoch ermöglicht das Drehlager 72 eine Drehbewegung des ersten Endabschnitts 31 der Verbindungsstange 30 relativ zum Stift-Gleitkörper 71 um die Stift-Rotationsachse R40.The pivot bearing 72 is interposed between the pin slider 71 and an inner surface of the first end portion 31 of the connecting rod 30 . In particular, the pivot bearing 72 surrounds the pin slider 71. The pivot bearing 72 is stationary relative to the pin slider 71 and the first end portion 31 of the connecting rod 30 for translational movement along the pin longitudinal axis A40. However, the pivot bearing 72 allows the first end portion 31 of the connecting rod 30 to pivot relative to the pin slider 71 about the pin rotation axis R40.

2 zeigt eine detaillierte Schnittansicht des in 1 durch den Buchstaben Z gekennzeichneten Bereichs. Wie in 2 dargestellt, ist die Verbindungsstange 30 mittels einer Lagervorrichtung 50 an dem Kurbelabschnitt 11 der Kurbelwelle 10 gelagert. Die in 2 beispielhaft dargestellte Lagervorrichtung 50 weist einen Gleitkörper 51, einen Kopplungskörper 52 und ein Drehlager 53 auf. 2 shows a detailed sectional view of the in 1 area marked by the letter Z. As in 2 shown, the connecting rod 30 is mounted on the crank section 11 of the crankshaft 10 by means of a bearing device 50 . In the 2 The bearing device 50 shown as an example has a sliding body 51 , a coupling body 52 and a pivot bearing 53 .

Wie in 2 dargestellt, ist der Gleitkörper 52 in gleitendem Kontakt mit dem Kurbelabschnitt 11, insbesondere mit einer äußeren Oberfläche 11a des Kurbelabschnitts 11. Der Gleitkörper 52 kann zum Beispiel als eine den Kurbelabschnitt 11 umgebende Hülse realisiert sein, wobei die Hülse optional aus zwei Halbschalen 51A, 51B gebildet ist, wie dies in 2 beispielhaft dargestellt ist. Optional kann eine erste Führungsstruktur, wie ein Vorsprung (nicht dargestellt), an einer inneren Oberfläche des Gleitkörpers 51 und eine zweite Führungsstruktur, wie eine Nut (nicht dargestellt), an der äußeren Oberfläche des Kurbelabschnitts 11 ausgebildet sein. Die optionale zweite Führungsstruktur erstreckt sich entlang der zweiten Kurbelachse und die erste Führungsstruktur steht mit der zweiten Führungsstruktur in Eingriff.As in 2 shown, the sliding body 52 is in sliding contact with the crank section 11, in particular with an outer surface 11a of the crank section 11. The sliding body 52 can be realized, for example, as a sleeve surrounding the crank section 11, the sleeve optionally consisting of two half-shells 51A, 51B is formed like this in 2 is shown as an example. Optionally, a first guide structure such as a protrusion (not shown) may be formed on an inner surface of the slider body 51 and a second guide structure such as a groove (not shown) may be formed on the outer surface of the crank portion 11 . The optional second guide structure extends ent along the second crank axis and the first guide structure engages the second guide structure.

Der Kopplungskörper 52 kann zum Beispiel als ein den Kurbelabschnitt 11 umschließender Ring realisiert sein. Der Kopplungskörper 52 ist formschlüssig mit dem Gleitkörper 51 verbunden und dazu vorgesehen, zur Bewegung entlang des Kurbelabschnitts 11 betätigt zu werden. Zum Beispiel kann ein äußeres Ende des Kopplungskörper 52 in eine Nut 54 hineinragen, welche an der inneren Oberfläche des Gleitkörpers 51 ausgebildet ist.The coupling body 52 can be realized, for example, as a ring enclosing the crank section 11 . The coupling body 52 is positively connected to the sliding body 51 and is intended to be actuated for movement along the crank portion 11 . For example, an outer end of the coupling body 52 can protrude into a groove 54 formed on the inner surface of the sliding body 51 .

Das Drehlager 53 ist zwischen den Gleitkörper 51 und eine innere Oberfläche 32a des zweiten Endabschnitts 32 der Verbindungsstange 30 eingesetzt. Insbesondere umgibt das Drehlager 53 den Gleitkörper 51. Das Drehlager 53 ist ortsfest relativ zu dem Gleitkörper 51 und dem zweiten Endabschnitt 32 der Verbindungsstange 30 in Bezug auf eine translatorische Bewegung entlang der zweiten Kurbelachse A2. Jedoch definiert das Drehlager 53 eine zweite Drehachse R2, um welche eine Drehbewegung des zweiten Endabschnitts 32 der Verbindungsstange 30 relativ zum Gleitkörper 51 ermöglicht ist. Da die zweite Kurbelachse A2 in den 1 und 2 sich geneigt zu der ersten Rotationsachse A1 erstreckt, ist die zweite Rotationsachse R2 in den 1 und 2 ebenfalls geneigt zu der zweiten Kurbelachse A2.The pivot bearing 53 is interposed between the slider 51 and an inner surface 32a of the second end portion 32 of the connecting rod 30 . In particular, the pivot bearing 53 surrounds the slider body 51. The pivot bearing 53 is stationary relative to the slider body 51 and the second end portion 32 of the connecting rod 30 with respect to translational movement along the second crank axis A2. However, the pivot bearing 53 defines a second pivot axis R2 about which pivotal movement of the second end portion 32 of the connecting rod 30 relative to the slide body 51 is permitted. Since the second crank axis A2 in the 1 and 2 extends inclined to the first axis of rotation A1, the second axis of rotation R2 in the 1 and 2 also inclined to the second crank axis A2.

Wie in den 1 und 2 weiterhin dargestellt ist, kann eine hydraulische Fluidverteilungsstruktur optional in die Kurbelwelle 10 integriert sein. 3 zeigt ferner ein optionales hydraulisches Betätigungssystem 150.As in the 1 and 2 As further illustrated, a hydraulic fluid distribution structure can optionally be integrated into the crankshaft 10 . 3 also shows an optional hydraulic actuation system 150.

Wie in 2 dargestellt, kann der Kurbelabschnitt 11 zur Realisierung der hydraulischen Fluidverteilungsstruktur eine Ausnehmung 15 aufweisen, die an der äußeren Oberfläche 11a des Kurbelabschnitts 11 der ausgebildet ist und sich entlang der zweiten Kurbelachse A2 erstreckt. Ferner weist die Kurbelwelle 10 zumindest einen Fluidkanal 17A, 17B auf, der in der Ausnehmung 15 des Kurbelabschnitts 15 endet. Wie in den 2 und 3 schematisch dargestellt ist, erstreckt sich der zumindest eine Fluidkanal 17A, 17B durch den Basisabschnitt 12, den Kopplungsabschnitt 13 und den Kurbelabschnitt 11. Wie in den 2 und 3 beispielhaft dargestellt ist, können für jeden Kurbelabschnitt 11 ein erster und ein zweiter Fluidkanal 17A, 17B vorgesehen sein, wobei die Kanäle 17A, 17B in der Ausnehmung 15 in Bezug auf die zweite Kurbelachse A2 beabstandet zueinander enden.As in 2 1, to realize the hydraulic fluid distribution structure, the crank portion 11 may have a recess 15 formed on the outer surface 11a of the crank portion 11 and extending along the second crank axis A2. Furthermore, the crankshaft 10 has at least one fluid channel 17A, 17B which ends in the recess 15 of the crank section 15 . As in the 2 and 3 is shown schematically, the at least one fluid channel 17A, 17B extends through the base section 12, the coupling section 13 and the crank section 11. As in FIGS 2 and 3 is shown by way of example, a first and a second fluid channel 17A, 17B can be provided for each crank section 11, the channels 17A, 17B terminating in the recess 15 at a distance from one another with respect to the second crank axis A2.

Wie in 2 dargestellt ist, ist die Ausnehmung 15 des Kurbelabschnitts 11 durch den Gleitkörper 51 der Lagervorrichtung 50 abgedeckt. Dadurch wird eine geschlossene Druckkammer 16 ausgebildet. Der Kopplungskörper 52 unterteilt die Druckkammer 16 in einen ersten Kammerabschnitt 16A und einen zweiten Kammerabschnitt 16B. Insbesondere dichtet der Kopplungskörper 52 den ersten und den zweiten Kammerabschnitt 16A, 16B voneinander ab. Der zumindest eine Fluidkanal 17A, 17B endet in dem ersten oder dem zweiten Kammerabschnitt 16A, 16B. Insbesondere enden der erste und der zweite Fluidkanal 17A, 17B auf entgegengesetzten Seiten des Kopplungskörpers 52.As in 2 is shown, the recess 15 of the crank section 11 is covered by the sliding body 51 of the bearing device 50 . As a result, a closed pressure chamber 16 is formed. The coupling body 52 divides the pressure chamber 16 into a first chamber portion 16A and a second chamber portion 16B. In particular, the coupling body 52 seals the first and second chamber sections 16A, 16B from one another. The at least one fluid channel 17A, 17B ends in the first or the second chamber section 16A, 16B. In particular, the first and second fluid channels 17A, 17B end on opposite sides of the coupling body 52.

Wie in 3 schematisch dargestellt, kann der zumindest eine Fluidkanal 17A, 17B, insbesondere der erste Fluidkanal 17A, an eine erste Druckleitung 151 des hydraulischen Betätigungssystems 150 angeschlossen sein. Der optionale zweite Fluidkanal 17B kann an eine zweite Druckleitung 152 des hydraulischen Betätigungssystems 150 angeschlossen sein. Die erste und die zweite Druckleitung 151, 152 sind an eine Quelle 150 von unter Druck stehendem Hydraulikfluid, wie Öl, angeschlossen und leiten das Hydrauliklfuid. Der Druck des Hydraulikfluids in der ersten Druckleitung 151 kann mittels eines ersten Druckventils 153 eingestellt werden. Der Druck des Hydraulikfluids in der zweiten Druckleitung 152 kann mittels eines zweiten Druckventils 154 eingestellt werden. Durch Einstellen des Drucks in der ersten und der zweiten Druckleitung 151, 152 kann das Volumen an Hydraulikfluid, das in dem ersten und dem zweiten Kammerabschnitt 16A, 16B enthalten ist, vergrößert oder verkleinert werden. Dadurch kann die Position des Kopplungskörpers 52 entlang der zweiten Kurbelachse A2 variiert werden. Zum Beispiel wird, wenn der Druck in der ersten Druckleitung 151 gegenüber dem Druck in der zweiten Druckleitung 152 vergrößert wird, dem ersten Kammerabschnitt 16A zusätzliches Hydraulikfluid zugeführt, was den Kopplungskörper 52 zu einer Bewegung in Richtung des zweiten Kammerabschnitts 16B veranlasst.As in 3 shown schematically, the at least one fluid channel 17A, 17B, in particular the first fluid channel 17A, can be connected to a first pressure line 151 of the hydraulic actuation system 150. The optional second fluid channel 17B can be connected to a second pressure line 152 of the hydraulic actuation system 150 . The first and second pressure lines 151, 152 are connected to a source 150 of pressurized hydraulic fluid, such as oil, and carry the hydraulic fluid. The pressure of the hydraulic fluid in the first pressure line 151 can be adjusted using a first pressure valve 153 . The pressure of the hydraulic fluid in the second pressure line 152 can be adjusted by means of a second pressure valve 154 . By adjusting the pressure in the first and second pressure lines 151, 152, the volume of hydraulic fluid contained in the first and second chamber portions 16A, 16B can be increased or decreased. As a result, the position of the coupling body 52 can be varied along the second crank axis A2. For example, when the pressure in the first pressure line 151 is increased over the pressure in the second pressure line 152, additional hydraulic fluid is supplied to the first chamber portion 16A, causing the coupling body 52 to move toward the second chamber portion 16B.

Wie in den 3 und 4 gezeigt ist, kann der interne Verbrennungsmotor weiterhin eine Steuerungsvorrichtung 200 aufweisen, die dazu eingerichtet ist, die Position der Kontrollstange 30 an der zweiten Kurbelachse A2 während der Bewegung des Kolbens 20 zwischen dem OT und dem UT mittels eines Aktuators zu steuern, wobei der Aktuator die Verbindungsstange 30 zu einer Verschiebung zwischen der Ausgangsposition im UT in verstellte Position im OT veranlasst, wobei ein Abstand entlang der ersten Rotationsachse A1 zwischen der Ausgangsposition und der Stellposition optional von einem zweiten Eingangssignal S2 abghängt. Das zweite Eingangssignal S2 kann zum Beispiel eine Lastanforderung, mit der die Kurbelwelle 10 beaufschlag wird, repräsentieren. Zum Beispiel entspricht in 1 die in vollen Linien dargestellte Position der Verbindungsstange 30 der Ausgangsposition der Verbindungsstange 30 im UT und die in gestrichelten Linien dargestellte Position der Verbindungsstange 30 entspricht der verschobenen Position der Verbindungsstange 30 im OT.As in the 3 and 4 is shown, the internal combustion engine may further comprise a control device 200 which is set up to control the position of the control rod 30 on the second crank axis A2 during the movement of the piston 20 between TDC and BDC by means of an actuator, the actuator having the Connecting rod 30 is caused to translate between the home position at BDC to the adjusted position at TDC, with a distance along the first axis of rotation A1 between the home position and the set position optionally depending on a second input signal S2. The second input signal S2 can, for example, represent a load requirement that is applied to the crankshaft 10 . For example, corresponds to 1 the position shown in solid lines of the connecting rod 30 of the starting position Connecting rod 30 at BDC and the position of connecting rod 30 shown in dashed lines corresponds to the displaced position of connecting rod 30 at TDC.

Die Steuerungsvorrichtung 200 kann ferner in das hydraulische Betätigungssystem 150 integriert sein. Die Steuerungsvorrichtung 200 ist dazu eingerichtet, den Druck in der ersten und der zweiten Druckleitung 151, 152 entsprechend dem Eingangssignal S1 einzustellen. Zum Beispiel ist die Steuerungsvorrichtung 200 ist dazu eingerichtet, den Druck in der ersten und der zweiten Druckleitung 151, 152 derart einzustellen, dass während der Bewegung des Kolbens 20 zwischen dem OT und dem UT der Kopplungskörper 52 die Verbindungsstange 30 zu einer Bewegung zwischen der Ausgangsposition in die verschobene Position veranlasst. The control device 200 can also be integrated into the hydraulic actuation system 150 . The control device 200 is set up to adjust the pressure in the first and the second pressure line 151, 152 in accordance with the input signal S1. For example, the control device 200 is set up to adjust the pressure in the first and the second pressure line 151, 152 such that during the movement of the piston 20 between the TDC and the BDC the coupling body 52 causes the connecting rod 30 to move between the starting position into the shifted position.

4 zeigt einen Motor 2 mit einer Kolbenanordnung 1 mit einer Spule 55, wobei der Kopplungskörper 52 ein magnetisierbares oder magnetisches Material aufweist. Die Spule 55 ist beabstandet zu dem Kopplungskörper 52 an der Kurbelwelle 10 angeordnet. Zum Beispiel kann die Spule innerhalb des Querschnitts des Kurbelabschnitts 12 oder allgemein an dem Kurbelabschnitt 12 angeordnet sein. In 4 ist beispielhaft gezeigt, dass die Spule an dem optionalen Kopplungsabschnitt 13 der Kurbelwelle 10 angeordnet ist. Durch Anlegen einer elektrischen Spannung an die Spule wird ein magnetisches Feld erzeugt, das den Kopplungskörper 52 zu einer Verschiebung entlang der zweiten Kurbelachse A2 veranlasst. Die Spule 55 bildet in diesem Fall einen Aktuator zum Verschieben der Verbindungsstange 30. 4 shows a motor 2 with a piston arrangement 1 with a coil 55, the coupling body 52 having a magnetizable or magnetic material. The coil 55 is arranged on the crankshaft 10 at a distance from the coupling body 52 . For example, the spool may be disposed within the cross section of crank portion 12 or generally on crank portion 12 . In 4 is shown by way of example that the coil is arranged on the optional coupling section 13 of the crankshaft 10 . By applying an electrical voltage to the coil, a magnetic field is generated, which causes the coupling body 52 to move along the second crank axis A2. In this case, the coil 55 forms an actuator for moving the connecting rod 30.

Wie in 4 dargestellt, kann die optionale Steuerungsvorrichtung 200 auch an die Spulen 55 als Aktuatoren gekoppelt sein. Die Steuerungsvorrichtung 200 ist dazu eingerichtet, gemäß dem Eingangssignal S1 die Polung und/oder den Betrag der elektrischen Spannung einzustellen, mit welcher die jeweiligen Spulen beaufschlagt werden. Zum Beispiel ist die Steuerungsvorrichtung 200 ist dazu eingerichtet, die Spannung derart einzustellen, dass während der Bewegung des Kolbens 20 zwischen dem OT und dem UT der Kopplungskörper 52 die Verbindungsstange 30 zu einer Bewegung zwischen der Ausgangsposition in die verschobene Position veranlasst.As in 4 shown, the optional control device 200 can also be coupled to the coils 55 as actuators. The control device 200 is set up, according to the input signal S1, to set the polarity and/or the magnitude of the electrical voltage which is applied to the respective coils. For example, the controller 200 is configured to adjust the tension such that during movement of the piston 20 between TDC and BDC, the coupling body 52 causes the connecting rod 30 to move between the home position and the shifted position.

Wie in den 2 bis 4 weiterhin gezeigt ist, kann eine Vorspanneinrichtung vorgesehen sein. Die Vorspanneinrichtung 60 kann zum Beispiel als eine Feder realisiert sein, wie dies symbolisch in den 2 bis 4 dargestellt ist, und spannt die Lagervorrichtung 50 in die Ausgangsposition entlang dem Kurbelabschnitt 11 vor.As in the 2 until 4 is further shown, a biasing device may be provided. The biasing device 60 can be realized, for example, as a spring, as is symbolic in FIGS 2 until 4 1 and biases the bearing assembly 50 to the home position along the crank portion 11 .

5 zeigt einen internen Verbrennungsmotor 2 mit einer Kolbenanordnung 1. Die Kolbenanordnung 1 unterscheidet sich von der in 1 dargestellten Kolbenanordnung dadurch, dass der Kolbenstift 40, insbesondere die Stift-Längsachse A40 sich geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse A1 und geneigt relativ zu der zweiten Kurbelachse A2 erstreckt. Wie in 5 dargestellt ist, sind die zweite Kurbelachse A2 und der Kolbenstift 40 in Bezug auf die erste Rotationsachse A1 in entgegengesetzten Drehrichtungen geneigt. Insbesondere im OT, wie in 5 dargestellt, sind die zweite Kurbelachse A2 und der Kolbenstift 40 in Bezug auf die erste Rotationsachse A1 in entgegengesetzten Drehrichtungen geneigt. Dieser im OT divergierende Verlauf des Kolbenstifts 40, insbesondere des Kolben-Längspins A40, und der zweiten Kurbelachse A2 bietet den Vorteil, dass für eine gegebene Verschiebung H1 des Kolbens 20 entlang der Hubachse A121 nur eine kleine Verschiebung X1 entlang der ersten Rotationsachse X1 erforderlich ist. 5 shows an internal combustion engine 2 with a piston arrangement 1. The piston arrangement 1 differs from that in FIG 1 Piston arrangement shown in that the piston pin 40, in particular the pin longitudinal axis A40 extends inclined relative to the first axis of rotation A1 and inclined relative to the second crank axis A2. As in 5 As shown, the second crank axis A2 and the piston pin 40 are inclined in opposite directions of rotation with respect to the first axis of rotation A1. Especially in the OT, as in 5 As shown, the second crank axis A2 and the piston pin 40 are inclined in opposite directions of rotation with respect to the first axis of rotation A1. This course of the piston pin 40, in particular the piston longitudinal pin A40, and the second crank axis A2, which diverges at TDC, offers the advantage that only a small displacement X1 along the first axis of rotation X1 is required for a given displacement H1 of the piston 20 along the stroke axis A121 .

Die Stift-Lagervorrichtung 70 weist die gleichen Komponenten in der gleichen Anordnung auf, wie in 1 dargestellt. Jedoch ist der Kolben-Gleitkörper 71 ähnlich gestaltet wie der Gleitkörper 51. Das heißt, die äußere Oberfläche des Stift-Gleitkörpers 71 definiert die Stift-Rotationsachse R40, die sich parallel zu der ersten Rotationsachse A1 der Kurbelwelle 10 und parallel zu der zweiten Rotationsachse A2 erstreckt.The pin storage device 70 has the same components in the same arrangement as in FIG 1 shown. However, the piston slider 71 is configured similarly to the slider 51. That is, the outer surface of the pin slider 71 defines the pin axis of rotation R40, which is parallel to the first axis of rotation A1 of the crankshaft 10 and parallel to the second axis of rotation A2 extends.

6 zeigt schematisch die Abhängigkeit des thermischen Wirkungsgrads des internen Verbrennungsmotors 2 vom geometrischen Verdichtungsverhältnis für verschiedene Luft-Kraftstoff-Verhältnisse A. Wie erkennbar ist, steigt der thermische Wirkungsgrad mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis. Durch Einstellen des Verdichtungsverhältnisses durch Verschieben der Verbindungsstange 30 wie oben beschrieben kann der thermische Wirkungsgrad erheblich gesteigert werden. Da eine Einstellung möglich ist, kann Klopfen zuverlässig verhindert werden. 6 1 shows schematically the dependency of the thermal efficiency of the internal combustion engine 2 on the geometric compression ratio for different air-fuel ratios A. As can be seen, the thermal efficiency increases with an increasing compression ratio. By adjusting the compression ratio by sliding the connecting rod 30 as described above, the thermal efficiency can be greatly increased. Since adjustment is possible, knocking can be reliably prevented.

Die Erfindung wurde unter Bezugnahme auf beispielhafte Ausführungsbeispiele detailliert beschrieben. Für den Fachmann versteht es sich jedoch, dass Modifikationen dieser Ausführungsbeispiele möglich sind, ohne die Prinzipien und zentralen Ideen der Erfindung, den in den Ansprüchen definierten Schutzbereich und deren Äquivalenzbereich zu verlassen.The invention has been described in detail with reference to exemplary embodiments. However, it will be appreciated by those skilled in the art that modifications to these embodiments are possible without departing from the principles and central ideas of the invention, the scope of protection as defined in the claims and the range of equivalency thereto.

BezugszeichenlisteReference List

11
Kolbenanordnungpiston assembly
1010
Kurbelwellecrankshaft
1111
Kurbelabschnittcrank section
11a11a
äußere Oberfläche des Kurbelabschnittsouter surface of the crank section
1212
Basisabschnittbase section
1313
Kopplungsabschnittcoupling section
1515
Ausnehmungrecess
1616
Druckkammerpressure chamber
16A16A
erster Kammerabschnittfirst chamber section
16B16B
zweiter Kammerabschnittsecond chamber section
17A, B17A, B
Fluidkanalfluid channel
2020
KolbenPistons
2121
Kolbenhemdpiston shirt
21a21a
innere Oberfläche des Kolbenhemdsinner surface of the piston skirt
21b21b
äußere Oberfläche des Kolbenhemdsouter surface of the piston skirt
2222
Kolbenkronepiston crown
3030
Verbindungsstangeconnecting rod
3131
erster Endabschnitt der Verbindungsstangefirst end portion of the connecting rod
3232
zweiter Endabschnitt der Verbindungsstangesecond end portion of the connecting rod
32a32a
innere Oberfläche des zweiten Endabschnitts der Verbindungsstangeinner surface of the second end portion of the connecting rod
3333
Hebelabschnitt der VerbindungsstangeLever section of connecting rod
5050
Lagervorrichtungstorage device
5151
Gleitkörpersliding body
51A, 51B51A, 51B
Halbschalenhalf shells
5252
Kopplungskörpercoupling body
5353
Drehlagerpivot bearing
5454
Nutgroove
5555
SpuleKitchen sink
6060
Vorspanneinrichtungpretensioning device
7070
Stift-Lagervorrichtungpin storage device
120120
Zylindercylinder
121121
Zylindergehäusecylinder body
121A121A
unterer Endabschnitt des Zylindergehäuseslower end portion of the cylinder body
121a121a
innere Oberfläche des Zylindergehäusesinner surface of the cylinder body
121B121B
oberer Endabschnitt des Zylindergehäusesupper end portion of the cylinder body
122122
Zylinderkopfcylinder head
150150
hydraulisches Betätigungssystemhydraulic actuation system
151151
erste Druckleitungfirst pressure line
152152
zweite Druckleitungsecond pressure line
153153
erstes Druckventilfirst pressure valve
154154
zweites Druckventilsecond pressure valve
155155
Hydraulikfluid-Druckquellehydraulic fluid pressure source
200200
Steuerungsvorrichtungcontrol device
A1A1
erste Rotationsachsefirst axis of rotation
A2A2
zweite Kurbelachsesecond crank axle
A40A40
Stift-Längsachsepen longitudinal axis
A121A121
Hubachselifting axis
H1H1
Verschiebung des Kolbens entlang der HubachseDisplacement of the piston along the stroke axis
121121
Innenraum des Kolbensinterior of the flask
R2R2
zweite Rotationsachsesecond axis of rotation
R40R40
Stift-RotationsachsePen rotation axis
X1X1
Verschiebung der Verbindungsstange entlang der ersten RotationsachseDisplacement of the connecting rod along the first axis of rotation
X2X2
Weglänge der Verschiebung der Verbindungsstange entlang der zweiten KurbelachseDistance of displacement of the connecting rod along the second crank axis
AA
Luft-Kraftstoff-Verhältnisair to fuel ratio

Claims (7)

Kolbenanordnung (1) für einen internen Verbrennungsmotor, mit: einer eine erste Rotationsachse (A1) definierenden Kurbelwelle (10), wobei die Kurbelwelle (10) einen eine zweite Kurbelachse (A2) definierenden Kurbelabschnitt (11) aufweist, wobei die zweite Kurbelachse (A2) relativ zu der ersten Rotationsachse (A1) versetzt angeordnet ist und sich geneigt relativ zu der ersten Rotationsachse (A1) erstreckt; einem Kolben (20); einem Kolbenstift (40), welcher an dem Kolben (20) befestigt ist und sich geneigt relativ zu der zweiten Kurbelachse (A2) erstreckt; und einer Verbindungsstange (30) mit einem ersten Endabschnitt (31), welcher drehbar an dem Kolbenstift (40) gelagert ist, und einem zweiten Endabschnitt (32), welcher drehbar an dem Kurbelabschnitt (11) der Kurbelwelle (10) gelagert ist; wobei der zweite Endabschnitt (32) der Verbindungsstange (30) an dem Kurbelabschnitt (11) entlang der zweiten Kurbelachse (A2) verschiebbar gelagert ist; und wobei der erste Endabschnitt (31) der Verbindungsstange (30) an dem Kolbenstift (40) entlang des Kolbenstifts (40) verschiebbar gelagert ist, wobei sich der Kolbenstift (40) geneigt in Bezug auf die erste Drehachse (A1) und geneigt in Bezug auf die zweite Kurbelachse (A2) erstreckt, und wobei die zweite Kurbelachse (A2) und der Kolbenstift (40) in entgegengesetzten Drehrichtungen in Bezug auf die erste Drehachse (A1) geneigt sind, wobei die Verbindungsstange (30) mittels einer Lagervorrichtung (50) verschiebbar an dem Kurbelabschnitt (11) der Kurbelwelle (10) gelagert ist, wobei die Lagervorrichtung (50) einen an dem Kurbelabschnitt (11) gleitenden Gleitkörper (51), einen mit dem Gleitkörper (51) formschlüssig verbundenen Kopplungskörper (52), der dazu vorgesehen ist, zur Bewegung entlang des Kurbelabschnitts (11) betätigt zu werden, und ein zwischen den Gleitkörper (51) und eine innere Oberfläche (32a) des zweiten Endabschnitts (32) der Verbindungsstange (30) eingesetztes Drehlager (53) aufweist.Piston arrangement (1) for an internal combustion engine, comprising: a crankshaft (10) defining a first axis of rotation (A1), the crankshaft (10) having a crank section (11) defining a second crank axis (A2), the second crank axis (A2 ) is offset relative to the first axis of rotation (A1) and extends inclined relative to the first axis of rotation (A1); a piston (20); a piston pin (40) fixed to the piston (20) and extending inclined relative to the second crank axis (A2); and a connecting rod (30) having a first end portion (31) rotatably supported on said piston pin (40) and a second end portion (32) rotatably supported on said crank portion (11) of said crankshaft (10); the second end portion (32) of the connecting rod (30) being slidably supported on the crank portion (11) along the second crank axis (A2); and wherein the first end portion (31) of the connecting rod (30) is mounted on the piston pin (40) for displacement along the piston pin (40), the piston pin (40) being inclined with respect to the first axis of rotation (A1) and inclined with respect to the second crank axis (A2), and wherein the second crank axis (A2) and the piston pin (40) are inclined in opposite directions of rotation with respect to the first axis of rotation (A1), the connecting rod ( 30). connected coupling body (52) intended to be operated to move along the crank portion (11) and one inserted between the sliding body (51) and an inner surface (32a) of the second end portion (32) of the connecting rod (30). Pivot bearing (53) has. Kolbenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei der Kurbelabschnitt (11) der Kurbelwelle (10) eine Ausnehmung (15) aufweist, welche durch den Gleitkörper (51) der Lagervorrichtung (50) zur Ausbildung einer geschlossenen Druckkammer (16) abgedeckt ist, wobei der Kopplungskörper (52) die Druckkammer (16) in einen ersten Kammerabschnitt (16A) und einen zweiten Kammerabschnitt (16B) unterteilt, und wobei die Kurbelwelle (10) einen Fluidkanal (17A; 17B) aufweist, welcher in dem ersten oder dem zweiten Kammerabschnitt (16A; 16B) endet.Piston assembly (1) after claim 1 , wherein the crank section (11) of the crankshaft (10) has a recess (15) which is covered by the sliding body (51) of the bearing device (50) to form a closed pressure chamber (16), the coupling body (52) containing the pressure chamber (16) into a first chamber section (16A) and a second chamber section (16B), and wherein the crankshaft (10) has a fluid channel (17A; 17B) which ends in the first or the second chamber section (16A; 16B). Kolbenanordnung (1) nach Anspruch 1, wobei beabstandet zu dem Kopplungskörper (52) eine Spule (55) an der Kurbelwelle (10) angeordnet ist, und wobei der Kopplungskörper (52) ein magnetisierbares oder magnetisches Material aufweist.Piston assembly (1) after claim 1 , wherein a coil (55) is arranged on the crankshaft (10) at a distance from the coupling body (52), and wherein the coupling body (52) comprises a magnetizable or magnetic material. Kolbenanordnung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine Vorspanneinrichtung die Lagervorrichtung (50) in eine Ausgangsposition entlang dem Kurbelabschnitt (11) vorspannt.Piston assembly (1) according to one of Claims 1 until 3 wherein a biasing means biases the bearing device (50) to a home position along the crank portion (11). Interner Verbrennungsmotor (2), mit: einem Zylinder (120) mit einem eine Hubachse (A121) definierenden Zylindergehäuse (121) und einem Zylinderkopf (122), der an einem ersten Ende des Zylindergehäuses (121) angeordnet ist; und einer Kolbenanordnung (1) nach einem der voranstehenden Ansprüche; wobei die Kurbelwelle (10) drehbar um deren erste Rotationsachse (A1) gelagert ist; und wobei der Kolben (20) in dem Zylindergehäuse (121) entlang der Hubachse (A121) zwischen einem oberen Totpunkt, OT, und einem unteren Totpunkt, UT, geführt ist.Internal combustion engine (2), with: a cylinder (120) having a cylinder body (121) defining a stroke axis (A121) and a cylinder head (122) disposed at a first end of the cylinder body (121); and a piston arrangement (1) according to any one of the preceding claims; wherein the crankshaft (10) is rotatably mounted about its first axis of rotation (A1); and wherein the piston (20) is guided in the cylinder housing (121) along the stroke axis (A121) between a top dead center, OT, and a bottom dead center, UT. Interner Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 5, zusätzlich aufweisend eine Steuerungsvorrichtung (200), wobei die Steuerungsvorrichtung (200) dazu eingerichtet ist, die Position der Verbindungsstange (30) an der zweiten Kurbelachse (A2) während der Bewegung des Kolbens (20) zwischen dem OT und dem UT mittels eines Aktuators zu steuern, wobei der Aktuator die Verbindungsstange (30) zu einer Verschiebung zwischen einer Ausgangsposition im UT in eine Stellposition im OT veranlasst.Internal combustion engine (2) after claim 5 , additionally comprising a control device (200), wherein the control device (200) is set up to the position of the connecting rod (30) on the second crank axis (A2) during the movement of the piston (20) between the OT and the UT by means of an actuator to control, wherein the actuator causes the connecting rod (30) to a displacement between a starting position in the UT in a setting position in the OT. Interner Verbrennungsmotor (2) nach Anspruch 6, wobei ein Abstand zwischen der Ausgangsposition und der Stellposition optional von einem zweiten Eingangssignal (S2) abghängt.Internal combustion engine (2) after claim 6 , wherein a distance between the starting position and the setting position optionally depends on a second input signal (S2).
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