DE102020125196A1 - Reciprocating machine and device - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine (1), mit einem Gehäuse (2), mit mindestens einer Kurbelwelle (4), welche um eine Drehachse (5) relativ zu dem Gehäuse (2) drehbar an dem Gehäuse (2) gelagert ist, mit wenigstens einem Zylinder (3), und mit wenigstens einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder (3) aufgenommenen Kolben (7), welcher über ein Pleuel (10) gelenkig mit der Kurbelwelle (4) gekoppelt ist, umfassend eine zweite Kurbelwelle (20), welche um eine von der Drehachse (5) beabstandete und parallel zu der Drehachse (5) verlaufende, zweite Drehachse (21) relativ zu der ersten Kurbelwelle (4) drehbar an der ersten Kurbelwelle (4) gelagert ist und einen Hubzapfen (22) aufweist, mit welchem der Kolben (7) über das Pleuel (10) gelenkig gekoppelt ist.The invention relates to a reciprocating piston machine (1) with a housing (2), with at least one crankshaft (4) which is mounted on the housing (2) so that it can rotate about an axis of rotation (5) relative to the housing (2), with at least a cylinder (3), and with at least one translationally movable piston (7) accommodated in the cylinder (3), which is coupled in an articulated manner to the crankshaft (4) via a connecting rod (10), comprising a second crankshaft (20) which is rotatably mounted on the first crankshaft (4) relative to the first crankshaft (4) about a second axis of rotation (21) spaced apart from the axis of rotation (5) and running parallel to the axis of rotation (5) and has a crank pin (22), with which the piston (7) is articulated via the connecting rod (10).

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschinegemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1. Darüber hinaus betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit wenigstens einer solchen Hubkolbenmaschine.The invention relates to a reciprocating engine according to the preamble of patent claim 1. The invention also relates to a device with at least one such reciprocating engine.

Hubkolbenmaschinen sind aus dem allgemeinen Stand der Technik bereits hinlänglich bekannt. Üblicherweise wird eine solche Hubkolbenmaschine als Verbrennungskraftmaschine beziehungsweise als Verbrennungsmotor genutzt, um ein Kraftfahrzeug wie beispielsweise einen Kraftwagen anzutreiben.Reciprocating machines are already well known from the general state of the art. Such a reciprocating piston machine is usually used as an internal combustion engine or as an internal combustion engine in order to drive a motor vehicle such as a motor vehicle.

Des Weiteren offenbart die EP 2 633 166 B1 eine Maschinenkombination, mit einer Verbrennungskraftmaschine und einem Generator für die Aufladung der Batterie eines Hybridantriebs.Furthermore, the EP 2 633 166 B1 a machine combination with an internal combustion engine and a generator for charging the battery of a hybrid drive.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Hubkolbenmaschine sowie ein Kraftfahrzeug mit einer solchen Hubkolbenmaschine zu schaffen, sodass ein besonders hoher Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine realisierbar ist.The object of the present invention is to create a reciprocating piston machine and a motor vehicle with such a reciprocating piston machine, so that a particularly high degree of efficiency of the reciprocating piston machine can be achieved.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie durch ein Kraftfahrzeug mit den Merkmalen des Patentanspruchs 11 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Patentansprüche.According to the invention, this object is achieved by a reciprocating piston engine having the features of patent claim 1 and by a motor vehicle having the features of patent claim 11 . Advantageous configurations of the invention are the subject matter of the dependent patent claims.

Ein erster Aspekt der Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine für ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass die Hubkolbenmaschine vorzugsweise für ein beziehungsweise in einem Kraftfahrzeug verwendet wird. Insbesondere ist die Hubkolbenmaschine als eine auch als Brennkraftmaschine, Motor oder Verbrennungsmotor ausgebildete Verbrennungskraftmaschine ausgebildet, welche in einem befeuerten Betrieb betreibbar ist. Dabei ist das Kraftfahrzeug mittels der Hubkolbenmaschine, insbesondere in dem befeuerten Betrieb, antreibbar.A first aspect of the invention relates to a reciprocating piston machine for a motor vehicle, in particular for a motor vehicle which is preferably designed as a passenger car. This means that the reciprocating piston engine is preferably used for or in a motor vehicle. In particular, the reciprocating piston engine is designed as an internal combustion engine, also designed as an internal combustion engine, motor or internal combustion engine, which can be operated in a fired mode. In this case, the motor vehicle can be driven by means of the reciprocating piston engine, in particular in the fired operation.

Die Hubkolbenmaschine weist ein Gehäuse auf, welches beispielsweise ein Kurbelgehäuse sein kann. Außerdem umfasst die Hubkolbenmaschine eine Kurbelwelle, welche auch als erste Kurbelwelle bezeichnet wird und um eine auch als erste Drehachse bezeichnete Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar an dem Gehäuse gelagert ist. Dies bedeutet, dass die Kurbelwelle um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse drehbar ist, während die Kurbelwelle an dem Gehäuse gelagert ist. Die Kurbelwelle ist beispielsweise eine Abtriebswelle der Hubkolbenmaschine, die über ihre Abtriebswelle wenigstens ein Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen kann. die Hubkolbenmaschine weist außerdem wenigstens einen Zylinder auf, welcher beispielsweise durch das Gehäuse, insbesondere direkt, begrenzt beziehungsweise gebildet ist. Somit weist beispielsweise das Gehäuse den Zylinder auf. Beispielsweise ist der Zylinder, insbesondere direkt, durch eine Zylinderwand, insbesondere des Gehäuses, gebildet beziehungsweise begrenzt. Insbesondere weist die Zylinderwand eine innenumfangsseitige Mantelfläche auf, durch welche der Zylinder vorzugsweise direkt begrenzt ist. Die Hubkolbenmaschine umfasst außerdem wenigstens einen Kolben, welcher translatorisch bewegbar in dem Zylinder aufgenommen ist. Dies bedeutet, dass der Kolben in dem Zylinder relativ zu der Zylinderwand beziehungsweise relativ zu dem Gehäuse translatorisch bewegbar ist. Der Kolben ist über ein Pleuel gelenkig mit der Kurbelwelle gekoppelt, wodurch beispielsweise translatorische Bewegungen des Kolbens im Zylinder in eine relativ zu dem Gehäuse, insbesondere in eine erste Drehrichtung, erfolgende, rotatorische Bewegung beziehungsweise Drehung der Kurbelwelle umwandelbar sind.The reciprocating piston machine has a housing, which can be a crankcase, for example. In addition, the reciprocating piston machine includes a crankshaft, which is also referred to as the first crankshaft and is mounted on the housing such that it can rotate about an axis of rotation, also referred to as the first axis of rotation, relative to the housing. This means that the crankshaft is rotatable about the first axis of rotation relative to the housing, while the crankshaft is mounted on the housing. The crankshaft is, for example, an output shaft of the reciprocating engine, which can provide at least one torque for driving the motor vehicle via its output shaft. the reciprocating piston machine also has at least one cylinder, which is delimited or formed, for example, by the housing, in particular directly. Thus, for example, the housing has the cylinder. For example, the cylinder is formed or delimited, in particular directly, by a cylinder wall, in particular of the housing. In particular, the cylinder wall has a lateral surface on the inner circumference, by which the cylinder is preferably directly delimited. The reciprocating piston engine also includes at least one piston which is accommodated in the cylinder in a translationally movable manner. This means that the piston in the cylinder can be moved translationally relative to the cylinder wall or relative to the housing. The piston is coupled in an articulated manner to the crankshaft via a connecting rod, as a result of which, for example, translational movements of the piston in the cylinder can be converted into a rotary movement or rotation of the crankshaft relative to the housing, in particular in a first direction of rotation.

Beispielsweise begrenzen der Zylinder und der Kolben jeweils teilweise einen Brennraum der Hubkolbenmaschine, wobei insbesondere in dem befeuerten Betrieb der Hubkolbenmaschine in dem Brennraum Verbrennungsvorgänge ablaufen. Durch diese Verbrennungsvorgänge wird der Kolben, welcher beispielsweise in dem Zylinder zwischen einem unteren Totpunkt (UT) und einem oberen Totpunkt (OT) translatorisch bewegbar ist, angetrieben, das heißt translatorisch bewegt. Da der Kolben mit der ersten Kurbelwelle gelenkig gekoppelt ist, wird durch Antreiben des Kolbens die erste Kurbelwelle angetrieben und somit um die Drehachse, insbesondere in die erste Drehrichtung, relativ zu dem Gehäuse gedreht. Hierdurch kann die Hubkolbenmaschine über ihre Kurbelwelle das zuvor genannte Drehmoment zum Antreiben des Kraftfahrzeugs bereitstellen. Das Pleuel ist einerseits zumindest mittelbar gelenkig mit dem Kolben und andererseits zumindest mittelbar gelenkig mit der ersten Kurbelwelle gekoppelt. Beispielsweise ist das Pleuel einerseits über einen Kolbenbolzen gelenkig mit dem Kolben gekoppelt. Beispielsweise sind jeweilige Längenbereiche des Kolbenbolzens in jeweiligen Aufnahmen des Pleuels und des Kolbens aufgenommen, wodurch das Pleuel einerseits gelenkig mit dem Kolben gekoppelt ist. Unter der gelenkigen Kopplung des Pleuels mit dem Kolben ist insbesondere zu verstehen, dass das Pleuel relativ zu dem Kolben, insbesondere um eine Schwenkachse, verschwenkbar ist, während das Pleuel mit dem Kolben gekoppelt ist. Vorzugsweise verläuft die Schwenkachse parallel zur ersten Drehachse.For example, the cylinder and the piston each partially delimit a combustion chamber of the reciprocating piston engine, with combustion processes taking place in the combustion chamber in particular when the reciprocating piston engine is in the fired operation. The piston, which can be moved in a translatory manner in the cylinder between a bottom dead center (UT) and a top dead center (OT), is driven by these combustion processes, that is to say moved in a translatory manner. Since the piston is articulated to the first crankshaft, the first crankshaft is driven by driving the piston and is thus rotated about the axis of rotation, in particular in the first direction of rotation, relative to the housing. As a result, the reciprocating piston machine can provide the aforementioned torque for driving the motor vehicle via its crankshaft. The connecting rod is, on the one hand, at least indirectly articulated to the piston and, on the other hand, at least indirectly articulated to the first crankshaft. For example, the connecting rod is coupled to the piston in an articulated manner via a piston pin. For example, respective longitudinal areas of the piston pin are accommodated in respective receptacles of the connecting rod and the piston, as a result of which the connecting rod is coupled to the piston in an articulated manner. The articulated coupling of the connecting rod to the piston means in particular that the connecting rod can be pivoted relative to the piston, in particular about a pivot axis is pivotable while the connecting rod is coupled to the piston. The pivot axis preferably runs parallel to the first axis of rotation.

Um nun einen besonders hohen Wirkungsgrad der auch als Kolbenmotor bezeichneten und als Kolbenmotor ausgebildeten Hubkolbenmaschine realisieren zu können, ist es erfindungsgemäß vorgesehen, dass die Hubkolbenmaschine eine insbesondere separat von der ersten Kurbelwelle ausgebildete zweite Kurbelwelle aufweist, welche um eine zweite Drehachse relativ zu der ersten Kurbelwelle drehbar an der ersten Kurbelwelle gelagert ist. Die zweite Drehachse ist dabei von der ersten Drehachse beabstandet, wobei die zweite Drehachse parallel zur ersten Drehachse verläuft. Somit kann sich die zweite Kurbelwelle um die zweite Drehachse relativ zu der ersten Kurbelwelle drehen beziehungsweise die zweite Kurbelwelle kann um die zweite Drehachse relativ zu der ersten Kurbelwelle gedreht werden, während die zweite Kurbelwelle an der ersten Kurbelwelle gelagert ist beziehungsweise während die zweite Kurbelwelle mit der ersten Kurbelwelle verbunden beziehungsweise gekoppelt ist. Außerdem weist die zweite Kurbelwelle einen Hubzapfen auf, mit welchem der Kolben über das Pleuel gelenkig gekoppelt ist. Unter dem Hubzapfen und der gelenkigen Kopplung des Kolbens über das Pleuel mit dem Hubzapfen ist insbesondere Folgendes zu verstehen: Der Hubzapfen beziehungsweise dessen Längsachse, insbesondere Längsmittelachse, ist vorzugsweise von den Drehachsen beabstandet und verläuft parallel zu den Drehachsen. Das einerseits gelenkig mit dem Kolben gekoppelte Pleuel ist andererseits gelenkig mit dem Hubzapfen gekoppelt, insbesondere derart, dass das Pleuel an oder auf dem Hubzapfen gelenkig, insbesondere drehbar beziehungsweise schwenkbar, gelagert ist, insbesondere derart, dass das Pleuel über eine zweite Schwenkachse relativ zu dem Hubzapfen verschwenkbar ist, während das Pleuel mit dem Hubzapfen gekoppelt beziehungsweise verbunden, das heißt an dem Hubzapfen gelagert ist.In order to be able to achieve a particularly high degree of efficiency of the reciprocating-piston machine, also referred to as a piston engine and designed as a piston engine, it is provided according to the invention that the reciprocating-piston machine has a second crankshaft, which is designed in particular separately from the first crankshaft and which rotates about a second axis of rotation relative to the first crankshaft is rotatably mounted on the first crankshaft. The second axis of rotation is spaced apart from the first axis of rotation, with the second axis of rotation running parallel to the first axis of rotation. Thus, the second crankshaft can rotate about the second axis of rotation relative to the first crankshaft or the second crankshaft can be rotated about the second axis of rotation relative to the first crankshaft, while the second crankshaft is mounted on the first crankshaft or while the second crankshaft is connected to the first crankshaft is connected or coupled. In addition, the second crankshaft has a crank pin, with which the piston is coupled in an articulated manner via the connecting rod. The crank pin and the articulated coupling of the piston to the crank pin via the connecting rod mean in particular the following: the crank pin or its longitudinal axis, in particular the longitudinal center axis, is preferably spaced apart from the axes of rotation and runs parallel to the axes of rotation. The connecting rod, which on the one hand is articulated to the piston, is on the other hand articulated to the crankpin, in particular in such a way that the connecting rod is articulated, in particular rotatable or pivotable, on or on the crankpin, in particular in such a way that the connecting rod has a second pivot axis relative to the Crank pin is pivotable, while the connecting rod coupled or connected to the crank pin, that is, is mounted on the crank pin.

Die zweite Schwenkachse ist beispielsweise von der ersten Schwenkachse beabstandet, wobei die zweite Schwenkachse parallel zu der ersten Schwenkachse verlaufen kann. Beispielsweise fällt die zweite Schwenkachse mit der zuvor genannten Längsachse beziehungsweise Längsmittelachse zusammen. Da die erste Drehachse von der zweiten Drehachse beabstandet ist und parallel zu der zweiten Drehachse verläuft, weisen die Drehachsen einen senkrecht zu den Drehachsen verlaufenden, ersten Abstand zueinander auf. Da außerdem die zweite Schwenkachse von den Drehachsen beabstandet ist und vorzugsweise parallel zu den Drehachsen verläuft, weisen die zweite Schwenkachse und die zweite Drehachse einen senkrecht zu der zweiten Schwenkachse und senkrecht zu der zweiten Drehachse verlaufenden, zweiten Abstand zueinander auf. Der erste Abstand ist ein erster Radius eines ersten Kreises, dessen Mittelpunkt auf der ersten Drehachse liegt, wobei dann, wenn die erste Kurbelwelle um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht wird, die zweite Drehachse entlang des ersten Kreises bewegt wird beziehungsweise den ersten Kreis beschreibt oder abfährt. Der zweite Abstand ist ein zweiter Radius eines zweiten Kreises, dessen Mittelpunkt auf der zweiten Drehachse liegt. Wird nun die zweite Kurbelwelle um die zweite Drehachse relativ zu der ersten Kurbelwelle gedreht, so wird die zweite Schwenkachse entlang des zweiten Kreises bewegt beziehungsweise die zweite Schwenkachse beschreibt den zweiten Kreis oder fährt den zweiten Kreis ab. Der zweite Kreis bewegt sich wiederum selbst fort, denn sein Mittelpunkt liegt auf dem Radius des ersten Kreises, also wie ein Rad, das in einem Hohlrad abrollt. Hierdurch kann eine Kurbelkinematik beziehungsweise ein zumindest die Kurbelwellen, das Pleuel und den Kolben umfassender Kurbeltrieb geschaffen werden, sodass im Vergleich zu herkömmlichen Hubkolbenmaschinen ein besonders hoher beziehungsweise ein höherer Wirkungsgrad dargestellt werden kann. Dadurch können der Kraftstoffverbrauch und somit die CO2-Emissionen der Hubkolbenmaschine besonders gering gehalten werden.The second pivot axis is spaced apart from the first pivot axis, for example, it being possible for the second pivot axis to run parallel to the first pivot axis. For example, the second pivot axis coincides with the aforementioned longitudinal axis or longitudinal center axis. Since the first axis of rotation is spaced apart from the second axis of rotation and runs parallel to the second axis of rotation, the axes of rotation are at a first distance from one another, running perpendicularly to the axes of rotation. In addition, since the second pivot axis is spaced from the pivot axes and preferably parallel to the pivot axes, the second pivot axis and the second pivot axis have a second spacing perpendicular to the second pivot axis and perpendicular to the second pivot axis. The first distance is a first radius of a first circle centered on the first axis of rotation, wherein when the first crankshaft is rotated about the first axis of rotation relative to the housing, the second axis of rotation is moved along the first circle describes or departs. The second distance is a second radius of a second circle centered on the second axis of rotation. If the second crankshaft is now rotated about the second axis of rotation relative to the first crankshaft, the second pivot axis is moved along the second circle or the second pivot axis describes the second circle or travels the second circle. The second circle in turn moves itself because its center is on the radius of the first circle, i.e. like a wheel that rolls in a ring gear. As a result, crank kinematics or a crank mechanism comprising at least the crankshaft, the connecting rod and the piston can be created, so that a particularly high or higher degree of efficiency can be achieved compared to conventional reciprocating piston machines. As a result, the fuel consumption and thus the CO 2 emissions of the reciprocating engine can be kept particularly low.

Der Erfindung liegen insbesondere die folgenden Erkenntnisse und Überlegungen zugrunde. Der Wirkungsgrad einer insbesondere als Verbrennungsmotor ausgebildeten Hubkolbenmaschine wird im Wesentlichen durch zwei Prozessgrößen bestimmt: Eine erste der Prozessgrößen ist die Länge des Expansionswegs, der beispielsweise von dem Kolben während eines auch als Arbeitstakt bezeichneten Expansionstakts der vorzugsweise als Vier-Takt-Motor ausgebildeten Hubkolbenmaschine zurückgelegt wird. Die zweite Prozessgröße ist der Kolbenmitteldruck beziehungsweise der Wert der Integration über pdV, bedingt durch den maximalen Druck pmax im Brennraum und den minimalen Druck pmin im Brennraum - und damit letztendlich durch den so genannten Mitteldruck p_mittel. Der auch als Kolbenmitteldruck oder Brennraumdruck bezeichnete Mitteldruck p_mittel ist üblicherweise technisch-konzeptionell durch physikalische Eigenschaften eines Kraftstoffs begrenzt, welcher verwendet wird, um die Hubkolbenmaschine in dem befeuerten Betrieb zu betreiben. In dem befeuerten Betrieb wird während eines jeweiligen, sich beispielsweise über genau 720 Grad Kurbelwinkel erstreckenden Arbeitsspiels der Hubkolbenmaschine wenigstens eine Menge des beispielsweise flüssigen oder gasförmigen Kraftstoffs in den Brennraum eingebracht, insbesondere direkt eingespritzt. Hierdurch wird der Brennraum mit dem Kraftstoff versorgt. Außerdem wird Luft in den Brennraum eingebracht, wobei aus der Luft und dem Kraftstoff ein einfach auch als Gemisch bezeichnetes, Kraftstoff-Luft-Gemisch erzeugt wird. Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels verbrannt, sodass es zu dem jeweiligen Verbrennungsvorgang kommt. Mit anderen Worten wird das Gemisch im Rahmen des jeweiligen Verbrennungsvorgangs verbrannt, wodurch der Kolben und über den Kolben und das Pleuel die als Abtriebswelle fungierende erste Kurbelwelle angetrieben werden.The invention is based in particular on the following findings and considerations. The efficiency of a reciprocating piston engine designed in particular as an internal combustion engine is essentially determined by two process variables: A first of the process variables is the length of the expansion path that is covered, for example, by the piston during an expansion stroke, also known as a power stroke, of the reciprocating piston engine, which is preferably designed as a four-stroke engine . The second process variable is the piston mean pressure or the value of the integration via pdV, caused by the maximum pressure pmax in the combustion chamber and the minimum pressure pmin in the combustion chamber - and thus ultimately by the so-called mean pressure p_mean. The mean pressure p_medium, also referred to as mean piston pressure or combustion chamber pressure, is usually technically and conceptually limited by the physical properties of a fuel that is used to operate the reciprocating piston engine in the fired mode. In the fired operation, at least a quantity of the liquid or gaseous fuel, for example, is introduced into the combustion chamber, in particular injected directly, during a respective working cycle of the reciprocating piston engine, which extends, for example, over exactly 720 crank angle degrees. As a result, the combustion chamber is supplied with fuel. In addition, air is introduced into the combustion chamber, with the air and fuel forming a fuel-air mixture, also simply referred to as a mixture. mixture is generated. The fuel-air mixture is burned within the respective working cycle, so that the respective combustion process occurs. In other words, the mixture is burned as part of the respective combustion process, as a result of which the piston and, via the piston and the connecting rod, the first crankshaft, which functions as the output shaft, are driven.

Als der Kraftstoff kann ein Ottokraftstoff beziehungsweise Benzin verwendet werden. Somit kann die Hubkolbenmaschine als Benzin- beziehungsweise Ottomotor ausgebildet sein. Der Kolbenmitteldruck wird im Hinblick auf den Ottokraftstoff durch dessen Klopffestigkeit begrenzt. Ferner ist es denkbar, als den Kraftstoff einen Dieselkraftstoff zu verwenden, sodass die Hubkolbenmaschine beispielsweise als ein Dieselmotor ausgebildet sein kann. Während bei dem Ottomotor das Gemisch per Fremdzündung gezündet wird, erfolgt beim Dieselmotor eine Zündung des Gemisches per Selbstzündung. Im Hinblick auf den Dieselkraftstoff beziehungsweise den Dieselmotor wird der Kolbenmitteldruck durch den Druck beziehungsweise die Temperatur der Selbstzündung begrenzt. Beide Grenzen machen eine Anhebung des maximalen Drucks beziehungsweise der maximalen Temperatur insbesondere im Hinblick auf den so genannten Carnot-Wirkungsgrad ohne nennenswerte Änderungen üblicherweise unmöglich. Vor diesem Hintergrund ermöglicht die Erfindung im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen eine Erhöhung der Verdichtung, möglichst bis hin zur Selbstzündungsgrenze, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine darstellbar ist.Otto fuel or gasoline can be used as the fuel. Thus, the reciprocating engine can be designed as a gasoline or Otto engine. With regard to petrol, mean piston pressure is limited by its knock resistance. It is also conceivable to use diesel fuel as the fuel, so that the reciprocating piston machine can be designed as a diesel engine, for example. While the mixture is ignited by spark ignition in the petrol engine, the mixture is ignited by self-ignition in the diesel engine. With regard to diesel fuel or the diesel engine, the mean piston pressure is limited by the pressure or the temperature of the self-ignition. Both limits usually make it impossible to increase the maximum pressure or the maximum temperature, in particular with regard to the so-called Carnot efficiency, without significant changes. Against this background, the invention makes it possible to increase the compression compared to conventional solutions, if possible up to the self-ignition limit, as a result of which a particularly high efficiency of the reciprocating piston engine can be achieved.

Bei einer jeweiligen, vollständigen Umdrehung der Kurbelwelle kommt diese in unterschiedliche Drehstellungen, welche auch als Kurbelwinkel, Kurbelwinkelpositionen oder Gradkurbelwinkel bezeichnet werden. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen ermöglicht die Erfindung nun eine Verschiebung der maximalen Verdichtung des Gemisches im Zylinder beziehungsweise im Brennraum auf eine Drehstellung beziehungsweise auf einen Kurbelwinkel, die beziehungsweise der hinter dem oberen Totpunkt des Kolbens und/oder hinter einem oberen Totpunkt liegt, welcher nur durch Verwendung der ersten Kurbelwelle und somit bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen realisierbar wäre. Insbesondere kann durch die Erfindung eine solche Nachverdichtung des Gemisches in dem Zylinder realisiert werden, wobei die Nachverdichtung auf den oberen Totpunkt des Kolbens vor, das heißt sich innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels an den oberen Totpunkt des Kolbens anschließt.With a respective, complete rotation of the crankshaft, it comes into different rotational positions, which are also referred to as crank angles, crank angle positions or degree crank angles. Compared to conventional solutions, the invention now enables the maximum compression of the mixture in the cylinder or in the combustion chamber to be shifted to a rotational position or to a crank angle which lies behind the top dead center of the piston and/or behind a top dead center which is only through Use of the first crankshaft and thus would be feasible in conventional reciprocating engines. In particular, such a post-compression of the mixture in the cylinder can be realized by the invention, with the post-compression before the top dead center of the piston, ie within the respective working cycle following the top dead center of the piston.

Um einen besonders wirkungsgradgünstigen Betrieb der Hubkolbenmaschine realisieren zu können, ist es bei einer Ausführungsform der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Kurbelwelle derart mit dem Gehäuse, insbesondere formschlüssig gekoppelt ist, dass aus einer um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle eine um die zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der ersten Kurbelwelle erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle resultiert. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die zweite Kurbelwelle derart, insbesondere direkt, mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dass dann, wenn die erste Kurbelwelle um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse gedreht wird, daraus resultierend die zweite Kurbelwelle über die zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der ersten Kurbelwelle gedreht wird, beziehungsweise umgekehrt. Insbesondere können dadurch definierte Drehstellungen beziehungsweise Drehpositionen der Kurbelwellen relativ zueinander sichergestellt werden, sodass ein besonders effektiver und effizienter Betrieb darstellbar ist. Insbesondere während eines Betriebs der Hubkolbenmaschine hat die primäre, erste Kurbelwelle KW nur eine Drehzahl, nämlich die um erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse. Die sekundäre, zweite Kurbelwelle hat zwei Drehzahlen nämlich, erstens eine quasi translatorische Rotationsbewegung, mit der sie die Rotationsachse der primären Kurbelwelle umkreist, was der Drehzahl der primären Kurbelwelle entspricht, und zweitens eine Eigenrotationsdrehzahl um die eigene, zweite Drehachse, die durch eine Abrollbewegung auf einem entsprechenden, sich beispielsweise auf die ersten Drehachse beziehenden Radius bedingt ist bzw. durch entsprechende Radien gegenüber der Drehzahl der primären Kurbelwelle dimensioniert werden kann.In order to be able to achieve particularly efficient operation of the reciprocating piston machine, one embodiment of the invention provides that the second crankshaft is coupled to the housing, in particular in a form-fitting manner, such that the first crankshaft rotates about the first axis of rotation relative to the housing rotation of the second crankshaft about the second axis of rotation relative to the housing and relative to the first crankshaft results. In other words, it is preferably provided that the second crankshaft is coupled, in particular directly, to the housing in such a way that when the first crankshaft is rotated about the first axis of rotation relative to the housing, the second crankshaft results via the second axis of rotation is rotated relative to the housing and relative to the first crankshaft, and vice versa. In particular, defined rotational positions or rotational positions of the crankshafts relative to one another can be ensured in this way, so that particularly effective and efficient operation can be achieved. In particular, during operation of the reciprocating piston engine, the primary, first crankshaft KW has only one speed, namely about the first axis of rotation relative to the housing. The secondary, second crankshaft has two speeds, namely, firstly a quasi-translational rotational movement with which it circles the axis of rotation of the primary crankshaft, which corresponds to the speed of the primary crankshaft, and secondly a self-rotational speed around its own, second axis of rotation, which is caused by a rolling movement a corresponding radius, for example relating to the first axis of rotation, or can be dimensioned by corresponding radii in relation to the rotational speed of the primary crankshaft.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass die zweite Kurbelwelle derart, insbesondere formschlüssig, mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dass aus einer um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse in die erste Drehrichtung erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle eine um die zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der ersten Kurbelwelle in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle resultiert. Während sich somit beispielsweise während des befeuerten Betriebs der Hubkolbenmaschine die erste Kurbelwelle um die erste Drehachse in die erste Drehrichtung dreht, dreht sich die zweite Kurbelwelle um die zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der ersten Kurbelwelle in die zweite Drehrichtung, die der ersten Drehrichtung entgegengesetzt ist. A further embodiment is characterized in that the second crankshaft is coupled to the housing, in particular in a form-fitting manner, in such a way that a rotation of the first crankshaft around the first axis of rotation relative to the housing in the first direction of rotation results in a rotation around the second axis of rotation relative to the housing and relative to the first crankshaft results in rotation of the second crankshaft in the opposite direction to the first direction of rotation, in the second direction of rotation. For example, while the first crankshaft rotates about the first axis of rotation in the first direction of rotation during fired operation of the reciprocating piston engine, the second crankshaft rotates about the second axis of rotation relative to the housing and relative to the first crankshaft in the second direction of rotation, which is the first Direction of rotation is opposite.

Wieder mit anderen Worten ausgedrückt sind die Drehrichtungen gegenbeziehungsweise widersinnig, wodurch auf recht einfache Weise ein besonders hoher Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine dargestellt werden kann. Ferner ist es denkbar, dass die Drehungen bzw. Drehzahlen der Kurbelwellen gleichgerichtet sind. Mit anderen Worten, wenn sich z.B. die primäre Kurbelwelle in eine erste der Drehrichtungen dreht, umkreist die Rotationsachse der sekundären Kurbelwelle die primäre Kurbelwelle in die erste Drehrichtung, die Eigenrotation der sekundären Kurbelwelle erfolgt in die zweite Drehrichtung, mithin dreht sich die sekundäre Kurbellwelle um ihre Drehachse in die zweite Drehrichtung, insbesondere bei Verwendung des Hohlrads und somit einer Hohlradverzahnung anstelle eines Stirnrads bzw. einer Stirnradverzahnung. Mit anderen Worten ist es denkbar, dass die zweite Kurbelwelle derart, insbesondere formschlüssig, mit dem Gehäuse gekoppelt ist, dass aus einer um die erste Drehachse relativ zu dem Gehäuse in die erste Drehrichtung erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle eine um die zweite Drehachse relativ zu dem Gehäuse und relativ zu der ersten Kurbelwelle in die erste Drehrichtung erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle resultiert.To put it another way, the directions of rotation are opposite or contradictory, which means that the reciprocating piston machine has a particularly high degree of efficiency in a very simple manner can be provided. Furthermore, it is conceivable that the rotations or speeds of the crankshafts are rectified. In other words, if, for example, the primary crankshaft rotates in a first of the directions of rotation, the axis of rotation of the secondary crankshaft orbits the primary crankshaft in the first direction of rotation, the secondary crankshaft rotates in the second direction of rotation, thus the secondary crankshaft rotates about its own Axis of rotation in the second direction of rotation, in particular when using the ring gear and thus a ring gear toothing instead of a spur gear or a spur gear toothing. In other words, it is conceivable that the second crankshaft is coupled to the housing, in particular in a form-fitting manner, such that a rotation of the first crankshaft about the first axis of rotation relative to the housing in the first direction of rotation results in a rotation about the second axis of rotation relative to the Housing and relative to the first crankshaft in the first direction of rotation occurring rotation of the second crankshaft results.

Um einen besonders hohen Wirkungsgrad und dabei insbesondere die zuvor geschriebene Nachverdichtung realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass die zweite Kurbelwelle derart mit dem Gehäuse, insbesondere formschlüssig, gekoppelt ist, dass sich die zweite Kurbelwelle dann, wenn sich die erste Kurbelwelle mit einer ersten Drehzahl um die erste Drehachse dreht, die zweite Kurbelwelle um die zweite Drehachse mit einer zweiten Drehzahl dreht, welche ein ganzzahliges Vielfaches der halben ersten Drehzahl ist.In order to be able to achieve a particularly high level of efficiency and in particular the post-compression described above, it is provided in a further embodiment of the invention that the second crankshaft is coupled to the housing, in particular in a form-fitting manner, that the second crankshaft then moves when the the first crankshaft rotates at a first speed about the first axis of rotation, the second crankshaft rotates about the second axis of rotation at a second speed, which is an integral multiple of half the first speed.

Wie oben beschrieben hat die sekundäre Kurbelwelle zwei Drehzahlen: eine Bahndrehzahl um die erste Drehachse, insbesondere relativ zu dem Gehäuse, und eine Eigenrotation oder Eigenrotationsdrehzahl um die zweite Drehachse, insbesondere relativ zu der ersten Kurbelwelle. Vorzugsweise ist eine solche Kinematik vorgesehen, dass die Eigenrotationsdrehzahl der sekundären, zweite Kurbelwelle über, insbesondere genau, zwei, insbesondere vollständige und um die erste Drehachse erfolgende, Umdrehungen der primären, ersten Kurbelwelle, selbst, insbesondere genau, eine Eigenrotation bzw. vollständige Umdrehung, insbesondere um die zweite Drehachse, vollführt oder einen höheren geradzahligen Wert (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 etc.).As described above, the secondary crankshaft has two speeds: a web speed about the first axis of rotation, particularly relative to the housing, and a self-rotation or intrinsic rotational speed about the second axis of rotation, particularly relative to the first crankshaft. Kinematics are preferably provided such that the intrinsic rotational speed of the secondary, second crankshaft over, in particular precisely, two, in particular complete, revolutions of the primary, first crankshaft, taking place around the first axis of rotation, itself, in particular precisely, one intrinsic rotation or complete revolution, in particular around the second axis of rotation, or a higher even value (2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 etc.).

Ferner ist es denkbar, dass sich die zweite Kurbelwelle dann, wenn sich die erste Kurbelwelle mit der ersten Drehzahl um die erste Drehachse dreht, die zweite Kurbelwelle um die zweite Drehachse mit einer zweiten Drehzahl dreht, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Hälfte der ersten Drehzahl ist.It is also conceivable that when the first crankshaft rotates at the first speed about the first axis of rotation, the second crankshaft rotates the second crankshaft about the second axis of rotation at a second speed, which is an integer multiple of half the first speed .

Dabei hat es sich als besonders vorteilhaft gezeigt, wenn die zweite Drehzahl mindestens oder genau das Vierfache der ersten Drehzahl ist. Mit anderen Worten ist die zweite Drehzahl mindestens oder genau viermal so groß wie die erste Drehzahl. Hierdurch kann ein besonders wirkungsgradgünstiger Betrieb gewährleistet werden. Mit dem oben genannt, ungeradzahligen und/oder ganzzahligen Vielfachen bzw. ganzzahligen Vielfachen, insbesondere der Hälfte der erste ersten Drehzahl, wäre die zweite Drehzahl z.B. das 1,5-fache der ersten Drehzahl, oder das 2,5-fache etc. Dann kann der Kolbenhub-Verlauf über einen Winkeloffset bzw. -versatz so gegenüber dem Kurbelwinkel der ersten, primären Kurbelwelle KW-Winkel bzw. x_KW „verkippt“ werden, dass Verdichtungsweg und Expansionsweg unterschiedlich groß sind.It has proven to be particularly advantageous if the second speed is at least or exactly four times the first speed. In other words, the second speed is at least or exactly four times the first speed. A particularly efficient operation can be ensured in this way. With the odd and/or integer multiples or integer multiples mentioned above, in particular half of the first speed, the second speed would be, for example, 1.5 times the first speed, or 2.5 times etc. Then it can the piston stroke course is “tilted” via an angular offset or offset in relation to the crank angle of the first, primary crankshaft KW angle or x_KW, so that the compression path and expansion path are of different sizes.

Bei einer weiteren, besonders vorteilhaften Ausführungsform der Erfindung weist die Hubkolbenmaschine wenigstens ein an dem Gehäuse vorgesehenes, erstes Zahnrad auf. Das erste Zahnrad weist eine erste Verzahnung auf. Beispielsweise ist das erste Zahnrad als ein Stirnrad ausgebildet. Außerdem weist die Hubkolbenmaschine ein an der zweiten Kurbelwelle vorgesehenes, zweites Zahnrad auf, welches direkt mit dem ersten Zahnrad in Eingriff steht. Darunter ist insbesondere zu verstehen, dass die Verzahnungen direkt ineinander eingreifen. Dadurch, dass Zahnräder in gegenseitigem Eingriff stehen, ist die zweite Kurbelwelle mit dem Gehäuse, insbesondere direkt und formschlüssig, gekoppelt. Unter der Kopplung der zweiten Kurbelwelle mit dem Gehäuse ist nicht etwa eine gehäusefest Anbindung der zweiten Kurbelwelle an das Gehäuse, sondern eine Kopplung im Sinne einer kinematisch geführten Bewegung zu verstehen.In a further, particularly advantageous embodiment of the invention, the reciprocating piston machine has at least one first gear wheel provided on the housing. The first gear has a first set of teeth. For example, the first gear is designed as a spur gear. In addition, the reciprocating piston machine has a second gear wheel which is provided on the second crankshaft and which meshes directly with the first gear wheel. This means, in particular, that the teeth mesh directly with one another. Due to the fact that gears are in mutual engagement, the second crankshaft is coupled to the housing, in particular directly and in a form-fitting manner. The coupling of the second crankshaft to the housing is not to be understood as meaning a connection of the second crankshaft to the housing fixed to the housing, but rather a coupling in the sense of a kinematically guided movement.

Die Zahnräder ermöglichen eine vorteilhafte, schlupffreie oder schlupfarme Abrollbewegung bzw. Kopplung der zweiten, sekundären Kurbelwelle mit dem Gehäuse gefordert. Ferner ist alternativ oder zusätzlich eine andere Kopplung denkbar, z.B. eine reibschlüssige Abrollung bzw. Kopplung zwischen Gehäuse und zweiter Kurbelwelle.The gears enable an advantageous, slip-free or low-slip rolling movement or coupling of the second, secondary crankshaft with the housing. Furthermore, another coupling is conceivable as an alternative or in addition, e.g. a frictional roll-off or coupling between the housing and the second crankshaft.

Um definierte Drehstellungen der Kurbelwellen relativ zueinander sicherstellen und somit einen besonders wirkungsgradgünstigen Betrieb realisieren zu können, ist es in weiterer Ausgestaltung der Erfindung vorgesehen, dass das erste Zahnrad drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Insbesondere ist das erste Zahnrad koaxial zur ersten Drehachse angeordnet. Dabei ist es denkbar, dass das erste Zahnrad separat von dem Gehäuse ausgebildet und drehfest mit dem Gehäuse verbunden ist. Ferner ist es denkbar, dass das erste Zahnrad einstückig mit dem Gehäuse ausgebildet ist. Vorzugsweise ist das erste Zahnrad an dem Gehäuse derart festgelegt, dass rotatorische und translatorische Relativbewegungen zwischen dem ersten Zahnrad und dem Gehäuse unterbleiben. Mithin ist vorzugsweise das erste Zahnrad an dem Gehäuse festgelegt, sowohl rotatorisch als auch translatorisch.In order to ensure defined rotational positions of the crankshafts relative to one another and thus to be able to implement particularly efficient operation, it is provided in a further embodiment of the invention that the first gear wheel is non-rotatably connected to the housing. In particular, the first gear wheel is arranged coaxially to the first axis of rotation. It is conceivable that the first gear wheel is formed separately from the housing and is connected to the housing in a rotationally fixed manner. Furthermore, it is conceivable that the first gear is formed integrally with the housing. The first gear wheel is preferably fixed to the housing in such a way that rotational and translational relative movements between the first gear wheel and the housing do not take place. Consequently, the first gear wheel is preferably fixed to the housing, both rotationally and translationally.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist es vorgesehen, dass das erste Zahnrad relativ zu dem Gehäuse verdrehbar ist. Beispielsweise kann das erste Zahnrad, insbesondere um wenigstens einen diskreten Winkelversatz, in unterschiedliche Drehstellungen relativ zu dem Gehäuse gedreht und in den Drehstellungen relativ zu dem Gehäuse fixiert werden. Beispielsweise kann das erste Zahnrad um seine eigene Längsachse und vorzugsweise relativ zu der Drehachse der primären Kurbelwelle verdreht werden.In a further embodiment of the invention, provision is made for the first gear wheel to be rotatable relative to the housing. For example, the first gear can be rotated, in particular by at least one discrete angular offset, into different rotational positions relative to the housing and fixed in the rotational positions relative to the housing. For example, the first gear may be rotated about its own longitudinal axis and preferably relative to the axis of rotation of the primary crankshaft.

Eine weitere Ausführungsform zeichnet sich dadurch aus, dass das erste Zahnrad als ein Hohlrad ausgebildet ist. Dadurch können die Zahnräder besonders vorteilhaft und bauraumgünstig miteinander kämmen, sodass die Kurbelwellen besonders vorteilhaft bewegungstechnisch miteinander gekoppelt sind. Das erste Zahnrad kann beispielsweise eine Kegelförmige Verzahnung haben bzw. kann als ein Kegelrad ausgebildet sein, was zu einer einfachen Montage führen könnte. Ferner kann das erste Zahnrad eine Stirnverzahnung, insbesondere axial, nicht oder auch radial, aufweisen, mithin als ein Stirnrad ausgebildet sein. Mischformen sind denkbar. Insbesondere kann das erste Zahnrad ein Kegelrad oder ein anderes Zahnrad sein.A further embodiment is characterized in that the first gear wheel is designed as a ring gear. As a result, the gears can mesh with one another in a particularly advantageous and space-saving manner, so that the crankshafts are particularly advantageously coupled to one another in terms of movement. The first gear wheel can, for example, have a conical toothing or can be designed as a bevel gear, which could lead to simple assembly. Furthermore, the first gear can have spur gearing, in particular axially, not or also radially, and can therefore be designed as a spur gear. Mixed forms are conceivable. In particular, the first gear can be a bevel gear or another gear.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das zweite Zahnrad drehfest mit der zweiten Kurbelwelle verbunden ist. Beispielsweise ist das zweite Zahnrad koaxial zur zweiten Drehachse angeordnet. Es ist denkbar, dass das zweite Zahnrad separat von der zweiten Kurbelwelle ausgebildet und drehfest mit der zweiten Kurbelwelle verbunden ist. Als besonders vorteilhaft hat es sich jedoch gezeigt, wenn das zweite Zahnrad einstückig mit der zweiten Kurbelwelle ausgebildet ist. Dadurch kann ein besonders hoher Wirkungsgrad gewährleistet werden.In a further embodiment of the invention, it is provided that the second gear wheel is connected in a rotationally fixed manner to the second crankshaft. For example, the second gear wheel is arranged coaxially to the second axis of rotation. It is conceivable that the second gear wheel is formed separately from the second crankshaft and is connected to the second crankshaft in a torque-proof manner. However, it has proven to be particularly advantageous if the second gear wheel is designed in one piece with the second crankshaft. This ensures a particularly high level of efficiency.

Ein zweiter Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung, welche wenigstens eine Hubkolbenmaschine gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung aufweist. Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des ersten Aspekts der Erfindung sind als Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen des zweiten Aspekts der Erfindung anzusehen und umgekehrt. Vorzugsweise ist die Vorrichtung ein Fahrzeug, welches mittels der Hubkolbenmaschine, insbesondere über deren Kurbelwelle, antreibbar ist. Das Fahrzeug ist vorzugsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere ein Kraftwagen und ganz insbesondere ein Personenkraftwagen. Ferner kann die Vorrichtung, insbesondere das Fahrzeug, als ein Wasserfahrzeug, insbesondere als ein Schiff oder Boot, als ein Landfahrzeug, als ein Schienenfahrzeug oder als ein Flugzeug ausgebildet sein.A second aspect of the invention relates to a device which has at least one reciprocating piston machine according to the first aspect of the invention. Advantages and advantageous configurations of the first aspect of the invention are to be regarded as advantages and advantageous configurations of the second aspect of the invention and vice versa. The device is preferably a vehicle which can be driven by means of the reciprocating piston machine, in particular via its crankshaft. The vehicle is preferably a motor vehicle, in particular a motor vehicle and very particularly a passenger car. Furthermore, the device, in particular the vehicle, can be designed as a watercraft, in particular as a ship or boat, as a land vehicle, as a rail vehicle or as an airplane.

Insgesamt ist erkennbar, dass die zweite Kurbelwelle bezogen auf einen Kraftfluss zwischen der ersten Kurbelwelle und dem Pleuel angeordnet und dabei insbesondere zwischen die erste Kurbelwelle und das Pleuel integriert ist. Die erste Drehzahl wird auch als Kurbelwellendrehzahl bezeichnet wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass dann, wenn die erste Kurbelwelle mit der Kurbelwellendrehzahl rotiert, die zweite Kurbelwelle mit einem, insbesondere ganzzahligen und/oder ungeradzahligen, vielfachen der Kurbelwellendrehzahl oder deren Hälfte rotiert. Diese Rotationen beziehungsweise Rotationsbewegungen der Kurbelwellen relativ zueinander können insbesondere dadurch sichergestellt werden, dass die Zahnräder miteinander, insbesondere direkt, kämmen, wobei vorzugsweise das erste Zahnrad ein so genanntes Festrad ist. Hierunter ist insbesondere zu verstehen, dass das erste Zahnrad gegen relativ zu dem Gehäuse erfolgende Drehungen gesichert ist. Insbesondere ist das beispielsweise separat von dem Gehäuse ausgebildete Festrad an dem Gehäuse montiert und somit insbesondere drehfest mit dem Gehäuse verbunden.Overall, it can be seen that the second crankshaft is arranged between the first crankshaft and the connecting rod in relation to a power flow and is integrated in particular between the first crankshaft and the connecting rod. The first speed is also referred to as the crankshaft speed, it being preferably provided that when the first crankshaft rotates at the crankshaft speed, the second crankshaft rotates at a multiple, in particular an integer and/or odd number, of the crankshaft speed or half thereof. These rotations or rotational movements of the crankshafts relative to one another can be ensured in particular by the gears meshing with one another, in particular directly, with the first gear preferably being a so-called fixed gear. This means in particular that the first gear wheel is secured against rotation relative to the housing. In particular, the fixed wheel, which is formed separately from the housing, for example, is mounted on the housing and is therefore connected to the housing in a rotationally fixed manner.

Durch die so genannte Fourier-Überlagerung der Umlauffrequenzen der beiden Kurbelwellen sind dann verschiedene Pleuelwegcharakteristiken wählbar. Unter der jeweiligen Pleuelwegcharakteristik ist eine Charakteristik eines Wegs zu verstehen, der von dem Pleuel während einer vollständigen Umdrehung der ersten Kurbelwelle oder während eines Arbeitsspiels der Hubkolbenmaschine und somit während zwei vollständigen Umdrehungen der ersten Kurbelwelle zurückgelegt wird. Insbesondere ist es durch die Verwendung der gelenkig miteinander gekoppelten Kurbelwellen möglich, dass die insbesondere während des jeweiligen Arbeitsspiels in dem Zylinder stattfindende, maximale geometrische Verdichtung nicht in dem oberen Totpunkt des Kolbens, sondern dahinter liegt.Different connecting rod travel characteristics can then be selected by the so-called Fourier superimposition of the rotational frequencies of the two crankshafts. The respective connecting rod path characteristic is a characteristic of a path that is covered by the connecting rod during one complete revolution of the first crankshaft or during one working cycle of the reciprocating piston engine and thus during two complete revolutions of the first crankshaft. In particular, it is possible through the use of the crankshafts coupled to one another in an articulated manner that the maximum geometric compression taking place in the cylinder during the respective working cycle is not in the top dead center of the piston, but behind it.

Der Kolben bzw. dessen Weg bestimmt die maximale geometrische Verdichtung, welche nun nicht mehr mit dem oberen Totpunkt einer Kurbel der ersten Kurbelwelle zusammenfällt, sondern die maximale geometrische Verdichtung folgt zeitlich auf das Erreichen des oberen Totpunkts durch die Kurbel der primären Kurbelwelle, an deren Kurbel die zweite Kurbellwelle um die zweiten Drehachse drehbar gelagert ist. Dies ist insbesondere deswegen vorteilhaft, da die maximale geometrische Verdichtung ein auch als Trigger bezeichnetes Auslöseereignis zum Auslösen beziehungsweise Bewirken einer Selbstzündung des Gemisches in dem Zylinder ist.The piston or its path determines the maximum geometric compression, which now no longer coincides with the top dead center of a crank of the first crankshaft, but the maximum geometric compression follows the reaching of the top dead center by the crank of the primary crankshaft, on its crank the second crankshaft is rotatably mounted about the second axis of rotation. This is advantageous in particular because the maximum geometric compression is a triggering event, also referred to as a trigger, for triggering or causing self-ignition of the mixture in the cylinder.

Bei Verwendung der zwei Kurbelwellen kann die erste Kurbelwelle nicht mehr notwendiger Weise einstückig durch Schmieden gefertigt werden. Weist die beispielsweise als Reihenmotor ausgebildete Hubkolbenmaschine n Zylinder auf, so wäre dann beispielsweise die erste, primäre Kurbelwelle aus n+1 Einzelteilen gebildet und es könnten dann n zweite, sekundäre Kurbelwellen vorgesehen sein. Dabei ist mit n eine ganze positive Zahl bezeichnet. Die erste Kurbelwelle wird auch als Primärkurbelwelle oder primäre Kurbelwelle bezeichnet, wobei die zweite Kurbelwelle auch als Sekundärkurbelwelle oder sekundäre Kurbelwelle bezeichnet wird. Die Anzahl an Einzelteilen kann gering gehalten werden, wenn an dem Hubzapfen der sekundären Kurbelwelle nicht nur genau ein Pleuel, sondern mehr als ein Pleuel gelagert wird. Insbesondere ist es denkbar, dass alle, auch als Pleuelstangen bezeichneten Pleuel der Hubkolbenmaschine dreh- beziehungsweise verschwenkbar an demselben Hubzapfen der sekundären Kurbelwelle gelagert sind, wobei dann eine punktsymmetrische Kinematik vorteilhaft wäre, wobei dann eine geometrische Anordnung der Zylinder der eines Sternmotors gleichen könnte. Auch Teil-Sterne wären möglich, wenn man mehr als eine sekundäre Kurbelwelle nutzt. Beispielsweise könnte man einen 6er-Stern in axialer Richtung aufteilen in zwei Halbsterne zu je drei Zylindern und die Kurbeln der primären Kurbelwelle um 180° versetzen. Die Halbsterne könnten reihenartig direkt hintereinander angeordnet werden wie bei einem Reihenmotor (denn der Zündungsversatz zwischen den Halbsternen kommt dann nicht durch den geometrischen Versatz der Zylinder zustande sondern durch den Phasenversatz begründet durch die unterschiedlich angeordneten Kurbelarme der ersten primären Kurbelwelle). Dadurch könnte man die flächige Bauraumcharakteristik eines Sternmotors zugunsten einer quaderförmigen/kompakten Bauform verbessern. Insbesondere kann dann gelten: k=2n-2, wobei mit k eine ganze positive Zahl bezeichnet ist, deren Kehrwert beispielsweise multipliziert mit 2 und dem ersten Radius dem zweiten Radius entspricht oder entsprechen sollte, um dadurch einen besonders hohen Wirkungsgrad realisieren zu können. Insbesondere ist darunter zu verstehen, dass nach oder bei oder durch zwei, insbesondere vollständige, Umdrehungen der primären Kurbelwelle die sekundäre Kurbelwelle eine ganzzahlige Anzahl an Eigenrotationen zurückgelegt hat bzw. zurücklegt und die ganze Anordnung wieder genauso an ihrem Ausgangspunkt steht (da ein 4-Takt-Motor als die Hubkolbenmaschine zugrunde gelegt wird).When using the two crankshafts, the first crankshaft can no longer necessarily be integrally manufactured by forging. If the reciprocating piston machine designed as an in-line engine, for example, has n cylinders, the first, primary crankshaft would then be formed from n+1 individual parts, for example, and n second, secondary crankshafts could then be provided. In this case, n designates an integer positive number. The first crankshaft is also referred to as the primary crankshaft or primary crankshaft, with the second crankshaft also being referred to as the secondary crankshaft or secondary crankshaft. The number of individual parts can be kept low if not just one connecting rod, but rather more than one connecting rod, is mounted on the crank pin of the secondary crankshaft. In particular, it is conceivable that all connecting rods of the reciprocating engine, also referred to as connecting rods, are rotatably or pivotably mounted on the same crank pin of the secondary crankshaft, in which case point-symmetrical kinematics would be advantageous, in which case a geometric arrangement of the cylinders could be similar to that of a radial engine. Partial stars would also be possible using more than one secondary crankshaft. For example, a 6-star could be divided axially into two half-stars, each with three cylinders, and the cranks of the primary crankshaft offset by 180°. The half-stars could be arranged in rows directly one behind the other as in an in-line engine (since the ignition offset between the half-stars is not caused by the geometric offset of the cylinders but by the phase offset caused by the differently arranged crank arms of the first primary crankshaft). This could improve the flat installation space characteristics of a radial engine in favor of a cuboid/compact design. In particular, the following can then apply: k=2n-2, where k designates an integer positive number whose reciprocal value, multiplied by 2, for example, corresponds or should correspond to the first radius to the second radius in order to be able to achieve a particularly high degree of efficiency. In particular, this means that after or during two, in particular complete, revolutions of the primary crankshaft, the secondary crankshaft has completed or is completing an integral number of rotations of its own and the entire arrangement is exactly at its starting point again (since a 4-stroke engine than the reciprocating engine is taken as a basis).

Weitere Einzelheiten der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung bevorzugter Ausführungsbeispiele mit den zugehörigen Zeichnungen. Dabei zeigt:

  • 1 eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen Hubkolbenmaschine;
  • 2 ausschnittsweise eine schematische und geschnittene Seitenansicht einer ersten Ausführungsform der Hubkolbenmaschine, mit einer ersten, primären Kurbelwelle und einer zweiten, sekundären Kurbelwelle;
  • 3 ein Diagramm zum Veranschaulichen eines Betriebs der Hubkolbenmaschine;
  • 4 ein Diagramm zum Veranschaulichen einer Kinematik der Hubkolbenmaschine; und
  • 5 ausschnittsweise eine schematische Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform der Hubkolbenmaschine.
Further details of the invention result from the following description of preferred exemplary embodiments with the associated drawings. It shows:
  • 1 a schematic representation of a reciprocating engine according to the invention;
  • 2 a detail of a schematic and sectional side view of a first embodiment of the reciprocating engine, with a first, primary crankshaft and a second, secondary crankshaft;
  • 3 a diagram for illustrating an operation of the reciprocating machine;
  • 4 a diagram to illustrate a kinematics of the reciprocating engine; and
  • 5 a detail of a schematic side view of a second embodiment of the reciprocating piston machine.

In den Fig. sind gleiche oder funktionsgleiche Elemente mit gleichen Bezugszeichen versehen.Elements that are the same or have the same function are provided with the same reference symbols in the figures.

1 zeigt in einer schematischen Darstellung eine Hubkolbenmaschine 1 für eine Vorrichtung wie beispielsweise ein Fahrzeug, insbesondere ein Wasserfahrzeug, ein Luftfahrzeug oder ein Landfahrzeug wie beispielsweise ein Kraftfahrzeug, insbesondere für einen vorzugsweise als Personenkraftwagen ausgebildeten Kraftwagen. Dies bedeutet, dass das Fahrzeug in seinem vollständig hergestellten Zustand die Hubkolbenmaschine 1 aufweist und mittels der Hubkolbenmaschine 1 antreibbar ist. Die Hubkolbenmaschine 1 ist als ein Verbrennungsmotor ausgebildet, welcher in einem befeuerten Betrieb betreibbar ist. Der Verbrennungsmotor wird auch als Motor, Verbrennungskraftmaschine oder Brennkraftmaschine bezeichnet. Die Hubkolbenmaschine 1 weist ein vorzugsweise als Kurbelgehäuse ausgebildetes Gehäuse 2 auf, welches mehrere Zylinder 3 aufweist, insbesondere bildet beziehungsweise begrenzt. Außerdem weist die Hubkolbenmaschine 1 eine als Kurbelwelle 4 ausgebildete Abtriebswelle auf, die - wie in Zusammenschau mit 2 erkennbar ist - um eine erste Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 drehbar an dem Gehäuse 2 gelagert ist. Hierzu weist die Kurbelwelle 4 wenigstens einen auch als Lagerzapfen bezeichneten Wellenzapfen 6 auf. Insbesondere kann die Kurbelwelle 4 mehrere, auch als Lagerzapfen bezeichnete Wellenzapfen 6 aufweisen. Die Kurbelwelle 4 ist über ihre Wellenzapfen 6 um die Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 drehbar an dem Gehäuse 2 gelagert. Insbesondere sind die Wellenzapfen 6 in axialer Richtung der Kurbelwelle 4 voneinander beabstandet, wobei die axiale Richtung der Kurbelwelle 4 mit der Drehachse 5 zusammenfällt. 1 shows a schematic representation of a reciprocating piston machine 1 for a device such as a vehicle, in particular a watercraft, an aircraft or a land vehicle such as a motor vehicle, in particular for a motor vehicle preferably designed as a passenger car. This means that the vehicle has the reciprocating engine 1 in its completely manufactured state and can be driven by means of the reciprocating engine 1 . The reciprocating engine 1 is designed as an internal combustion engine which can be operated in a fired mode. The internal combustion engine is also referred to as a motor, internal combustion engine or internal combustion engine. The reciprocating piston machine 1 has a housing 2, preferably designed as a crankcase, which has, in particular forms or delimits, a plurality of cylinders 3. In addition, the reciprocating engine 1 has a crankshaft 4 designed as an output shaft, which - as in conjunction with 2 can be seen - is rotatably mounted on the housing 2 about a first axis of rotation 5 relative to the housing 2 . For this purpose, the crankshaft 4 has at least one shaft journal 6, also referred to as a bearing journal. In particular, the crankshaft 4 can have a plurality of shaft journals 6, also referred to as bearing journals. The crankshaft 4 is rotatable about the axis of rotation 5 relative to the housing 2 via its shaft journal 6 the housing 2 stored. In particular, the shaft journals 6 are spaced apart from one another in the axial direction of the crankshaft 4 , the axial direction of the crankshaft 4 coinciding with the axis of rotation 5 .

Wie in 2 am Beispiel eines der Zylinder 3 erkennbar ist, ist in dem jeweiligen Zylinder 3 ein jeweiliger Kolben 7 translatorisch bewegbar aufgenommen. Insbesondere ist aus 2 erkennbar, dass das Gehäuse 2 eine Zylinderwand 8 aufweist, welche den Zylinder 3, insbesondere direkt, begrenzt. Da der Kolben 7 translatorisch bewegbar in dem Zylinder 3 aufgenommen ist, kann sich der Kolben 7 - wie in 2 durch einen Doppelpfeil 9 veranschaulicht ist, relativ zu dem Gehäuseelement 2 und somit relativ zu der Zylinderwand 8 translatorisch bewegen, insbesondere hin und her bewegen. Außerdem weist die Hubkolbenmaschine 1 je Kolben 7 ein Pleuel 10 auf, über welche - wie im Folgenden noch genauer erläutert wird - der jeweilige Kolben 7 gelenkig mit der ersten Kurbelwelle 4 gekoppelt ist.As in 2 as can be seen from the example of one of the cylinders 3 , a respective piston 7 is accommodated in the respective cylinder 3 so that it can move in a translatory manner. In particular, is off 2 recognizable that the housing 2 has a cylinder wall 8, which limits the cylinder 3, in particular directly. Since the piston 7 is accommodated in the cylinder 3 in a translationally movable manner, the piston 7 can - as in 2 is illustrated by a double arrow 9, relative to the housing element 2 and thus move relative to the cylinder wall 8 translationally, in particular move back and forth. In addition, the reciprocating piston machine 1 has a connecting rod 10 for each piston 7, via which—as will be explained in more detail below—the respective piston 7 is coupled in an articulated manner to the first crankshaft 4.

Besonders gut aus 2 ist erkennbar, dass der Kolben 7 und der Zylinder 3 jeweils teilweise einen jeweiligen Brennraum 11 der Hubkolbenmaschine 1 begrenzen. Nach oben ist der Brennraum 11 beispielsweise durch ein Brennraumdach, insbesondere eines Zylinderkopfes, begrenzt. Die Hubkolbenmaschine 1 ist dabei als ein Vier-Takt-Motor ausgebildet, sodass ein jeweiliges Arbeitsspiel der Hubkolbenmaschine 1 genau zwei vollständige Umdrehungen der Kurbelwelle 4 und somit genau 720 Grad Kurbelwinkel der Kurbelwelle 4 umfasst. Innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels der Hubkolbenmaschine 1 wird der Brennraum 11 mit einem insbesondere flüssigen oder gasförmigen Kraftstoff und mit Luft versorgt. Aus dem Kraftstoff und der Luft wird ein auch als Luft bezeichnetes Kraftstoff-Luft-Gemisch gebildet, welches innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels insbesondere per Fremdzündung oder per Selbstzündung in dem Brennraum 11 gezündet und dadurch in dem Brennraum 11 verbrannt wird. Das Verbrennen des Gemisches wird auch als Verbrennungsvorgang bezeichnet beziehungsweise findet im Rahmen eines Verbrennungsvorgangs statt. Aus dem Verbrennen des Gemisches resultiert Abgas der Hubkolbenmaschine 1. Durch das Verbrennen des Gemisches, insbesondere durch einen daraus resultierenden Druckaufbau, wird der Kolben 7 angetrieben, wodurch über das Pleuel 10 die Kurbelwelle 4 angetrieben wird. Unter dem Antreiben der Kurbelwelle 4 ist insbesondere zu verstehen, dass die Kurbelwelle 4 um die Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 in eine in 3 durch einen Pfeil 12 veranschaulichte, erste Drehrichtung gedreht wird. Wird somit die Hubkolbenmaschine 1 in ihrem befeuerten Betrieb betrieben, so umfasst der befeuerte Betrieb mehrere, aufeinanderfolgende Arbeitsspiele und somit mehrere, aufeinanderfolgende Verbrennungsvorgänge. Somit dreht sich beispielsweise die Kurbelwelle 4 in dem befeuerten Betrieb mit einer auch als Kurbelwellendrehzahl bezeichneten, ersten Drehzahl um die Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 in die erste Drehrichtung. Die Kurbelwellendrehzahl wird beispielsweise in 2 mit nMot bezeichnet. Somit ist die Kurbelwellendrehzahl die erste Drehzahl der sich um die erste Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 drehenden, primären bzw. ersten Kurbelwelle 4.Particularly good looking 2 it can be seen that the piston 7 and the cylinder 3 each partially delimit a respective combustion chamber 11 of the reciprocating piston engine 1 . Combustion chamber 11 is delimited at the top, for example, by a combustion chamber roof, in particular a cylinder head. The reciprocating piston engine 1 is designed as a four-stroke engine, so that a respective working cycle of the reciprocating piston engine 1 includes exactly two complete revolutions of the crankshaft 4 and thus exactly 720 degrees crank angle of the crankshaft 4 . Within the respective working cycle of the reciprocating piston engine 1, the combustion chamber 11 is supplied with an in particular liquid or gaseous fuel and with air. A fuel-air mixture, also referred to as air, is formed from the fuel and the air, which is ignited within the respective working cycle in particular by external ignition or by self-ignition in the combustion chamber 11 and is thereby burned in the combustion chamber 11 . Combustion of the mixture is also referred to as a combustion process or takes place as part of a combustion process. Exhaust gas from the reciprocating piston engine 1 results from the combustion of the mixture. The combustion of the mixture, in particular the resultant pressure build-up, drives the piston 7 , as a result of which the crankshaft 4 is driven via the connecting rod 10 . Driving the crankshaft 4 is to be understood in particular as meaning that the crankshaft 4 rotates about the axis of rotation 5 relative to the housing 2 in an in 3 illustrated by an arrow 12, first direction of rotation is rotated. Thus, if the reciprocating piston machine 1 is operated in its fired mode, then the fired mode includes several consecutive work cycles and thus several consecutive combustion processes. Thus, for example, the crankshaft 4 rotates in the fired operation at a first speed, also referred to as the crankshaft speed, about the axis of rotation 5 relative to the housing 2 in the first direction of rotation. For example, the crankshaft speed is 2 denoted by n Mot . Thus, the crankshaft speed is the first speed of the primary or first crankshaft 4 rotating about the first axis of rotation 5 relative to the housing 2.

Das jeweilige Arbeitsspiel der Hubkolbenmaschine 1 umfasst genau vier Takte T1, T2, T3 und T4 (3). Die Takte T1-4 folgen innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels direkt beziehungsweise unmittelbar aufeinander. Der erste Takt T1 ist ein auch als Einlasstakt bezeichneter Ansaugtakt, während welchem sich der Kolben 7 aus seinem auch als oberer Ladungswechseltotpunkt (LWOT) bezeichneten oberen Totpunkt (OT) in seinen unteren Totpunkt (UT) bewegt. Insbesondere wird während des Ansaugtakts die Luft in den Brennraum 11 eingelassen beziehungsweise eingeführt oder eingesaugt. An den ersten Takt T1 schließt sich unmittelbar der zweite Takt T2 an, welcher ein so genannter Verdichtungstakt ist. Während des Verdichtungstakts bewegt sich der Kolben 7 aus seinem unteren Totpunkt in seinen auch als oberer Zündtotpunkt (ZOT) bezeichneten oberen Totpunkt (OT), wodurch das zuvor genannte Gemisch verdichtet wird. Nach und/oder während des Verdichtens wird das Gemisch gezündet, wobei diese Zündung eine Fremdzündung oder eine Selbstzündung sein kann und in 3 mit 13 veranschaulicht ist. Der sich unmittelbar an den zweiten Takt T2 anschließende dritte Takt T3 ist ein so genannter Arbeitstakt, währenddessen sich der Kolben 7 aus seinem oberen Totpunkt beziehungsweise aus dem oberen Zündtotpunkt in seinen unteren Totpunkt bewegt. Insbesondere während des Arbeitstakts findet das Verbrennen des Gemisches statt. Der sich unmittelbar an den dritten Takt T3 anschließende vierte Takt T4 ist ein Ausstoßtakt, während welchem sich der Kolben 7 aus seinem unteren Totpunkt in seinen oberen Totpunkt bewegt. Aus dem Verbrennen des Gemisches resultiert Abgas, welches im Rahmen des Ausstoßtakts mittels des Kolbens 7 aus dem Zylinder 3 beziehungsweise aus dem Brennraum 11 ausgeschoben wird. In 3 sind mit D1, D3, D5, D7 und D9 jeweilige, auch als Kurbelwinkel oder Gradkurbelwinkel bezeichnete Drehstellungen der Kurbelwelle 4 bezeichnet, wobei die Kurbelwelle 4 während des jeweiligen Arbeitsspiels in die jeweiligen Drehstellungen kommt beziehungsweise die jeweiligen Drehstellungen einnimmt. Durch Punkte ist in 3 veranschaulicht, dass zwischen den Drehstellungen D1 und D3 beziehungsweise D3 und D5 beziehungsweise D5 und D7 beziehungsweise D7 und D9 mehrere, weitere Drehstellungen der Kurbelwelle 4 liegen können.The respective work cycle of the reciprocating engine 1 includes exactly four cycles T1, T2, T3 and T4 ( 3 ). The cycles T1-4 follow each other directly or immediately after each other within the respective work cycle. The first stroke T1 is an intake stroke, also referred to as the intake stroke, during which the piston 7 moves from its top dead center (TDC), also referred to as the top gas exchange dead center (LWOT), to its bottom dead center (UT). In particular, the air is admitted or introduced or sucked into the combustion chamber 11 during the intake stroke. The first cycle T1 is immediately followed by the second cycle T2, which is a so-called compression cycle. During the compression stroke, the piston 7 moves from its bottom dead center to its top dead center (TDC), which is also referred to as the ignition top dead center (ZOT), as a result of which the aforementioned mixture is compressed. After and/or during the compression, the mixture is ignited, whereby this ignition can be an external ignition or a self-ignition and in 3 illustrated at 13 . The third stroke T3, which immediately follows the second stroke T2, is a so-called power stroke, during which the piston 7 moves from its top dead center or from its top ignition dead center to its bottom dead center. Combustion of the mixture takes place particularly during the power stroke. The fourth stroke T4, which immediately follows the third stroke T3, is an exhaust stroke, during which the piston 7 moves from its bottom dead center to its top dead center. The combustion of the mixture results in exhaust gas, which is expelled from the cylinder 3 or from the combustion chamber 11 by means of the piston 7 during the exhaust stroke. In 3 D1, D3, D5, D7 and D9 are the respective rotational positions of the crankshaft 4, also referred to as crank angles or degree crank angles, with the crankshaft 4 coming into the respective rotational positions or assuming the respective rotational positions during the respective working cycle. Through points is in 3 illustrates that between the rotational positions D1 and D3 or D3 and D5 or D5 and D7 or D7 and D9 there can be several further rotational positions of the crankshaft 4.

Durch Antreiben des Kolbens 7 und durch daraus resultierendem Antreiben der Kurbelwelle 4 kann die Kurbelwelle 4 ein in 2 schematisch dargestelltes Drehmoment T zum Antreiben des Fahrzeugs bereitstellen. Hierdurch kann das Fahrzeug verbrennungsmotorisch angetrieben werden. Aus 1 ist erkennbar, dass die Kurbelwelle 4 mittels einer Kupplung Ko mit einer weiteren Welle 33 drehmomentübertragend, insbesondere drehfest, verbunden werden kann. Die weitere Welle 33 ist beispielsweise eine Getriebeeingangswelle eines Getriebes des Fahrzeugs. Somit kann beispielsweise das Drehmoment T oder ein aus dem Drehmoment T resultierendes, weiteres Drehmoment über die Kupplung Ko auf die weitere Welle 33 übertragen werden, wodurch die weitere Welle 33 und somit beispielsweise das Getriebe angetrieben werden kann. Außerdem ist in 1 ein auch als Ansaugtrakt bezeichneter Einlasstrakt 14 der Hubkolbenmaschine 1 erkennbar. Der Einlasstrakt 14 ist von der Luft durchströmbar, welche mittels des Einlasstrakts 14 zu den und insbesondere in die Brennräume 11 geführt wird. Außerdem ist in 1 ein Abgastrakt 15 der Hubkolbenmaschine 1 besonders schematisch dargestellt. Das zuvor genannte Abgas kann aus dem jeweiligen Brennraum 11 ausströmen und in den Abgastrakt 15 einströmen und den Abgastrakt 15 durchströmen. Dabei kann der Hubkolbenmaschine 1 ein Abgasturbolader 16 zugeordnet sein. Der Abgasturbolader 16, das Turbinenrad 17, das Verdichterrad 18 und die Welle 19 sind ist rein beispielhaft bzw. optional und können entfallen. Der Abgasturbolader 16 weist ein in dem Abgastrakt 15 angeordnetes und von dem Abgas antreibbares Turbinenrad 17 und ein in dem Einlasstrakt 14 angeordnetes und von dem Turbinenrad 17 antreibbares Verdichterrad 18 auf, welches über eine Welle 19 des Abgasturboladers 16 von dem Turbinenrad 17 antreibbar ist. Durch Antreiben des Verdichterrads 18 wird mittels des Verdichterrads 18 die den Einlasstrakt 14 durchströmende Luft verdichtet. Somit ist die Hubkolbenmaschine 1 vorzugsweise als Turbomotor ausgebildet.By driving the piston 7 and driving the crankshaft 4 resulting therefrom, the crankshaft 4 can rotate in 2 provide torque T shown schematically to drive the vehicle. As a result, the vehicle can be driven by an internal combustion engine. the end 1 it can be seen that the crankshaft 4 can be connected by means of a clutch Ko to another shaft 33 in a torque-transmitting manner, in particular non-rotatably. The other shaft 33 is, for example, a transmission input shaft of a transmission of the vehicle. Thus, for example, the torque T or a further torque resulting from the torque T can be transmitted via the clutch Ko to the further shaft 33, as a result of which the further shaft 33 and thus, for example, the transmission can be driven. In addition, 1 an intake tract 14 of the reciprocating piston engine 1, also referred to as the intake tract, can be seen. The air can flow through the intake tract 14 , which air is guided to and in particular into the combustion chambers 11 by means of the intake tract 14 . In addition, 1 an exhaust tract 15 of the reciprocating engine 1 shown particularly schematically. The aforementioned exhaust gas can flow out of the respective combustion chamber 11 and into the exhaust gas duct 15 and flow through the exhaust gas tract 15 . An exhaust gas turbocharger 16 can be assigned to the reciprocating piston engine 1 . The exhaust gas turbocharger 16, the turbine wheel 17, the compressor wheel 18 and the shaft 19 are purely exemplary or optional and can be omitted. The exhaust gas turbocharger 16 has a turbine wheel 17 which is arranged in the exhaust gas tract 15 and can be driven by the exhaust gas and a compressor wheel 18 which is arranged in the intake tract 14 and can be driven by the turbine wheel 17 and which can be driven by the turbine wheel 17 via a shaft 19 of the exhaust gas turbocharger 16. By driving the compressor wheel 18 , the air flowing through the intake section 14 is compressed by means of the compressor wheel 18 . Thus, the reciprocating engine 1 is preferably designed as a turbo engine.

Um nun einen besonders hohen Wirkungsgrad der Hubkolbenmaschine 1 realisieren zu können, weist die Hubkolbenmaschine 1, insbesondere je Pleuel und/oder je Kolben und/oder je Zylinder, wenigstens oder genau eine zweite Kurbelwelle 20 auf, welche um eine von der ersten Drehachse 5 beabstandete, zweite Drehachse 21 relativ zu der ersten Kurbelwelle 4 drehbar an der ersten Kurbelwelle 4 gelagert ist. Die erste Kurbelwelle 4 wird auch als Primärkurbelwelle oder primäre Kurbelwelle bezeichnet, wobei die zweite Kurbelwelle 20 auch als Sekundärkurbelwelle oder sekundäre Kurbelwelle bezeichnet wird. Außerdem weist die zweite Kurbelwelle 20 einen Hubzapfen 22 auf, mit welchem der Kolben 7 über das Pleuel 10 gelenkig gekoppelt ist. Beispielsweise ist das Pleuel 10 einerseits derart gelenkig mit dem Kolben 7 gekoppelt, dass das Pleuel 10 einerseits um eine erste Schwenkachse S1 relativ zu dem Kolben 7 verschwenkbar mit dem Kolben 7 gekoppelt ist. Dies bedeutet, dass sich der Kolben 7 und das Pleuel 10 um die erste Schwenkachse S1 relativ zueinander verschwenken können, wobei die Schwenkachse S1 von den Drehachsen 5 und 21 beabstandet ist und vorzugsweise parallel zu den Drehachsen 5 und 21 verläuft. Dabei sind auch die Drehachsen 5 und 21 voneinander beabstandet, wobei die Drehachsen 5 und 21 parallel zueinander verlaufen. Andererseits ist das Pleuel 10 derart gelenkig mit dem Hubzapfen 22 gekoppelt, dass der Pleuel 10 andererseits um eine zweite Schwenkachse S2 relativ zu dem Hubzapfen 22 verschwenkbar mit dem Hubzapfen 22 gekoppelt beziehungsweise verbunden ist. Dies bedeutet, dass sich das Pleuel 10 und der Hubzapfen 22 um die Schwenkachse S2 relativ zueinander drehen beziehungsweise verschwenkt werden können. Dabei ist die Schwenkachse S2 von der Schwenkachse S1 und von den Drehachsen 5 und 21 beabstandet, wobei es vorzugsweise vorgesehen ist, dass sie Schwenkachse S2 parallel zur Schwenkachse S1 und parallel zu den Drehachsen 5 und 21 verläuft. Es ist erkennbar, dass die erste Kurbelwelle 4 Kurbelstangen 23 aufweisen kann, welche bei dem in 2 gezeigten Ausführungsbeispiel als Kurbelwangen ausgebildet sind.In order to be able to achieve a particularly high degree of efficiency of the reciprocating-piston machine 1, the reciprocating-piston machine 1 has at least or exactly one second crankshaft 20, in particular for each connecting rod and/or for each piston and/or for each cylinder, which is spaced apart from the first axis of rotation 5 , second axis of rotation 21 is rotatably mounted on the first crankshaft 4 relative to the first crankshaft 4 . The first crankshaft 4 is also referred to as the primary crankshaft or primary crankshaft, with the second crankshaft 20 also being referred to as the secondary crankshaft or secondary crankshaft. In addition, the second crankshaft 20 has a crank pin 22 with which the piston 7 is coupled in an articulated manner via the connecting rod 10 . For example, the connecting rod 10 is coupled to the piston 7 in an articulated manner such that the connecting rod 10 is coupled to the piston 7 such that it can pivot about a first pivot axis S1 relative to the piston 7 . This means that the piston 7 and the connecting rod 10 can pivot relative to one another about the first pivot axis S1, the pivot axis S1 being spaced apart from the axes of rotation 5 and 21 and preferably running parallel to the axes of rotation 5 and 21. The axes of rotation 5 and 21 are also spaced apart from one another, with the axes of rotation 5 and 21 running parallel to one another. On the other hand, the connecting rod 10 is coupled to the crank pin 22 in an articulated manner in such a way that the connecting rod 10 is coupled or connected to the crank pin 22 such that it can pivot about a second pivot axis S2 relative to the crank pin 22 . This means that the connecting rod 10 and the crank pin 22 can rotate or pivot relative to one another about the pivot axis S2. The pivot axis S2 is at a distance from the pivot axis S1 and from the axes of rotation 5 and 21 , it being preferably provided that the pivot axis S2 runs parallel to the pivot axis S1 and parallel to the axes of rotation 5 and 21 . It can be seen that the first crankshaft 4 can have crank rods 23, which in 2 shown embodiment are designed as crank webs.

2 zeigt eine erste Ausführungsform der Hubkolbenmaschine 1. Die vorliegend als Kurbelwangen ausgebildeten Kurbelstangen 23 sind in axialer Richtung der Kurbelwelle 4 voneinander beabstandet und erstrecken sich schräg oder vorliegend senkrecht von den Wellenzapfen 6 weg. Dabei ist die sekundäre Kurbelwelle um die Drehachse 21 relativ zu den Kurbelstangen 23 drehbar mit den Kurbelstangen 23 drehbar mit den Kurbelstangen 23 verbunden beziehungsweise an den Kurbelstangen 23 gelagert. Die sekundäre Kurbelwelle 20 weist ihrerseits beispielsweise wenigstens einen auch als Lagerzapfen bezeichneten Wellenzapfen 24 auf. Insbesondere kann die sekundäre Kurbelwelle je Kurbelstange 23 wenigstens oder genau einen weiteren beziehungsweise zweiten, auch als weiteren oder zweiten Lagerzapfen bezeichneten Wellenzapfen 24 aufweisen. Über die Wellenzapfen 24 ist die sekundäre Kurbelwelle um die Drehachse 21 relativ zu der Primärkurbelwelle drehbar an der Primärkurbelwelle, insbesondere an den Kurbelstangen 23, gelagert. Beispielsweise sind die Wellenzapfen 24 in axialer Richtung der Kurbelwelle 20, deren axiale Richtung parallel zur axialen Richtung der Kurbelwelle 4 verläuft, voneinander beabstandet. Des Weiteren kann die Sekundärkurbelwelle weitere beziehungsweise zweite Kurbelstangen 25 aufweisen, die sich vorzugsweise schräg oder senkrecht zu Drehachse 21 von den Wellenzapfen 24 weg erstrecken. Dabei ist der Hubzapfen 22 mit den Kurbelstangen 25 verbunden, sodass der Hubzapfen 22 über die Kurbelstangen 25 mit den Wellenzapfen 24 verbunden ist. Hierdurch sind der Hubzapfen 22 und somit die Schwenkachse S2 von den Wellenzapfen 24 und von der Drehachse 21 beabstandet, wobei die Drehachse 21 beispielsweise durch die Wellenzapfen 24 und durch die Kurbelstangen 23 definiert ist. Ferner ist es denkbar, dass die Schwenkachse S2 durch den Hubzapfen 22 definiert ist. 2 shows a first embodiment of the reciprocating piston machine 1. The connecting rods 23, which are designed as crank webs in the present case, are spaced apart from one another in the axial direction of the crankshaft 4 and extend obliquely or, in the present case, perpendicularly from the shaft journal 6. The secondary crankshaft is rotatably connected to the connecting rods 23 about the axis of rotation 21 relative to the connecting rods 23 or is supported on the connecting rods 23 . The secondary crankshaft 20 in turn has, for example, at least one shaft journal 24, also referred to as a bearing journal. In particular, the secondary crankshaft can have at least or precisely one additional or second shaft journal 24 for each connecting rod 23, also referred to as an additional or second bearing journal. The secondary crankshaft is mounted on the primary crankshaft, in particular on the connecting rods 23 , such that it can rotate about the axis of rotation 21 relative to the primary crankshaft via the shaft journals 24 . For example, the shaft journals 24 are spaced apart from one another in the axial direction of the crankshaft 20 whose axial direction runs parallel to the axial direction of the crankshaft 4 . Furthermore, the secondary crankshaft can have additional or second connecting rods 25 , which preferably extend away from the shaft journal 24 at an angle or perpendicularly to the axis of rotation 21 . The crank pin 22 is connected to the crank rods 25 so that the crank pin 22 is connected to the shaft journal 24 via the crank rods 25 . As a result, the crank pin 22 and thus the pivot axis S2 are separated from the shaft journal 24 and spaced from the axis of rotation 21, the axis of rotation 21 being defined by the shaft journals 24 and by the connecting rods 23, for example. Furthermore, it is conceivable that the pivot axis S2 is defined by the crank pin 22 .

Insgesamt ist erkennbar, dass die Hubkolbenmaschine 1 eine Kurbelwelleneinrichtung 26 aufweist, welche die Kurbelwellen 24 umfasst. Die Kurbelwelleneinrichtung 26 kann dabei global betrachtet eine erste Kurbel 27 aufweisen, welche die Kurbelstangen 23 und die Kurbelwelle 20 umfasst. Im Vergleich zu herkömmlichen Kurbelwellen ist somit kein die Kurbelstangen 23 miteinander verbindender und relativ zu den Kurbelstangen 23 nicht drehbarer Hubzapfen der Kurbelwelle 4 vorgesehen, sondern anstelle eines solchen, die Kurbelstangen 23 miteinander verbindenden und relativ zu den Kurbelstangen 23 nicht drehbaren Hubzapfens umfasst die Kurbel 27 die Kurbelwelle 20, die um die Drehachse 21 relativ zu den Kurbelstangen drehbar an den Kurbelstangen 23 und somit an der Kurbelwelle 4 gelagert ist. Die Kurbelwelle 20 umfasst ihrerseits die Wellenzapfen 20, die vorzugsweise als weitere Kurbelwangen ausgebildeten, weiteren Kurbelstangen 25 und den Hubzapfen 22, welcher beispielsweise die Kurbelstangen 25 miteinander verbindet und relativ zu den Kurbelstangen 25 nicht drehbar ist. Dabei ist das Pleuel 10 andererseits drehbar an dem Hubzapfen 22 gelagert, sodass das Pleuel 10 unter Vermittlung der Kurbelwelle 20 beziehungsweise über die Kurbel 27 gelenkig mit der Kurbelwelle 4 gekoppelt ist.Overall, it can be seen that the reciprocating piston engine 1 has a crankshaft device 26 which includes the crankshafts 24 . Viewed globally, the crankshaft device 26 can have a first crank 27 which comprises the connecting rods 23 and the crankshaft 20 . In comparison to conventional crankshafts, the crankshaft 4 does not therefore have a crank pin that connects the connecting rods 23 to one another and cannot rotate relative to the connecting rods 23, but instead has a crank pin that connects the connecting rods 23 to one another and cannot rotate relative to the connecting rods 23 the crankshaft 20, which is mounted on the connecting rods 23 and thus on the crankshaft 4 so that it can rotate about the axis of rotation 21 relative to the connecting rods. The crankshaft 20 in turn comprises the shaft journals 20, which are preferably designed as further crank webs, further connecting rods 25 and the crank pin 22 which, for example, connects the connecting rods 25 to one another and cannot be rotated relative to the connecting rods 25. On the other hand, the connecting rod 10 is rotatably mounted on the crank pin 22 so that the connecting rod 10 is coupled in an articulated manner to the crankshaft 4 via the crankshaft 20 or via the crank 27 .

In 2 ist ein erster Radius mit RKW bezeichnet, während mit RPL ein zweiter Radius bezeichnet ist. Ein dritter Radius ist mit RSKW bezeichnet. Ein vierter Radius ist mit RFR bezeichnet. Mit hPI ist beispielsweise eine Höhe des Pleuels 10 bezeichnet, wobei die Höhe des Pleuels 10 ein senkrecht zu den Schwenkachsen S1 und S2 verlaufender Abstand zwischen den Schwenkachsen S1 und S2 ist. Die Schwenkachse S1 fällt beispielsweise mit der Längsachse, insbesondere mit der Längsmittelachse, eines Kolbenbolzens und/oder einer ersten Aufnahme des Pleuels 10 und/oder wenigstens einer zweiten Aufnahme des Kolbens 7 zusammen. Über den Kolbenbolzen ist der Kolben 7 gelenkig mit dem Pleuel 10 gekoppelt. Insbesondere ist denkbar, dass wenigstens ein erster Längenbereich des Kolbenbolzens in der Aufnahme des Pleuels 10 und wenigstens ein zweiter Längenbereich des Kolbenbolzens in der Aufnahme des Kolbens 7 angeordnet ist, wodurch der Kolben 7 über den Kolbenbolzen angeordnet ist, wodurch der Kolben 7 über den Kolbenbolzen gelenkig mit dem Pleuel 10 gekoppelt ist. In 2 a first radius is denoted by R KW , while a second radius is denoted by R PL . A third radius is denoted by R SKW . A fourth radius is labeled RFR. For example, h PI designates a height of the connecting rod 10, the height of the connecting rod 10 being a distance between the pivot axes S1 and S2 running perpendicular to the pivot axes S1 and S2. The pivot axis S1 coincides, for example, with the longitudinal axis, in particular with the longitudinal center axis, of a piston pin and/or a first seat of the connecting rod 10 and/or at least one second seat of the piston 7 . The piston 7 is coupled in an articulated manner to the connecting rod 10 via the piston pin. In particular, it is conceivable that at least a first length of the piston pin is arranged in the seat of the connecting rod 10 and at least a second length of the piston pin is arranged in the seat of the piston 7, whereby the piston 7 is arranged over the piston pin, whereby the piston 7 is arranged over the piston pin is articulated to the connecting rod 10 coupled.

Ferner ist es denkbar, dass die Schwenkachse S2 mit einer Längsachse, insbesondere mit einer Längsmittelachse, des Hubzapfens 22 und/oder einer weiteren Aufnahme des Pleuels 10 zusammenfällt, in dessen weiterer Aufnahme zumindest ein Längenbereich des Hubzapfens 22 angeordnet ist, wodurch das Pleuel 10 gelenkig mit dem Hubzapfen 22 gekoppelt beziehungsweise drehbar oder schwenkbar an dem Hubzapfen 22 gelagert ist. Der erste Radius ist ein senkrecht zu den Drehachsen 5 und 21 verlaufender erster Abstand zwischen den Drehachsen 5 und 21. Der zweite Radius ist ein senkrecht zu der Drehachse 21 und senkrecht zu der Schwenkachse S2 verlaufender zweiter Abstand zwischen der Drehachse 21 und der Schwenkachse S2.It is also conceivable that the pivot axis S2 coincides with a longitudinal axis, in particular with a longitudinal central axis, of the crank pin 22 and/or a further receptacle of the connecting rod 10, in the further receptacle of which at least a longitudinal region of the crank pin 22 is arranged, as a result of which the connecting rod 10 is articulated is coupled to the crank pin 22 or is rotatably or pivotably mounted on the crank pin 22 . The first radius is a first distance between the axes of rotation 5 and 21 perpendicular to the axes of rotation 5 and 21. The second radius is a second distance between the axis of rotation 21 and the pivot axis S2 perpendicular to the axis of rotation 21 and perpendicular to the pivot axis S2.

An dieser Stelle sei erwähnt, dass an dem Hubzapfen 22 der zweiten, sekundären Kurbelwelle 20 nicht nur ein Pleuel 10 angebracht sein kann, sondern mehrere (ggf. mit verschiedenen Bankwinkeln). Ferner ist es denkbar, dass an den Kurbelstangen 23 der ersten, primären Kurbelwelle 3 nicht nur eine Kurbel einer sekundären Kurbelwelle 20 bzw. nicht nur eine sekundäre Kurbelwelle 20, sondern mehrere sekundäre Kurbelwellen 20 hängen bzw. gelagert sein können.At this point it should be mentioned that not only one connecting rod 10 can be attached to the crankpin 22 of the second, secondary crankshaft 20, but several (possibly with different bank angles). It is also conceivable that not only one crank of a secondary crankshaft 20 or not only one secondary crankshaft 20 but rather several secondary crankshafts 20 can hang or be mounted on the connecting rods 23 of the first, primary crankshaft 3 .

Bei der ersten Ausführungsform ist die zweite Kurbelwelle 20 derart mit dem Gehäuse 2 formschlüssig gekoppelt, dass aus einer um die Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 in die erste Drehrichtung erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle 5 eine um die zweite Drehachse 21 relativ zu dem Gehäuse 2 und relativ zu der ersten Kurbelwelle 5 in eine der ersten Drehrichtung entgegengesetzte, zweite Drehrichtung erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle 20 resultiert, wobei die zweite Drehrichtung in 3 durch einen Pfeil 28 veranschaulicht ist. Bei der zweiten Ausführungsform ist die Sekundärkurbelwelle auf die zuvor beschriebene Weise derart formschlüssig mit dem Gehäuse 2 gekoppelt, dass ein auch als Festrad bezeichnetes und vorliegend als Hohlrad ausgebildetes erstes Zahnrad 29 an dem Gehäuse 2 und ein zweites Zahnrad 30 an der Kurbelwelle 20 vorgesehen ist, wobei die Zahnräder 29 und 30 direkt miteinander kämmen, das heißt direkt in Eingriff miteinander stehen. Das Hohlrad könnte man sich ebenfalls als rotierend und/oder um einen Winkelbereich verstellbar um Drehachse 5 (2) vorstellen, also mit einer variablen Drehzahl. Ein Ventiltrieb müsste dann z.B. mechatronisch oder kinematisch durch den Pleuelhub gesteuert werden, weil eine kinematische Steuerung rein über die erste, primäre Kurbelwelle 4 nicht mehr ausreicht bzw. nicht mehr zum Takt des Zylinderhubs passen würde/könnte (aufgrund des neuen Freiheitsgrads der Hohlraddrehzahl). Rotiert das Hohlrad beispielsweise nicht kontinuierlich mit, sondern wird es nur um ein Winkel-Delta (diskret oder kontinuierlich) verstellt, so sind dadurch verschiedene Pleuelwegcharakteristiken (diskret/kontinuierlich) einstellbar. Für einen weiterhin zweckdienlichen bzw. günstigen Motorbetrieb könnten dann ggf. Zündwinkel und Ventiltrieb angepasst werden bzw. adäquat verstellbar ausgelegt sein.In the first embodiment, the second crankshaft 20 is positively coupled to the housing 2 in such a way that a rotation of the first crankshaft 5 about the axis of rotation 5 relative to the housing 2 in the first direction of rotation results in a rotation about the second axis of rotation 21 relative to the housing 2 and relative to the first crankshaft 5 in a second direction of rotation opposite to the first direction of rotation of the second crankshaft 20 results, the second direction of rotation in 3 is illustrated by an arrow 28. In the second embodiment, the secondary crankshaft is positively coupled to the housing 2 in the manner described above in such a way that a first gear wheel 29, also referred to as a fixed wheel and in the present case designed as a ring gear, is provided on the housing 2 and a second gear wheel 30 on the crankshaft 20. gears 29 and 30 meshing directly with each other, i.e. directly meshing with each other. The ring gear could also be viewed as rotating and/or adjustable by an angular range about the axis of rotation 5 ( 2 ), i.e. with a variable speed. A valve train would then have to be controlled mechatronically or kinematically by the connecting rod stroke, for example, because kinematic control purely via the first, primary crankshaft 4 is no longer sufficient or would no longer match the cycle of the cylinder stroke (due to the new degree of freedom of the ring gear speed). For example, if the ring gear does not rotate continuously, but only by one Angle delta (discrete or continuous) is adjusted, so different connecting rod travel characteristics (discrete/continuous) can be adjusted. For continued expedient or favorable engine operation, the ignition angle and valve train could then be adjusted or designed to be adequately adjustable.

Während das Zahnrad 30 drehfest mit der Kurbelwelle 20 verbunden ist, ist das Zahnrad 29 drehfest mit dem Gehäuse 2 verbunden. Hierdurch sind die Kurbelwelle 20 und das Gehäuse 2 derart miteinander gekoppelt, dass dann, wenn sich die erste Kurbelwelle 4 mit der Kurbelwellendrehzahl nMot (erste Drehzahl) um die erste Drehachse 5 relativ zu dem Gehäuse 2 dreht, die zweite Kurbelwelle 20 mit einer von der ersten Drehzahl unterschiedlichen, beispielsweise gegenüber der ersten Drehzahl größeren, zweiten Drehzahl um die Drehachse 21 relativ zu der Kurbelwelle 4 und relativ zu dem Gehäuse 2 gedreht wird. Die zweite Drehzahl muss nicht notwendigerweise größer als die erste Drehzahl sein. Dies hängt vom Verhältnis der Radien ab (also bei der zweiten. sekundären Kurbelwelle 20: das Verhältnis der translatorischen Umfahrung der primären, ersten Kurbelwelle 4 um die Drehachse 5 versus Eigenrotation / -Drehzahl um die Drehachse 21). Die Drehzahl der sekundären Kurbelwelle 20 gegenüber der bzw. um die Drehachse 21 ist i.A. eine andere Drehzahl als die der sekundären Kurbelwelle 20 gegenüber der bzw. um die Drehachse 5. Analog so wie die Erde mit einer Kreisfrequenz von 1/Jahr die Sonne umkreist hat sie auch eine eigene Kreisfrequenz durch Eigenrotation von 1/Tag. Wäre die Eigenrotation =0 dann würde ein Tag auf die Dauer eines ganzes Jahres gestreckt werden. Beispiel: in 3 rollt der Umfang der sekundären Kurbelwelle 20 über den Umfang des Hohlrades dreimal pro Umlauf im Hohlrad ab (Hubzapfen ist alle 120° = 3x innen und 3x außen). Die sekundäre Kurbelwelle 20 rotiert dabei aber gegenüber der bzw. um die Drehachse 5 der primären Kurbelwelle 4 nur zweimal (Hubzapfen ist gegenüber sekundärer Kurbelwelle 20 alle 180° bzw. zweimal pro Umlauf im Hohlrad unten und zweimal oben).While the gear 30 is connected to the crankshaft 20 in a rotationally fixed manner, the gear 29 is connected to the housing 2 in a rotationally fixed manner. As a result, the crankshaft 20 and the housing 2 are coupled to one another in such a way that when the first crankshaft 4 rotates at the crankshaft speed n Mot (first speed) about the first axis of rotation 5 relative to the housing 2, the second crankshaft 20 rotates at a is rotated about the axis of rotation 21 relative to the crankshaft 4 and relative to the housing 2 at a speed different from the first speed, for example greater than the first speed. The second speed does not necessarily have to be greater than the first speed. This depends on the ratio of the radii (ie in the case of the second secondary crankshaft 20: the ratio of the translatory bypassing of the primary, first crankshaft 4 around the axis of rotation 5 versus its own rotation/rotational speed around the axis of rotation 21). The rotational speed of the secondary crankshaft 20 relative to or about the axis of rotation 21 is generally a different rotational speed than that of the secondary crankshaft 20 relative to or about the axis of rotation 5. Analogous to how the earth orbited the sun with a circular frequency of 1/year they also have their own angular frequency by self-rotation of 1/day. If the self-rotation were =0, then a day would be stretched over the course of a whole year. Example: in 3 the circumference of the secondary crankshaft 20 rolls over the circumference of the ring gear three times per revolution in the ring gear (crank pin is every 120° = 3x inside and 3x outside). However, the secondary crankshaft 20 rotates only twice relative to or about the axis of rotation 5 of the primary crankshaft 4 (the crank pin is every 180° relative to the secondary crankshaft 20 or twice per revolution in the ring gear at the bottom and twice at the top).

Beispielsweise ist die zweite Drehzahl der sich um die Drehachse 21 relativ zu der ersten, primären Kurbelwelle 4 drehenden, zweiten, sekundären Kurbelwelle 20 ein ganzzahliges Vielfaches der ersten Drehzahl. Vorzugsweise ist die zweite Drehzahl genau viermal so groß wie die erste Drehzahl. Der dritte Radius ist beispielsweise ein senkrecht zu der Drehachse 21 und senkrecht zu der Schwenkachse S2 verlaufender dritter Abstand zwischen der Drehachse 21 und dem vorzugsweise als Hohlrad ausgebildeten Zahnrad 29. Mit anderen Worten ist es vorzugsweise vorgesehen, dass die Zahnrad 29 und 30, insbesondere ihre Verzahnung und ganz insbesondere ihre Grundkreise, derart aufeinander abgestimmt sind, dass die aus der ersten Drehzahl resultierende zweite Drehzahl das ganzzahlige Vielfache der ersten Drehzahl und vorzugsweise genau das Vierfache der ersten Drehzahl ist. Bei der in 2, 3 und 4 veranschaulichte ersten Ausführungsform ist somit vorzugsweise vorgesehen: RSKW = RKW/4.For example, the second speed of the second, secondary crankshaft 20 rotating about the axis of rotation 21 relative to the first, primary crankshaft 4 is an integer multiple of the first speed. Preferably, the second speed is exactly four times the first speed. The third radius is, for example, a third distance running perpendicular to the axis of rotation 21 and perpendicular to the pivot axis S2 between the axis of rotation 21 and the gear wheel 29, which is preferably designed as a ring gear. In other words, it is preferably provided that the gear wheels 29 and 30, in particular their Gearing and in particular their base circles are matched to one another in such a way that the second speed resulting from the first speed is an integer multiple of the first speed and preferably exactly four times the first speed. At the in 2 , 3 and 4 Thus, as illustrated in the first embodiment, R SKW = R KW /4 is preferably provided.

Vorzugsweise ist eine in 2 besonders schematisch dargestellte Versorgungseinrichtung 31 vorgesehen, mittels welcher die Zahnräder 29 und 30, insbesondere ihre in direktem Eingriff miteinander stehenden Verzahnungen, mit einem Schmier- und/oder Kühlmittel zum Schmieren und/oder Kühlen der Zahnräder 29 und 30, insbesondere der Verzahnungen der Zahnräder 29 und 30, versorgbar sind. Vorzugsweise handelt es sich bei dem Schmier- und/oder Kühlmittel um eine Flüssigkeit, insbesondere um ein auch als Schmieröl bezeichnetes Öl.Preferably one in 2 supply device 31, shown particularly schematically, by means of which the gear wheels 29 and 30, in particular their gear teeth which are in direct engagement with one another, are supplied with a lubricating and/or coolant for lubricating and/or cooling the gear wheels 29 and 30, in particular the gear teeth of the gear wheels 29 and 30, are suppliable. The lubricating and/or cooling agent is preferably a liquid, in particular an oil also referred to as lubricating oil.

Insbesondere veranschaulicht 3 eine Kolbenkinematik eines die Kurbelwelleneinrichtung 26 und das Pleuel 10 und den Kolben 7 umfassenden Kurbeltriebs. Dabei veranschaulicht ein gestrichelter Pfeil 32 einen Kolbenweg, welcher von dem Kolben 7 innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels zurückgelegt wird. Insbesondere veranschaulicht der Pfeil 32 das Pleuel 10 bzw. dessen Stellung, wobei der Pfeil 32 in Richtung des Kolbens 7 zeigt. Bezogen auf ein Koordinatensystem, welches eine mit x bezeichnete x-Achse und eine senkrecht dazu verlaufende, mit y bezeichnete y-Achse aufweist, erfolgt beispielsweise die Bewegung des Kolbens entlang der y-Achse, wobei sich entlang der x-Achse ein Hebelarm ausbildet, welcher senkrecht zur Drehachse 5 verläuft, wobei aus einer aus der Verbrennung des Gemisches resultierenden und auf den Kolben insbesondere entlang der y-Achse wirkenden Kraft multipliziert mit dem Hebelarm das Drehmoment T resultiert. Dieses Koordinatensystem ist als gehäusefest gedacht. Die y-Achse zeigt den Kolbenweg bzw. die Richtung der Zylinderbohrung. Die x-Achse zeigt bedingt den resultierenden Hebelarm der primären Kurbelwelle bzw. die x-Stellung der Drehachse 21 der sekundären Kurbelwelle, also ihr projizierte Abstand von der Drehachse (z-Richtung) der primären Kurbelwelle. Außerdem veranschaulicht 4 eine Kolbenkinematik und die Kurbelkinematik des Kurbeltriebs, wobei mit φKW die jeweilige Drehstellung der primären Kurbelwelle und mit φSKW eine jeweilige Drehstellung der zweiten, sekundären Kurbelwelle 20 in Relation zur ersten, primärem Kurbelwelle bezeichnet ist. Vorzugsweise gilt im Hinblick auf eine jeweilige Bogenlänge der jeweiligen Verzahnung: φKW * RFR =! φSKW * RSKW Daraus folgt: φSKW = φKW * RFR/ RSKW.Specifically illustrated 3 a piston kinematics of a crank drive comprising the crankshaft device 26 and the connecting rod 10 and the piston 7 . A dashed arrow 32 illustrates a piston path which is covered by the piston 7 within the respective working cycle. In particular, the arrow 32 illustrates the connecting rod 10 and its position, with the arrow 32 pointing in the direction of the piston 7 . In relation to a coordinate system, which has an x-axis labeled x and a y-axis running perpendicular thereto, labeled y, the piston moves, for example, along the y-axis, with a lever arm being formed along the x-axis, which runs perpendicularly to the axis of rotation 5, the torque T resulting from a force resulting from the combustion of the mixture and acting on the piston, in particular along the y-axis, multiplied by the lever arm. This coordinate system is intended to be fixed to the housing. The y-axis shows the piston travel or the direction of the cylinder bore. The x-axis conditionally shows the resulting lever arm of the primary crankshaft or the x-position of the axis of rotation 21 of the secondary crankshaft, ie its projected distance from the axis of rotation (z-direction) of the primary crankshaft. Also illustrated 4 piston kinematics and the crank kinematics of the crank mechanism, φ KW denoting the respective rotational position of the primary crankshaft and φ SKW denoting a respective rotational position of the second, secondary crankshaft 20 in relation to the first, primary crankshaft. With regard to a respective arc length of the respective toothing, the following preferably applies: φ KW * R FR =! φ SKW * R SKW It follows: φ SKW = φ KW * R FR / R SKW .

Außerdem ist vorzugsweise ein ganzzahlig periodisches Umfangsverhältnis vorgesehen: k * π * R SKW = ! 2 π * R KW . Daraus folgt: k = 2 *R KW /R SKW ! = 1,2,3

Figure DE102020125196A1_0001
In addition, an integer periodic perimeter ratio is preferably provided: k * π * R SKW = ! 2 π * R week . It follows from this: k = 2 *R week /R SKW ! = 1,2,3 ...
Figure DE102020125196A1_0001

Mithin: Der abgefahrene Bogen von RSKW muss ein ganzzahliges Vielfaches des doppelten Kreises von RFR sein. Also k*2*pi*RSKW = 2*(2*pi*RFR) = 2*2*pi*(RKW + RSKW).Therefore: The traversed arc of R SKW must be an integer multiple of the double circle of RFR. So k*2*pi*R SKW = 2*(2*pi*R FR ) = 2*2*pi*(R KW + R SKW ).

Dadurch ergibt sich:

  • RSKW = 2*RKW/(k-2) mit k = 3,4,5... (beginnt also nicht mit 1 weil dann die Werte negativ wären für 1 und 2 - aber die Ergebnisreihe für RSKW sind sonst dieselben, nur um zwei ganze Zahlen für k verschoben. Daraus folgt RSKW = 2 * RKW / k.
  • k=1: 3er-Stern, 2-taktig
  • k=2: Kreis/Ellipse, 1-taktig
  • k=3: 5er-Stern, 2-taktig
  • k=4: 3er-Stern, 1-taktig
  • k=5: 7er-Stern, 1-taktig
  • k=6: 4er-Stern, 1-taktig
  • k=7: 9er-Stern, 2-taktig
  • k=8: 5er-Stern, 1-taktig
  • k=9: 11er-Stern, 1-taktig
  • k=10: 6er-Stern, 1-taktig
  • k=11: 13er-Stern, 2-taktig
  • k=12: 7er-Stern, 1-taktig
  • k=13: 15er-Stern, 2-taktig
  • k=14: 8er-Stern, 1-taktig
  • usw.

mit „taktig“ ist hier gemeint ist, wie viele Umdrehungen der primären Kurbelwelle es (mindestens) braucht, damit der Kolben seinen (maximalen) oberen und (minimalen) unteren Totpunkt mindestens oder genau einmal durchfährt. Vorzugsweise ist folgende kinematische Zwangsbedingung vorgesehen: RFR = RKW + RSKW. Der maximale, von dem Kolben 7 während des Arbeitsspiels zurücklegbare oder zurückgelegte Weg wird auch als Kolbenhub yK bezeichnet und ergibt sich zu: y K = y PI + sqrt ( h PI 2 x PI 2 )
Figure DE102020125196A1_0002
Insbesondere kann k 4, 6, 8 oder eine andere, positive ganze Zahl betragen.This results in:
  • R SKW = 2*R KW /(k-2) with k = 3,4,5... (does not start with 1 because then the values would be negative for 1 and 2 - but the series of results for R SKW are otherwise the same , only shifted by two integers for k. It follows that R SKW = 2 * R KW / k.
  • k=1: 3-star, 2-bar
  • k=2: circle/ellipse, 1 bar
  • k=3: 5-star, 2-bar
  • k=4: 3-star, 1-bar
  • k=5: 7 star, 1 bar
  • k=6: 4 star, 1 bar
  • k=7: 9-star, 2-bar
  • k=8: 5 star, 1 bar
  • k=9: 11 star, 1 bar
  • k=10: 6 star, 1 bar
  • k=11: 13-star, 2-bar
  • k=12: 7 star, 1 bar
  • k=13: 15 star, 2 bars
  • k=14: 8 star, 1 bar
  • etc.

"clocked" here means how many revolutions of the primary crankshaft it takes (at least) for the piston to pass through its (maximum) top and (minimum) bottom dead center at least or exactly once. The following kinematic constraint is preferably provided: RFR=R KW +R SKW . The maximum distance covered or covered by the piston 7 during the working cycle is also referred to as the piston stroke y K and results in: y K = y PI + square ( H PI 2 x PI 2 )
Figure DE102020125196A1_0002
In particular, k can be 4, 6, 8 or another positive integer.

Insbesondere ist es durch die Verwendung der Kurbelwellen 24 möglich, dass der Kolben 7 länger als bei herkömmlichen Hubkolbenmaschinen in seinem oberen Totpunkt verweilt, sodass beispielsweise eine die während des jeweiligen Arbeitsspiels stattfindende Bewegung des Kolbens 7 in dem Zylinder 3 über eine Gradkurbelwinkel veranschaulichende Kolbenbewegungskurve quasi ein Plateau aufweist, welche den oberen Totpunkt des Kolbens 7 beziehungsweise eine Zeitspanne veranschaulicht, während welcher der Kolben 7 in seinem oberen Totpunkt verbleibt, insbesondere während sich jedoch die Kurbelwelle 4 dreht. Das Plateau kann praktisch waagrecht sein oder eine positive oder negative Steigung haben. Das Plateau ist der Kolbenhub in Abhängigkeit von der Zeit bzw. des Kurbelwellenwinkels der primären, ersten Kurbelwelle 4.In particular, the use of the crankshafts 24 makes it possible for the piston 7 to remain in its top dead center longer than in conventional reciprocating piston machines, so that, for example, a piston movement curve illustrating the movement of the piston 7 in the cylinder 3 over a degree crank angle, which takes place during the respective working cycle, is shown Has plateau, which illustrates the top dead center of the piston 7 or a period of time during which the piston 7 remains in its top dead center, but in particular while the crankshaft 4 rotates. The plateau can be practically level or have a positive or negative slope. The plateau is the piston stroke as a function of time or the crankshaft angle of the primary, first crankshaft 4.

Die Form dieses Plateaus am oberen Totpunkt kann über RPI / RSKW eingestellt bzw. verändert werden. Ein Einstellung bzw. Veränderung ist beispielsweise nur im Rahmen der kinematischen Zwangsbedingungen möglich. So können beispielsweise Schultern des Plateaus waagerecht, abfallend oder aufsteigend gestaltet werden. Alternativ oder zusätzlich kann eine Selbstzündung des Gemisches durch Lufteinblasen erfolgen, beispielsweise derart, dass innerhalb des jeweiligen Arbeitsspiels und dabei während des Verdichtens und/oder nach dem Verdichten zunächst Kraftstoff in den Brennraum 11 eingespritzt, insbesondere direkt eingespritzt, und danach Luft in den Brennraum 11, insbesondere direkt, eingeblasen wird.The shape of this plateau at top dead center can be set or changed via R PI / R SKW . For example, a setting or change is only possible within the framework of the kinematic constraints. For example, shoulders of the plateau can be designed horizontally, sloping or rising. Alternatively or additionally, the mixture can be ignited automatically by blowing in air, for example in such a way that fuel is first injected, in particular directly injected, into combustion chamber 11 within the respective working cycle and during compression and/or after compression, and then air is injected into combustion chamber 11 , In particular directly, is blown.

Das genannte Plateau wird auch als Verdichtungsplateau bezeichnet, welches bedarfsgerecht eingestellt werden kann. Insbesondere ist eine Kombination mit einer Lufteinblasung denkbar, wodurch Freiheitsgrade hinsichtlich der Steuerbarkeit oder Regelung der Verdichtung geschaffen werden können. Insbesondere kann so ein variabler Energieinhalt pro Kolbenhub bei konstantem Verbrennungsluftverhältnis λ geschaffen werden, insbesondere ohne Veränderung der Ventilsteuerung. Im Vergleich zu herkömmlichen Lösungen kann der Mitteldruck erhöht werden, wodurch die Abgastemperatur steigt. Dadurch kann beispielsweise ein vorteilhaftes Ansprechverhalten einer in dem Abgastrakt 15 angeordneten Abgasnachbehandlungseinrichtung dargestellt werden.Said plateau is also referred to as a compaction plateau, which can be adjusted as required. In particular, a combination with air injection is conceivable, as a result of which degrees of freedom with regard to the controllability or regulation of the compression can be created. In particular, a variable energy content per piston stroke can be created with a constant combustion air ratio λ, in particular without changing the valve control. Compared to conventional solutions, the intermediate pressure can be increased, which increases the exhaust gas temperature. As a result, for example, an advantageous response behavior of an exhaust gas aftertreatment device arranged in the exhaust gas tract 15 can be presented.

Mit anderen Worten kann ein Selbstzündungsbetrieb der Hubkolbenmaschine 1 realisiert werden, wobei in dem Selbstzündungsbetrieb das Gemisch, insbesondere ausschließlich, durch Selbstzündung gezündet wird. Vorzugsweise wird der Selbstzündungsbetrieb hinsichtlich alternativer und/oder gasförmiger Kraftstoffe geprüft, da deren Selbstzündungstemperatur gegenüber Dieselkraftstoffen und Benzin beziehungsweise Ottokraftstoffen sehr hoch liegt. Insbesondere ist auch die Verwendung von synthetischen Kraftstoffen wie Methan und Methanol denkbar. Somit liegt hier ein sehr hohes Potential, um bei geringer Klopfgefahr einen besonders großen, maximalen Druck im Brennraum 11 zu realisieren, wodurch ein besonders hoher Wirkungsgrad darstellbar ist. Zudem kann eine vorteilhafte Gemischbildung realisiert werden, und hohe Partikelemissionen insbesondere bei der Verwendung von Gas oder Flüssiggas als Kraftstoff können gering gehalten werden, da beispielsweise eine Verdunstung von zunächst flüssigen Tropfen und somit ein Übergang von solchen Tropfen aus dem flüssigen in den gasförmigen Zustand entfallen kann. Außerdem bilden sich keine oder gegenüber herkömmlichen Lösungen kleinere Kohlenstoffnester beziehungsweise Partikel, die aufgrund der erhöhten Prozesstemperatur bei hinreichender Verwirbelung im Zylinder 3 beziehungsweise in dem auch als Abgasanlage oder Abgasstrang bezeichneten Abgastrakt 15 möglicherweise noch von selbst abbrennen. Bei der Verbrennung von Erdgas und/oder Biogas könnte so die auch als Kolbenmotor bezeichnete Hubkolbenmaschine 1 als stationärer Stromgenerator verwendet werden und so Gasturbinenkraftwerken Konkurrenz machen.In other words, self-ignition operation of the reciprocating piston machine 1 can be implemented, with the mixture being ignited, in particular exclusively, by self-ignition in the self-ignition operation. The self-ignition operation is preferably checked with regard to alternative and/or gaseous fuels, since their self-ignition temperature is very high compared to diesel fuels and gasoline or Otto fuels. In particular, the use of synthetic fuels such as methane and methanol is also conceivable. There is therefore a very high potential here for realizing a particularly high, maximum pressure in the combustion chamber 11 with a low risk of knocking, as a result of which a particularly high level of efficiency can be achieved. In addition, an advantageous mixture formation can be realized, and high particle emissions, especially when using gas or liquid gas as fuel, can be kept low, since, for example, evaporation of initially liquid droplets and thus a transition of such droplets from the liquid to the gaseous state can be omitted . In addition, no carbon nests or particles are formed, or they are smaller than in conventional solutions, which possibly burn off by themselves due to the increased process temperature with sufficient turbulence in the cylinder 3 or in the exhaust tract 15, also referred to as the exhaust system or exhaust line. When burning natural gas and/or biogas, the reciprocating engine 1, also known as a piston engine, could be used as a stationary power generator and thus compete with gas turbine power plants.

Schließlich zeigt 5 eine zweite Ausführungsform der Hubkolbenmaschine 1. Wie aus 5 erkennbar ist, ist es denkbar, dass an dem jeweiligen Hubzapfen 22 der sekundären Kurbelwelle mehrere, separat voneinander ausgebildete Pleuel 10 und 10' gleichzeitig drehbar beziehungsweise verschwenkbar gelagert sein können. Dabei können die folgenden und vorherigen Ausführungen zum Pleuel 10 ohne weiteres auch auf das Pleuel 10' übertragen werden, und umgekehrt. Die zweite Ausführungsform ist sozusagen eine Boxer-Bauform (Bankwinkel 180°), die einfach auf einem 2D-Bild darstellbar ist. Auch möglich und vermutlich sinnvoller sind Bankwinkel, die sich durch das Drehzahlverhältnis ergeben: 120°, 90°, 72°... (also 360°/k). Über die Installation mehrerer Pleuel je sekundärer Kurbelwelle 20 lassen sich Hubzapfen der prim KW einsparen (im Extremfall erhält man einen Sternmotor: nur ein KW-Hubzapfen, an der alle Zylinder reihum angeordnet sind und alle Pleuel denselben Hubzapfen antreiben. Das andere Extrem ist ein Reihenmotor mit Bankwinkel 0°).Finally shows 5 a second embodiment of the reciprocating engine 1. As from 5 As can be seen, it is conceivable that on the respective crank pin 22 of the secondary crankshaft, several connecting rods 10 and 10′, which are designed separately from one another, can be mounted in a rotatable or pivotable manner at the same time. The following and previous statements on the connecting rod 10 can also be applied to the connecting rod 10' without further ado, and vice versa. The second embodiment is, so to speak, a boxer design (bench angle 180°) that can easily be displayed on a 2D image. Also possible and probably more sensible are bank angles that result from the speed ratio: 120°, 90°, 72°... (i.e. 360°/k). By installing several connecting rods per secondary crankshaft 20, crankpins of the prim KW can be saved (in the extreme case you get a radial engine: only one KW crankpin, on which all cylinders are arranged in turn and all connecting rods drive the same crankpin. The other extreme is an in-line engine with bench angle 0°).

Bei der zweiten Ausführungsform sind genau zwei Pleuel 10 und 10' gleichzeitig drehbar beziehungsweise verschwenkbar an dem Hubzapfen 22 gelagert und dadurch gelenkig mit dem Hubzapfen gekoppelt. Die jeweiligen, gleichzeitig beziehungsweise gemeinsam verschwenkbar beziehungsweise drehbar an dem Hubzapfen 22 gelagerten Pleuel beziehungsweise die zugehörigen Kolben und ihre Kolbenwege können beispielsweise entlang der ersten Drehrichtung oder entlang der zweiten Drehrichtung um 90 Grad oder um 180 Grad versetzt zueinander sein. Dadurch kann der konstruktive Aufwand zum Massenausgleich besonders gering gehalten werden, da je zwei Kolben 7 immer Punktsymmetrisch zu der auch als Kurbelwellenachse bezeichneten Drehachse 5 vorzugsweise gegengleiche Bewegungen ausführen. Gegengleich (im engeren Sinn) kann in dem Spezialfall vorgesehen sein, dass der Winkelversatz der primären Hubzapfen 180° beträgt.In the second embodiment, exactly two connecting rods 10 and 10′ are mounted on the crank pin 22 so that they can be rotated or pivoted at the same time and are thus coupled in an articulated manner to the crank pin. The respective connecting rods mounted simultaneously or jointly pivotably or rotatably on the crank pin 22 or the associated pistons and their piston paths can be offset from one another by 90 degrees or by 180 degrees, for example, along the first direction of rotation or along the second direction of rotation. As a result, the constructive outlay for balancing masses can be kept particularly low, since two pistons 7 always execute point-symmetrical movements with respect to the axis of rotation 5, which is also referred to as the crankshaft axis. Opposite (in the narrower sense) can be provided in the special case that the angular offset of the primary crank pins is 180°.

Beispielsweise können die jeweiligen, gleichzeitig an dem jeweiligen Hubzapfen 22 drehbar beziehungsweise verschwenkbar gelagerten Pleuel Strahlen einer Sternform sein, welche beispielsweise genau drei Strahlen und somit genau drei Pleuel, genau vier Strahlen und somit genau vier Pleuel oder genau sechs Strahlen und somit genau sechs Pleuel aufweist. Denkbar ist ferner der Kehrwert eines ganzzahligen Vielfachen. Beispiel: 6 Zylinder kann man verteilen a) alle 6 reihum auf 1 KW-Hubzapfen oder b) auf 2 KW-Hubzapfen mit Hubzapfenversatz von 180° und Bankwinkel 60° oder c) auf 3 KW-Hubzapfen mit Hubzapfenversatz von 120° und Bankwinkel 60° oder d) als Reihenmotor: auf 6 KW-Hubzapfen mit Bankwinkel 0°For example, the respective connecting rods that are simultaneously rotatably or pivotably mounted on the respective crank pin 22 can be star-shaped, which has, for example, exactly three rays and thus exactly three connecting rods, exactly four rays and therefore exactly four connecting rods or exactly six rays and thus exactly six connecting rods . The reciprocal of an integer multiple is also conceivable. Example: 6 cylinders can be distributed a) all 6 in turn on 1 KW crankpin or b) on 2 KW crankpins with a crankpin offset of 180° and bank angle 60° or c) on 3 KW crankpins with a crankpin offset of 120° and bank angle 60° ° or d) as an in-line engine: on 6 KW crankpins with bank angle 0°

Mit anderen Worten ist es denkbar, dass an dem jeweiligen Hubzapfen 22 gemeinsam beziehungsweise gleichzeitig drei, vier, fünf, sechs, sieben, acht, neun, zehn, elf, zwölf oder mehr separat voneinander ausgebildete Pleuel verschwenkbar beziehungsweise drehbar gelagert sein können. Dies gilt für einen Verbrennungsmotor nach aktuellem Stand der Technik auch, wobei jedoch der punkt-symmetrische Charakter der Kinematik führt dazu, dass es auch für die Hubkolbenmaschine 1 mit den zwei Kurbelwellen 4 und 20 gilt. Eine Neuerung allerdings ist die zusätzliche Möglichkeit, dass die Pleuelwegcharakteristik nicht schon nach einer Umdrehung der primären Kurbelwelle (prim. KW) vollständig abgefahren ist, sondern erst nach zwei Umdrehungen (ungeradzahlige Sterne mit ab 5er-Stern sich überkreuzenden Hubzapfenwegen: 3er-Stern, 5er, 7er, 9er...). Dadurch lassen sich unterschiedliche Verhältnisse von Ansaugweg = Verdichtungsweg zu Arbeitstaktweg = Ausstoßweg realisieren. Mit anderen Worten, der geometrischer Ansaugweg und der Arbeitsweg können unterschiedlich sein. Dasselbe gilt für den geometrischen Ausstoßweg und den Verdichtungsweg. Bei entsprechendem Winkelversatz zwischen primärem und sekundärem Hubzapfen sind sogar alle vier Wege unterschiedlich zueinander. Der Effekt der variablen Verdichtung ist bei einem konventionellen Verbrennungsmotor vom Stand der Technik über variable Steuerung des Ventiltriebs möglich. Dieser Erfindung liegt aber dieser Effekt kinematisch zugrunde, sodass ein guter Wirkungsgrad aufgrund des ggü. Ansaugweg größeren Expansionsweg auch ohne einen variablen Ventiltrieb erreicht werden kann. Bei entsprechender Auslegung ist selbst bei kompletter Ausnutzung des maximal möglichen Ansaugwegs der (maximale) Expansionsweg immer noch größer. Dies bringt ebenfalls einen Wirkungsgradvorteil, weil der Expansionsweg so länger ist als der Verdichtungsweg. Diese zusätzlich nutzbare Expansionsenergie verringert auch den Mitteldruck (bei gleichbleibendem Maximaldruck) und damit die mittlere Temperatur im Zylinder und entspannt damit ein bisschen die Herausforderung für die Werkstofftechnologie mit den gegenüber Stand der Technik erhöhten Temperaturen im Zylinder und Abgasstrang gerecht zu werden.In other words, it is conceivable for three, four, five, six, seven, eight, nine, ten, eleven, twelve or more to be mounted separately or separately on the respective crank pin 22 at the same time trained connecting rod can be pivoted or rotatably mounted. This also applies to an internal combustion engine based on the current state of the art, but the point-symmetrical character of the kinematics means that it also applies to the reciprocating piston engine 1 with the two crankshafts 4 and 20 . An innovation, however, is the additional possibility that the connecting rod travel characteristic is not completely covered after one revolution of the primary crankshaft (primary crankshaft), but only after two revolutions (odd-numbered stars with crank pin paths crossing each other from the 5th star: 3rd star, 5th , 7s, 9s...). As a result, different ratios of intake path = compression path to power cycle path = exhaust path can be implemented. In other words, the geometric suction path and the working path can be different. The same applies to the geometric ejection path and the compression path. With a corresponding angular offset between the primary and secondary crank pins, all four paths are even different from one another. The effect of variable compression is possible in a prior art conventional internal combustion engine via variable control of the valve train. However, this invention is based on this effect kinematically, so that a good degree of efficiency is achieved due to the Intake greater expansion path can be achieved without a variable valve train. With an appropriate design, the (maximum) expansion path is still larger, even if the maximum possible intake path is fully utilized. This also brings an efficiency advantage because the expansion path is longer than the compression path. This additional usable expansion energy also reduces the mean pressure (while the maximum pressure remains the same) and thus the mean temperature in the cylinder and thus eases the challenge for the material technology to meet the increased temperatures in the cylinder and exhaust system compared to the state of the art.

Bei Verwendung einer Sternform mit genau drei Strahlen ergibt sich somit für einen Drei-Zylinder-Motor genau eine Sekundärkurbelwelle mit genau einem Hubzapfen 22 und somit ein vollbesetzter Stern, bei einem Sechs-Zylinder-Motor werden zweite Hubzapfen 22 eingesetzt, wobei die Sternformen beispielsweise um beispielsweise 180 Grad versetzt zueinander sind und bei einem Zwölf-Zylinder-Motor werden beispielsweise vier Hubzapfen 22 eingesetzt, wobei dann die Sternformen beispielsweise um 90 Grad zueinander versetzt sind. Für eine Sternform mit vier Strahlen beziehungsweise vier Pleuel ergibt sich bei einem Vier-Zylinder-Motor entweder ein vollbesetzter Hubzapfen 22 oder es können zwei Hubzapfen 22 mit einem Versatz von 180 Grad und 90-Grad-V-Anordnung vorgesehen sein, wobei sich für einen Acht-Zylinder-Motor zwei vollbesetzte Sternformen mit je vier Strahlen oder vier jeweils mit zwei Pleuel besetzte Hubzapfen 22 insbesondere in V-Anordnung ergeben, und bei einem 12-Zylinder-Motor ergeben sich drei vollbesetzte Sterne, die jeweils um 120 Grad zueinander versetzt sind. Für eine Sternform mit genau sechs Strahlen ergibt sich beispielsweise bei einem Drei-Zylinder-Motor, dass nur ein Hubzapfen 22 halb besetzt ist, für einen Vier-Zylinder-Motor ergeben sich beispielsweise zwei Hubzapfen 22 mit je zu 2/6 belegten 60 Grad Winkel bei 180 Grad-Versatz, für einen Sechs-Zylinder Motor ergibt sich ein vollbesetzter Stern oder es ergeben sich zwei halb besetzte Sterne in Drei-Finger-Anordnung um 180 Grad versetzt, und für einen Zwölf-Zylinder-Motor ergeben sich zwei vollbesetzte Sterne mit 180 Grad Versatz oder vier halb besetzte Sterne je 90 Grad versetzt zueinander und somit eine Drei-Finger-Anordnung.When using a star shape with exactly three rays, there is exactly one secondary crankshaft with exactly one crank pin 22 and thus a fully occupied star for a three-cylinder engine for example, 180 degrees offset from each other and in a twelve-cylinder engine, for example, four crank pins 22 are used, in which case the star shapes are offset, for example, 90 degrees from each other. For a star shape with four beams or four connecting rods, a four-cylinder engine results in either a fully occupied crank pin 22 or two crank pins 22 with an offset of 180 degrees and a 90-degree V arrangement can be provided, with one Eight-cylinder engine, two fully occupied star shapes, each with four beams or four crank pins 22, each with two connecting rods, result in particular in a V arrangement, and with a 12-cylinder engine, three fully occupied stars result, each offset by 120 degrees from one another . For a star shape with exactly six rays, for example, in a three-cylinder engine, only half of one crank pin 22 is occupied; for a four-cylinder engine, for example, there are two crank pins 22 each with 2/6 occupied 60 degree angles at 180 degrees offset, for a six-cylinder engine there is a fully occupied star or there are two half-occupied stars in a three-finger arrangement offset by 180 degrees, and for a twelve-cylinder engine there are two fully occupied stars with 180 degrees offset or four half-occupied stars each 90 degrees offset from each other and thus a three-finger arrangement.

Ferner ist es denkbar, dass sich die Kurbelwellen in die gleiche, insbesondere erste, Drehrichtung drehen. Hierfür wären dann folgende konstruktive Modifikationen vorgesehen: Bei einer ersten Modifikation rollt die sekundäre Kurbelwelle 20 aus Sicht der Drehachse 5 nicht mehr „außen“ (vgl. 3) auf RFR ab, sondern „innen“ (wie die Rolle einer Gondel auf einem Seil). Also nicht mehr RFR = RKW + RSKW sondern RFR = RKW - RSWK. Somit wird beispielsweise das Hohlrad verändert: Von einem Hohlrad mit einer Innenverzahnung wird es zu einem Stirnrad mit Außenverzahnung.It is also conceivable that the crankshafts rotate in the same, in particular the first, direction of rotation. The following design modifications would then be provided for this: In a first modification, the secondary crankshaft 20 no longer rolls “outside” as seen from the axis of rotation 5 (cf. 3 ) on RFR, but "inside" (like the pulley of a gondola on a rope). So no longer RFR = R KW + R SKW but RFR = R KW - R SWK . Thus, for example, the ring gear is changed: from a ring gear with internal teeth, it becomes a spur gear with external teeth.

Damit das in zuvor genannte Stirnrad, in das das Hohlrad umgewandelt wurde, nicht mit den Kurbelstangen 23 kollidiert, entfällt beispielsweise eine der beiden Kurbelstangen 23 (also in 2 würde beispielsweise alles links des Pleuels 10 entfallen und das Zahrnad 29 würde ein Stirnrad sein).So that the spur gear mentioned above, into which the ring gear was converted, does not collide with the connecting rods 23, one of the two connecting rods 23 (i.e. in 2 for example, everything to the left of the connecting rod 10 would be omitted and the gear 29 would be a spur gear).

Bei einer zweiten Modifikation wird für die Abrollbewegung zwischen der sekundären Kurbelwelle 20 und dem Hohlrad (Zahnrad 29) noch ein Stirnrad eingebaut, das die Drehrichtung der sekundären Kurbelwelle 20 dann umdreht, sodass sich die Kurbelwellen 4 und 20 in dieselbe, insbesondere erste, Drehrichtung drehen. Vorzugsweise ist RKW doppelt so groß wie RSKW. Je vollständige Umdrehung der primären Kurbelwelle 4 fährt der Kolben 7 immer denselben Weg ab (Kolbenweg über Kurbelwellen-Winkel ist über jede Kurbelwellen-Umdrehung identisch). Ferner ist es denkbar, dass sich die zweite Kurbelwelle 20 dann, wenn sich die erste Kurbelwelle 4 mit der ersten Drehzahl um die erste Drehachse 5 dreht, die zweite Kurbelwelle 20 um die zweite Drehachse 21 mit einer zweiten Drehzahl dreht, welche ein ganzzahliges Vielfaches der Hälfte der ersten Drehzahl ist. Also ist z.B. ist RKW 3/2-mal oder 1/2-mal so groß wie RSKW. Dann benötigt die sekundäre Kurbelwelle 20 nicht eine, sondern zwei vollständige Umdrehungen der ersten Kurbelwelle 4 für einen geschlossenen Verfahrweg bzw. für eine vollständige Umdrehung (also Verlauf von Kolbenweg über KW-Winkel). Der Kolben 7 fährt je KW-Umdrehung (Umdrehung der primären Kurbelwelle 4) abwechselnd zwei verschiedene Wege, an deren Ende dann wieder der jeweils andere Weg anschließt (ähnlich eines Möbiusbands). Diese Wege (des Pleuelfußpunktes bzw. Hubzapfen) „kreuzen“ sich dann (aufgetragen in der x-y-Verfahrwegebene), da der Kolben 7 von einer „Ecke“ (Hubzapfen hat maximalen Abstand zur KW-Achse) des Weges nicht zur nächsten, sondern immer direkt zur übernächsten fährt (damit hat die Figur also immer eine ungerade Zahl an Ecken). Über einen Winkeloffset bzw. -versatz ( von z.B. 90°) der sekundären Kurbelwelle 20 gegenüber der primären Kurbelwelle 4 kann man die Verfahrwegfigur in der x-y-Ebene beliebig drehen. So kann man (in gewissen Grenzen) - zusätzlich zum Verschieben der max. Verdichtung hinter den oberen Totpunkten - auch noch Verdichtungsweg und Expansionsweg unterschiedlich lange gestalten z.B. den Expansionsweg größer gestalten als den Weg für die Verdichtung, was ebenfalls einen Wirkungsgradvorteil bringt. Dieser gesamte Absatz gilt generell und nicht nur für die o.g. 1. und 2. Modifikation bzw. Ausführungsform..In a second modification, a spur gear is installed for the rolling movement between the secondary crankshaft 20 and the ring gear (gear 29), which then reverses the direction of rotation of the secondary crankshaft 20, so that the crankshafts 4 and 20 rotate in the same, in particular the first, direction of rotation . Preferably R KW is twice as large as R SKW . For each complete revolution of the primary crankshaft 4, the piston 7 always travels the same path (piston path versus crankshaft angle is identical for each crankshaft revolution). It is also conceivable that when the first crankshaft 4 rotates at the first speed about the first axis of rotation 5, the second crankshaft 20 rotates about the second axis of rotation 21 at a second speed, which is an integer multiple of the half of the first speed. So, for example, R KW is 3/2 times or 1/2 times as large as R SKW . Then the secondary crankshaft 20 requires not one, but two complete revolutions of the first crankshaft 4 for a closed travel or for a complete revolution (i.e. progression of piston travel over KW angle). The piston 7 travels two different paths alternately for each KW revolution (rotation of the primary crankshaft 4), at the end of which the other path then connects again (similar to a Möbius strip). These paths (of the connecting rod foot point or crank pin) then "cross" (plotted in the xy traverse path level), since the piston 7 does not move from one "corner" (crank pin has maximum distance to the KW axis) of the path to the next, but always directly to the next but one (thus the figure always has an odd number of corners). By means of an angular offset or misalignment (of, for example, 90°) of the secondary crankshaft 20 in relation to the primary crankshaft 4, the traversing path figure can be rotated as desired in the xy plane. So you can (within certain limits) - in addition to shifting the max. compression behind the top dead center - also make the compression and expansion paths of different lengths, e.g. make the expansion path larger than the path for compression, which also brings an efficiency advantage. This entire paragraph applies in general and not only to the above 1st and 2nd modification or embodiment.

BezugszeichenlisteReference List

11
Hubkolbenmaschinereciprocating machine
22
Gehäusehousing
33
Zylindercylinder
44
erste Kurbelwellefirst crankshaft
55
Drehachseaxis of rotation
66
Wellenzapfenshaft journal
77
KolbenPistons
88th
Zylinderwandcylinder wall
99
Doppelpfeildouble arrow
10, 10'10, 10'
Pleuelconnecting rod
1111
Brennraumcombustion chamber
1212
Pfeilarrow
1313
Zündungignition
1414
Einlasstraktadmission tract
1515
Abgastraktexhaust tract
1616
Abgasturboladerexhaust gas turbocharger
1717
Turbinenradturbine wheel
1818
Verdichterradcompressor wheel
1919
Wellewave
2020
zweite Kurbelwellesecond crankshaft
2121
Drehachseaxis of rotation
2222
Hubzapfencrank pin
2323
Kurbelstangeconnecting rod
2424
Wellenzapfenshaft journal
2525
Kurbelstangeconnecting rod
2626
Kurbelwelleneinrichtungcrankshaft device
2727
Kurbelcrank
2828
Pfeilarrow
2929
Zahnradgear
3030
Zahnradgear
3131
Versorgungseinrichtungutility facility
3232
Pfeilarrow
3333
Wellewave
D1-9D1-9
Drehstellungrotary position
hPIhPI
Höheheight
nMotnMot
Kurbelwellendrehzahlcrankshaft speed
Koknockout
Kupplungcoupling
RKWRKW
Radiusradius
RPLRPL
Radiusradius
RSKWRSKW
Radiusradius
S1, S2S1, S2
Schwenkachsepivot axis
TT
Drehmomenttorque
T1-T4T1-T4
Takttact

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN DESCRIPTION

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Zitierte PatentliteraturPatent Literature Cited

  • EP 2633166 B1 [0003]EP 2633166 B1 [0003]

Claims (11)

Hubkolbenmaschine (1), mit einem Gehäuse (2), mit einer Kurbelwelle (4), welche um eine Drehachse (5) relativ zu dem Gehäuse (2) drehbar an dem Gehäuse (2) gelagert ist, mit wenigstens einem Zylinder (3), und mit wenigstens einem translatorisch bewegbar in dem Zylinder (3) aufgenommenen Kolben (7), welcher über wenigstens ein Pleuel (10) gelenkig mit der Kurbelwelle (4) gekoppelt ist, gekennzeichnet durch wenigstens eine zweite Kurbelwelle (20), welche um eine von der Drehachse (5) beabstandete und parallel zu der Drehachse (5) verlaufende, zweite Drehachse (21) relativ zu der ersten Kurbelwelle (4) drehbar an der ersten Kurbelwelle (4) gelagert ist und wenigstens einen Hubzapfen (22) aufweist, mit welchem der Kolben (7) über das Pleuel (10) gelenkig gekoppelt ist.Reciprocating piston machine (1), with a housing (2), with a crankshaft (4) which is mounted on the housing (2) so that it can rotate about an axis of rotation (5) relative to the housing (2), with at least one cylinder (3) , And with at least one translationally movable piston (7) accommodated in the cylinder (3), which is coupled in an articulated manner to the crankshaft (4) via at least one connecting rod (10), characterized by at least one second crankshaft (20) which rotates about a spaced apart from the axis of rotation (5) and running parallel to the axis of rotation (5), the second axis of rotation (21) is rotatably mounted on the first crankshaft (4) relative to the first crankshaft (4) and has at least one crank pin (22), with which the piston (7) is articulated via the connecting rod (10). Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kurbelwelle (20) derart mit dem Gehäuse (2) gekoppelt ist, dass aus einer um die erste Drehachse (5) relativ zu dem Gehäuse (2) erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle (4) eine um die zweite Drehachse (21) relativ zu dem Gehäuse (2) und relativ zu der ersten Kurbelwelle (4) erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle (20) resultiert.Reciprocating machine (1) after claim 1 , characterized in that the second crankshaft (20) is coupled to the housing (2) in such a way that from a rotation about the first axis of rotation (5) relative to the housing (2) taking place rotation of the first crankshaft (4) about the second Axis of rotation (21) relative to the housing (2) and relative to the first crankshaft (4) resulting rotation of the second crankshaft (20). Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kurbelwelle (20) derart mit dem Gehäuse (2) gekoppelt ist, dass aus einer um die erste Drehachse (5) relativ zu dem Gehäuse (2) in eine erste Drehrichtung (12) erfolgenden Drehung der ersten Kurbelwelle (4) eine um die zweite Drehachse (21) relativ zu dem Gehäuse (2) und relativ zu der ersten Kurbelwelle (4) in eine der ersten Drehrichtung (12) entgegengesetzte, zweite Drehrichtung (28) erfolgende Drehung der zweiten Kurbelwelle (20) resultiert.Reciprocating machine (1) after claim 2 , characterized in that the second crankshaft (20) is coupled to the housing (2) in such a way that the first crankshaft rotates about the first axis of rotation (5) relative to the housing (2) in a first direction of rotation (12). (4) a rotation of the second crankshaft (20) about the second axis of rotation (21) relative to the housing (2) and relative to the first crankshaft (4) in a second direction of rotation (28) opposite to the first direction of rotation (12) results. Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Kurbelwelle (20) derart mit dem Gehäuse (2) gekoppelt ist, dass sich die zweite Kurbelwelle (20) dann, wenn sich die erste Kurbelwelle (4) mit einer ersten Drehzahl (nMot) um die erste Drehachse (5) dreht, die zweite Kurbelwelle (20) um die zweite Drehachse (21) mit einer zweiten Drehzahl dreht, welche ein ganzzahliges Vielfaches der halben ersten Drehzahl (nMot) ist.Reciprocating machine (1) after claim 2 or 3 , characterized in that the second crankshaft (20) is so coupled to the housing (2) that the second crankshaft (20) when the first crankshaft (4) at a first speed (n Mot ) to the first Axis of rotation (5) rotates, the second crankshaft (20) rotates about the second axis of rotation (21) at a second speed, which is an integer multiple of half the first speed (n Mot ). Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Drehzahl mindestens oder genau das Vierfache der ersten Drehzahl (nMot) ist.Reciprocating machine (1) after claim 4 , characterized in that the second speed is at least or exactly four times the first speed (n Mot ). Hubkolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 2 bis 5, gekennzeichnet durch: - wenigstens ein an dem Gehäuse (2) vorgesehenes, erstes Zahnrad (29); und - an der zweiten Kurbelwelle (20) vorgesehenes, zweite Zahnrad (30), welches direkt mit dem ersten Zahnrad (29) in Eingriff steht, wodurch die zweite Kurbelwelle (20) mit dem Gehäuse (2) gekoppelt ist.Reciprocating machine (1) according to one of claims 2 until 5 , characterized by : - at least one first toothed wheel (29) provided on the housing (2); and - on the second crankshaft (20) provided, second gear (30) which is directly engaged with the first gear (29), whereby the second crankshaft (20) is coupled to the housing (2). Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (29) drehfest mit dem Gehäuse (2) verbunden, insbesondere einstückig mit dem Gehäuse (2) ausgebildet, ist.Reciprocating machine (1) after claim 6 , characterized in that the first gear (29) rotatably connected to the housing (2), in particular integrally formed with the housing (2), is. Hubkolbenmaschine (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (29) relativ zu dem Gehäuse (2) verdrehbar ist.Reciprocating machine (1) after claim 6 , characterized in that the first gear (29) is rotatable relative to the housing (2). Hubkolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 8. dadurch gekennzeichnet, dass das erste Zahnrad (29) als ein Hohlrad ausgebildet ist.Reciprocating machine (1) according to one of Claims 6 until 8th . characterized in that the first gear (29) is designed as a ring gear. Hubkolbenmaschine (1) nach einem der Ansprüche 6 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass das zweite Zahnrad (30) drehfest mit der zweiten Kurbelwellwelle (20) verbunden, insbesondere einstückig mit der zweiten Kurbelwelle (20) ausgebildet, ist.Reciprocating machine (1) according to one of Claims 6 until 9 , characterized in that the second gear (30) rotatably connected to the second crankshaft (20), in particular integrally formed with the second crankshaft (20), is. Vorrichtung, mit wenigstens einer Hubkolbenmaschine (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche.Device with at least one reciprocating piston machine (1) according to one of the preceding claims.
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US5158047A (en) 1990-05-14 1992-10-27 Schaal Jack E Delayed drop power stroke internal combustion engine
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