DE69809768T2 - Brennkraftmaschinen - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft Brennkraftmaschinen nach Art eines Hubkolbenmotors und betrifft diejenigen Kraftmaschinen, die einen oder mehrere Kolben enthalten, von denen jeder zur Hin- und Herbewegung in einem zugehörigen Zylinder eingebaut und schwenkbar mit einer Pleuelstange verbunden, ist, die mit einer entsprechenden Kurbel auf einer Kurbelwelle verbunden ist, wobei die Pleuelstange schwenkbar mit einem Ende eines lang gestreckten Bindeglieds verbunden ist, das schwenkbar mit der dazugehörigen Kurbel an einer Stelle zwischen ihren Enden verbunden ist, und dessen anderes Ende eine Stange bildet, die von einer Befestigung gehalten wird, so daß sie um eine Schwenkachse parallel zur Achse der Kurbelwelle schwenken kann. Die Erfindung betrifft auch insbesondere, aber nicht ausschließlich, Kraftmaschinen der in der EP-A-0 591 153 geoffenbarten Gattungsart.
• Diese vorveröffentlichte Druckschrift offenbart eine Maschine, bei welcher der oder jeder Kolben gezwungen ist, sich über mindestens einen Teil des Taktes mit einer Geschwindigkeit zu bewegen, die derart ist, daß sein Hub/Zeit-Diagramm von der Sinusform abweicht, die inhärent von herkömmlichen Kraftmaschinen erzeugt wird, bei denen jeder Kolben mit einer entsprechenden Kurbel auf einer Kurbelwelle durch eine entsprechende Pleuelstange verbunden ist. Bei einer derartigen herkömmlichen Kraftmaschine bemüht man sich, die Verbrennung des Kraftstoff/Luft-Gemischs der Kolbenbewegung anzupassen, aber die dem Aufbau der vorveröffentlichten Druckschrift zugrunde liegende Philosophie ist, daß man die Verbrennung auf optimale Art und Weise stattfinden läßt und der Kolben dazu gebracht wird, sich auf eine Art und Weise zu bewegen, die der Verbrennung "folgt" und sich auf die Art und den Verlauf des Verbrennungsvorgangs bezieht.
• Noch spezifischer offenbart die vorveröffentlichte Druckschrift eine Kraftmaschine, bei welcher der Kolben gezwungen wird, langsamer zu werden und sich somit langsamer zu bewegen als bei einer herkömmlichen Kraftmaschine, und zwar an oder in der Nähe des Taktpunktes, an dem die Zündung des Kraftstoff/Luft-Gemischs erfolgt, und dann wieder schneller zu werden, ehe er die obere Totpunktstellung (TDC) erreicht. Dies basiert auf der Erkenntnis, daß sich bei einer herkömmlichen Kraftmaschine der Kolben im Wesentlichen mit seiner Höchstgeschwindigkeit an dem Punkt bewegt, an dem die Zündung erfolgt, und das Verdichtungsverhältnis sich im Wesentlichen bei seiner Höchstrate ändert und somit die Ausbreitungsgeschwindigkeit der Flammenfront durch das Kraftstoff/Luft-Gemisch hindert und somit die Art und Vollständigkeit des Verbrennungsvorgangs beeinträchtigt. Die Verlangsamung des Kolbens um den Zündpunkt bedeutet jedoch, daß die Druckanstiegsrate des Kraftstoff/Luft-Gemischs zu dem Zeitpunkt, an dem die Ausbreitung der Flammenfront beginnt, im Wesentlichen geringer als üblich ist, was dazu führt, daß sich die Flammenfront sehr viel schneller als üblich durch das Kraftstoff/Luft-Gemisch ausbreitet.
• Die vorveröffentlichte Druckschrift offenbart ebenfalls, daß der Kolben dazu gezwungen wird, seine Höchstbeschleunigung und seine Höchstgeschwindigkeit bei etwa zwischen 0 und 40º nach dem TDC zu erreichen, statt 90º nach dem TDC wie bei einer herkömmlichen Kraftmaschine und sich danach langsamer als bei einer herkömmlichen Kraftmaschine in letzterem Teil seines Arbeitstakts zu bewegen, bevor er die untere Totpunktstellung (BDC) erreicht. Dies führt zu einer geringeren Temperatur der Abgase und somit zu reduzierten NOx-Emissionen und geringerem Verschleiß der Auspufföffnungen und -ventile.
• Es wurden umfassende Versuche an gemäß der EP-A-0 591 I53 konstruierten Kraftmaschinen ausgeführt, und sie haben gezeigt, daß die Kraftmaschine tatsächlich im Vergleich zu herkömmlichen Kraftmaschinen eine wesentlich erhöhte Leistungsfähigkeit und auch drastisch reduzierte Emissionen der unverbrannten Kohlenwasserstoffe CO und NOx aufweist. In der Tat haben diese Versuche gezeigt, daß der Verbrennungsvorgang in den Kraftmaschinen gemäß der vorveröffentlichten Druckschrift auf eine Art und Weise verläuft, die sich grundsätzlich von der bei herkömmlichen Kraftmaschinen unterscheidet, was durch die Tatsache belegt wird, daß z. B. die Druckanstiegsrate in dem Zylinder während der Verbrennung ungefähr 6,5 bar pro Drehgrad der Abtriebswelle beträgt, im Vergleich zu ungefähr 2,5 bar bei einer herkömmlichen Kraftmaschine, und daß die Verbrennung innerhalb einer Drehung von ungefähr 22º der Abtriebswelle nach dem TDC beendet ist, im Vergleich zu ungefähr 60º bei einer herkömmlichen Kraftmaschine.
• Die in der vorveröffentlichten Druckschrift offenbarte Kraftmaschine enthält jedoch profilierte Nocken, die mit den Kolben zusammenwirken, und keine herkömmliche Kurbelwelle, und obwohl derartige Nocken durchaus funktionstüchtig und technisch zufrieden stellend sind, wäre es für die Kraftmaschine besser, eine Kurbelwelle der allgemein herkömmlichen Art aufzuweisen, weil bereits Massenproduktionseinrichtungen für Kurbelwellen zur Verfügung stehen und die Technologie zur Herstellung von Kraftmaschinen mit Kurbelwellen geläufiger und erprobter und bewährter ist als für Kraftmaschinen mit Nocken.
• Demnach ist es das Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine von Art eines Hubkolbenmotors zu schaffen, bei der das Zeit/Hub-Diagramm des oder jeden Kolbens von der Sinusform herkömmlicher Kraftmaschinen mit Kurbelwelle abweicht, z. B. in einer Art und Weise wie sie in der EP-A-0 591 153 geoffenbart ist, und auch geändert werden kann, wenn die Kraftmaschine in Betrieb ist, die aber eine Kurbelwelle der allgemein herkömmlichen Art umfaßt.
• Eine Kraftmaschine der spezifischen Art, auf die sich die Erfindung bezieht, wird in der US-A-2, 506, 088 geoffenbart. Bei der in dieser vorveröffentlichten Druckschrift geoffenbarten Kraftmaschine ist das andere Ende des langgestreckten. Verbindungsgliedes, d. h. das vom Kolben am weitesten entfernte Ende, schwenkbar mit einem Ende eines kurzen Arms verbunden, dessen anderes Ende auf einem feststehenden Drehpunkt zur Drehung um diesen gelagert ist. Während sich der Kolben auf und ab bewegt und sich die dazugehörige Kurbel um die Achse der Kurbelwelle dreht, wird das andere Ende des Verbindungsglieds von dem kurzen Arm zurückgehalten, um sich damit um den feststehenden Drehpunkt mit einer der Kurbelwelle entsprechenden Geschwindigkeit zu drehen.
• Das Bewegungsmuster des Kolbens in dieser Kraftmaschine unterscheidet sich von der reinen Sinusform, jedoch auf eine Art und Weise, die vorherbestimmt und unveränderlich ist. Um jedoch die Verbrennung des Luft/Kraftstoff-Gemischs zu optimieren, um die Leistungsfähigkeit zu maximieren und Emissionen zu minimieren, ist es erwünscht, daß Mittel vorgesehen werden, um das Bewegungsmuster des Kolbens in Abhängigkeit von der Geschwindigkeit, der Belastung oder anderen Parametern zu ändern.
• Es ist deshalb ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Kraftmaschine zu schaffen, die bevorzugt gemäß der Lehre der EP-A-0 591 153 funktioniert, bei der das Bewegungsmuster der Kraftmaschine möglichst automatisch in Abhängigkeit von den Betriebsparametern der Kraftmaschine änderbar ist.
• Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine der eingangs erwähnten Art dadurch gekennzeichnet, daß die Befestigung ein erstes bewegbares Halteelement umfaßt, das mit einem zweiten bewegbaren Halteelement verbunden ist, um im Verhältnis dazu um die als Schwenkachse schwenkbar zu sein, wobei das erste bewegbare Halteelement mit der Stange durch eine Lagerung verbunden ist, die nur eine relative Gleitbewegung in der Richtung der Stange zuläßt, daß ein erstes Stellglied mit der Halterung verbunden und angeordnet ist, um es selektiv in einer ersten Richtung senkrecht zu der Achse der Kurbelwelle zu bewegen, und daß ein zweites Stellglied mit dem ersten Stellglied verbunden und angeordnet ist, um dieses und die Halterung in eine zweite Richtung quer zu der ersten Richtung zu bewegen.
• Somit ist bei der Kraftmaschine der vorliegenden Erfindung die Pleuelstange nicht unmittelbar schwenkbar mit einer entsprechenden Kurbel verbunden, sondern mittelbar über ein Ende eines Verbindungsglieds, das schwenkbar sowohl mit der Kurbel als auch mit der Pleuelstange verbunden ist.
• Das andere Ende des Verbindungsglieds ist derart gelagert, daß es um eine dritte Schwenkachse schwenkbar ist, die parallel zu den beiden anderen liegt, und parallel zu seiner Länge geradlinig bewegbar ist. Die Kolbenbewegung weicht somit von der Sinusform ab und kann beliebig verändert werden, indem man den Abstand und die relativen Stellungen der drei Schwenkachsen des Verbindungsglieds ändert, die im Allgemeinen nicht in einer einzigen Ebene liegen werden. Es wird jedoch bevorzugt, daß die drei Schwenkachsen derart angeordnet sind, daß die Kolbenbewegung genau die des Kolbens der in der EP-A-0 591 153 offenbarten Kraftmaschine nachahmt, insbesondere daß der Kolben dazu gezwungen wird, sich im Bereich des Zündpunktes wesentlich langsamer als bei einer herkömmlichen Kraftmaschine zu bewegen.
• Die Erfindung ist sowohl auf Zweitakt- als auch auf Viertakt-Kraftmaschinen, sowohl nach Art eines Ottomotors als auch eines Dieselmotors, anwendbar. Es ist erkennbar, daß die Stellmittel ermöglichen, die dritte Schwenkachse, d. h. die Achse, um welche die Stange sich in Bezug auf die Halterung dreht, beliebig zu bewegen, wodurch die Kolbenbewegung geändert wird. Dies kann erwünscht sein, damit die Kraftmaschine optimal bei unterschiedlichen Geschwindigkeiten und/oder Belastungen laufen kann, und kann auch verwendet werden, um das beaufschlagte Volumen des oder jeden Zylinders und das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine zu verändern, wie nachstehend ausführlicher besprochen werden wird. Falls es sich bei der Kraftmaschine um eine des Viertakt-Typs handelt, kann es für die Kolbenbewegung wünschenswert sein, zwischen den Verdichtungs- und Ausstoßtakten und vielleicht sogar zwischen den Induktions- und Arbeitstakten unterschiedlich zu sein. Dies kann auf verschiedene Art und Weise erreicht werden, z. B. indem man die Befestigung veranlaßt, sich geradlinig synchron mit dem dazugehörigen Kolben hin- her zu bewegen. Die Stellmittel können nicht nur verwendet werden, um die Art zu verändern, in der die Kolbenbewegung von der Sinuskurve abweicht, sondern auch, um mindestens teilweise die Veränderung zu bewirken, und es können somit die Stellmittel im Verlauf eines Kolbenhubs betätigt werden, z. B. am oder um den Zündpunkt, um die erwünschte Verlangsamung des Kolbens an diesem Punkt zu bewirken. Es wird ebenfalls bevorzugt, daß das lang gestreckte Glied und die Halterung derart bemessen und angeordnet sind, daß wenn die Kraftmaschine arbeitet, die Schwenkachse, um welche die Pleuelstange im Verhältnis zu dem lang gestreckten Bindeglied schwenkt, eine im Allgemeinen ovale oder elliptische Bahn beschreibt, wobei sich die Hauptachse der Ellipse im Allgemeinen parallel zu der Zylinderachse erstreckt.
• Die erste Richtung, in welche die Halterung bewegbar ist, liegt bevorzugt im Wesentlichen parallel zu der Zylinderachse, und die zweite Richtung liegt bevorzugt im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse.
• Die Stellglieder, die verschiedener bekannter Arten sein können, sind jedoch für ihre Betätigung selektiv angeordnet. Die Steuermittel entsprechen typischerweise dem Motorverwaltungssystem, wie es heutzutage bei den meisten modernen Automotoren bereitgestellt wird.
• Die Fähigkeit, die Befestigung in eine beliebige Richtung senkrecht zu der Kurbelwellenachse mittels der beiden Stellglieder zu bewegen, ermöglicht es, das Bewegungsmuster des Kolbens beliebig zu verändern und insbesondere es gemäß den Betriebsparametern der Kraftmaschine zu verändern, um die Leistung der Kraftmaschine zu jeder Zeit zu optimieren. Es hat sich herausgestellt, daß die Bewegung der Halterung in die erste Richtung, d. h. im Wesentlichen parallel zu der Zylinderachse, hauptsächlich zu der Bewegung der oberen Totpunktstellung des Kolbens und somit zu einer Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Kraftmaschine führt. Wenn auch in geringerem Maße führt eine derartige Bewegung auch zu einer Änderung des Kolbenhubs und des beaufschlagten Volumens. Es hat sich herausgestellt, daß die Bewegung der Halterung in die zweite Richtung, d. h. im Wesentlichen senkrecht zu der Zylinderachse, hauptsächlich zu der Bewegung der unteren Totpunktstellung des Kolbens und somit hauptsächlich zu einer Änderung des Hubs und somit des beaufschlagten Volumens des Kolbens führt. Die vorliegende Erfindung eröffnet daher die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis und das beaufschlagte Volumen der Kraftmaschine innerhalb der Grenzen, die durch die Geometrie der Bestandteile gegeben sind, beliebig zu verändern, um die Kraftmaschine den augenblicklichen Betriebsparametern anzupassen.
• Bevorzugt weist die Kraftmaschine einen ersten Sensor auf, der angeordnet ist, um ein Signal abzugeben, das angibt, daß das Motorklopfen begonnen hat oder gerade beginnt, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Stellmittel zu betätigen, um die Halterung in der ersten Richtung zu bewegen, um das Verdichtungsverhältnis zu reduzieren und so das Klopfen zu unterbinden. Derartige Klopfsensoren sind hinlänglich bekannt und enthalten einen Akustik- oder Vibrationssensor, der sich in oder auf einem Zylinderblock befindet, und ermöglichen die zeitweise Reduzierung des Verdichtungsverhältnisses der Kraftmaschine, sollte das Klopfen erfolgen, um die Leistungsfähigkeit zu maximieren.
• Bevorzugt weist die Kraftmaschine auch einen zweiten Sensor auf, der angeordnet ist, um ein Signal abzugeben, das die Belastung der Kraftmaschine angibt, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Halterung in der ersten Richtung zu bewegen, um das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine bei wechselnder Belastung zu verändern, z. B. das Verdichtungsverhältnis verringern, wenn die Belastung steigt. Derartige Belastungssensoren sind ebenfalls als solche hinlänglich bekannt und können z. B. dem Druck in dem Ansaugkrümmer der Kraftmaschine ausgesetzt werden, der ansteigt, wenn die Belastung der Kraftmaschine zunimmt, oder können mechanisch mit der Motordrosselklappe verbunden sein.
• Die Bewegung der Halterung in die erste Richtung verursacht die Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Kraftmaschine und verursacht ebenfalls eine geringe Änderung des beaufschlagten Volumens und des Kolbenhubs. Dies wird den Zündzeitpunkt ändern, was unerwünscht ist, und z. B. bei Rennmotoren kann es auch unannehmbar sein, daß sich das beaufschlagte Volumen ändert, und diese beiden Änderungen können kompensiert werden, wenn die Steuermittel angeordnet werden, um die Halterung in die zweite Richtung zu bewegen, wodurch die untere Totpunktstellung des Kolbens geändert wird, um die Änderungen zu kompensieren, die durch die Bewegung der Befestigung in die erste Richtung hervorgerufen wurden.
• Das optimale Verdichtungsverhältnis einer Kraftmaschine ändert sich mit der Belastung, der sie unterworfen wird, und dieses optimale Verdichtungsverhältnis nimmt zu, wenn die Belastung abnimmt. Es ist deshalb anhand der vorliegenden Erfindung möglich, sicherzustellen, daß das Verdichtungsverhältnis immer bei dem optimalen Wert liegt, daß aber kein Klopfen der Kraftmaschine auftritt. Wenn die Kraftmaschine z. B. bei geringer Geschwindigkeit und Belastung läuft und die Belastung plötzlich erhöht wird, neigt sie sofort zum Klopfen oder vorzeitigen Zünden. Dem kann man entgegenwirken, indem man zeitweise das Verdichtungsverhältnis reduziert, indem man die Halterung in die erste Richtung bewegt und dies wahlweise dadurch kompensiert, indem man sie auch in die zweite Richtung bewegt. Während die Geschwindigkeit der Kraftmaschine steigt, sollten die Steuermittel möglichst programmiert sein, um einen allmählichen Anstieg des Verdichtungsverhältnisses bis auf den optimalen Wert gerade unter dem, bei dem das Klopfen auftreten würde, hervorzubringen.
• Als Alternative können die Steuermittel angeordnet sein, um sicherzustellen, daß wenn die Belastung der Kraftmaschine plötzlich ansteigt, die Halterung in die zweite Richtung bewegt wird, um eine wesentliche Erhöhung des von dem Kolben beaufschlagten Volumens zu bewirken. Wenn somit ein plötzlicher Leistungsanstieg von der Kraftmaschine benötigt wird, kann die Arbeitsleistung der Kraftmaschine z. B. um 10% erhöht werden, was somit zu einem sofortigen, wesentlichen Anstieg der abgegebenen Leistung führt. Die vorliegende Erfindung kann deshalb verwendet werden, um eine Leistungsanstiegswirkung hervorzubringen, die der ähnelt, die von einem Turbolader oder Vorverdichter erbracht wird, und kann verwendet werden, um herkömmliche, aufwendige Vorverdichter zu ersetzen oder einfach nur, damit eine Kraftmaschine einer bestimmten Arbeitsleistung geändert werden kann, um eine andere Arbeitsleistung aufzuweisen.
• Obgleich die beiden Teile des Verbindungsglieds auf gegenüberliegenden Seiten der Kurbel, mit der es schwenkbar verbunden ist, kolinear sein können, hat sich herausgestellt, daß es besser ist, wenn sie tatsächlich ein wenig zueinander zu geneigt sind, z. B. um 5 bis 45º.
• Die Erhöhung der Geschwindigkeit der Flammenausbreitung und des Verbrennungswirkungsgrades in dem Zylinder führen zu einer sehr beträchtlichen Erhöhung des Wirkungsgrades der Kraftmaschine, d. h. der Leistungsabgabe pro Kraftstoffmassen-einheit. Der Leistungsgrad wird noch durch die Tatsache weiter gesteigert, daß die Pleuelstange inhärent zur Zylinderachse hin geneigt ist, wenn der Kolben sich in der oberen Totpunktstellung (TDC) befindet. Der Höchstdruck innerhalb des Zylinders wird an und um den TDC erbracht, aber bei einer herkömmlichen Kraftmaschine definieren die Pleuelstange und die Kurbel eine Gerade, die parallel zu der Zylinderachse am TDC liegt, was bedeutet, daß in dieser Stellung kein Drehmoment an die Kurbelwelle übertragen wird und der Höchstdruck innerhalb des Zylinders "verschwendet" wird und einfach nur zur Erzeugung zusätzlicher Wärme führt. Bei der erfindungsgemäßen Kraftmaschine bedeutet jedoch die Tatsache, daß die Pleuelstange am TDC auf die Zylinderachse hin geneigt ist, daß am TDC ein Drehmoment an die Kurbelwelle übertragen wird, und somit daß der am TDC vorherrschende Höchstdruck in nützliche Leistung umgesetzt und nicht verschwendet wird.
• Weitere Merkmale und Einzelheiten der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung einer spezifischen Ausführungsform ersichtlich, die beispielhaft mit Bezug auf die beiliegende sehr schematische Zeichnung dargelegt wird, die ein teilweise aufgeschnittener Aufriß eines Teils einer Mehrzylinder-Viertakt-Kraft naschine ist, wovon nur ein Zylinder und der dazugehörige Kolben und der Kolbenverbindungsmechanismus gezeigt werden.
• Bei dieser Ausführungsform weist die Kraftmaschine vier Zylinder auf, obwohl sie mehr oder weniger als dies oder auch nur einen einzigen Zylinder aufweisen kann, es wird jedoch nur ein einziger Zylinder 2 gezeigt. In dem Zylinder ist ein sich auf und ab bewegender Kolben 4 eingebaut. Der Kolben ist um eine Achse 5 auf die übliche Art und Weise mit einer Pleuelstange 6 schwenkbar verbunden. Unterhalb des oder jedes Zylinders 2 erstreckt sich eine Kurbelwelle 7, die in Fig. 1 nur schematisch gezeigt ist und um eine Achse 8 drehbar gelagert ist. Die Kurbelwelle trägt eine entsprechende Kurbel oder Kurbelwellenkröpfung 10 für jeden Kolben. Die Pleuelstange 6 ist jedoch nicht direkt mit der dazugehörigen Kurbel 10 verbunden, sondern ist statt dessen um eine Achse 12 schwenkbar mit einem Ende 11 eines entsprechenden lang gestreckten Glieds 14 verbunden. Das Glied ist ebenfalls um eine Achse 16 schwenkbar an einer Stelle zwischen seinen Enden mit der dazugehörigen Kurbel 10 verbunden, wobei ein geeignetes Lager 15 dazwischen gesetzt ist. Das andere Ende 18 des Glieds 14, das die Form eines hohlen Stabs aufweist, wird längs verschiebbar in einer Halterung aufgenommen.
• Die Halterung weist eine erste bewegbare Halterung 20 auf, die aus einer Kugel oder einem Zylinder besteht und ein Loch aufweist, durch das der Stab 18 hindurchgeht und darin verschiebbar gehalten wird. Die bewegbare Halterung 20 wird in einem Loch oder einer Aussparung innerhalb einer zweiten bewegbaren Halterung 26 durch Anlage von gegenüberliegenden komplementären Oberflächen, die die Halterung 26 aufweist, an seine äußere, kreisförmigem Querschnitt aufweisende Oberfläche gehalten. Die Halterung 20 kann somit in Bezug auf die Halterung 26 um seine Mittelachse 21 drehen, kann sich aber nicht geradlinig dazu bewegen. Die Stange 18 kann sich somit nur schwenkend und geradlinig parallel zu ihrer Länge in Bezug auf die Halterung 26 bewegen.
• Die Halterung 20, 26 ist mit zwei hydraulischen Stellgliedern 30, 32 verbunden, die angeordnet sind, um sie geradlinig in zwei Richtungen zu bewegen, die zu einander senkrecht sind und beide zu der Achse 8 der Kurbelwelle senkrecht sind. Das erste Stellglied 30 trägt die Halterung und ist angeordnet, um sie im Wesentlichen parallel zu der Zylinderachse zu bewegen, und wird seinerseits von dem zweiten Stellglied 32 getragen, das angeordnet ist, um dieses und somit auch die Befestigung im Wesentlichen senkrecht zu den Achsen sowohl der Kurbelwelle 7 als auch des Zylinders 2 zu bewegen. Das zweite Stellglied 32 ist starr an einem bestimmten feststehenden Bestandteil 31 der Kraftmaschine befestigt und ist somit ortsgebunden.
• Starr mit der zweiten Halterung 26 verbunden ist ein Kolben 34, der in dem Zylinder 36 des ersten Stellglieds untergebracht ist. Ebenso mit der zweiten Halterung 26 verbunden ist ein lang gestrecktes Führungselement 38, das verschiebbar in der Art eines Kolbens in einem belüfteten Hohlraum 40 in dem ersten Stellglied aufgenommen wird und sicherstellt, daß sich die Befestigung gleichmäßig und geradlinig im Verhältnis zu dem ersten Stellglied bewegt. Ähnlich ist starr mit dem ersten Stellglied 30 ein Kolben 42 verbunden, der in dem Zylinder 44 des zweiten Stellglieds 32 untergebracht ist. Ebenso ist mit dem zweiten Stellglied ein lang gestrecktes Führungselement 46 verbunden, das verschiebbar in der Art eines Kolbens in einem belüfteten Hohlraum 48 des zweiten Stellglieds aufgenommen ist und sicherstellt, daß sich das erste Stellglied gleichmäßig und geradlinig im Verhältnis zu dem zweiten Stellglied bewegt.
• Im Betrieb wird eine druckbeaufschlagte hydraulische Flüssigkeit selektiv in die Zylinder 36 und 44 auf der einen oder anderen Seite der Kolben 34, 42 eingelassen, und zwar aus einem druckbeaufschlagten hydraulischen Vorratsbehälter, der von Magnetventilen oder dergleichen gesteuert wird, die ihrerseits von einem elektronischen Steuergerät gesteuert werden, typischerweise dem Motorverwaltungssystem des Fahrzeugs, in dem die Kraftmaschine untergebracht ist, um die erwünschte Bewegung der Befestigung zu bewirken.
• Im Betrieb kann die Halterung 20, 26 und somit die Schwenkachse. 21 ortsgebunden bleiben, und während sich die Kurbelwelle 10 dreht und sich der Kolben 4 innerhalb des Zylinders 2 auf und ab bewegt, beschreibt die Achse 16 der Kurbel 10 eine kreisförmige Bahn 29, und die Stange 18 gleitet in und aus der ersten Halterung 20, die um ihre Achse 21 hin und zurück schwingt. Die Halterung 20 hindert die Stange 18 daran, sich geradlinig quer zu ihrer Länge zu bewegen. Die Schwenkachse 12 wird durch die Kinematik des Systems genötigt, sich an einer etwas unregelmäßigen Bahn 50, wie in der Figur gezeigt, zu bewegen, die eine etwas verzerrte, ovale oder im Wesentlichen elliptische Form aufweist. Vier spezifische Stellungen, die sie während einer Umdrehung der Kurbelwelle einnimmt, sind jeweils mit 12, 12', 12", 12''' bezeichnet, und die entsprechenden Stellungen der Achse 5 sind jeweils mit 5, 5', 5", 5''' bezeichnet. Der Mechanismus ergibt das Stellung/Zeit-Diagramm des Kolbens, das von der herkömmlichen Sinuskurve abweicht, aber die genaue Art und Weise, wie es abweicht wird von den relativen Stellungen der Achsen 12, 16 und 21 abhängig sein. Diese sind vorherbestimmt, um das erforderliche Bewegungsmuster des Kolbens hervorzubringen, z. B. ein Muster, das sich dem der in der EP-A-0 591 153 offenbarten Kraftmaschine annähert.
• Das Bewegungsmuster des Kolbens kann man verändern, indem man die Stellung der Halterung 20, 26 und somit der Schwenkchse 21 ändert. Dies kann erfolgen, indem man selektiv das Stellglied 30 und/oder das Stellglied 32 betätigt, um die Achse 21 in eine beliebige gewünschte Lage zu bewegen. Die Bewegung der Lage der Achse 21 kann an dem Ende des einen oder mehrerer der Kolbenhübe bei jedem Takt bewirkt werden, um verschiedene Bewegungsmuster, z. B. in den Verdichtungs- und Ausstoßtakten, hervorzubringen. Als andere Möglichkeit, kann sie bewirkt werden, um die Verbrennung optimal an die verschiedenen Geschwindigkeits- und/oder Belastungsbedingungen anzupassen. Als weitere Möglichkeit kann man die Achse 21 im Verlauf eines oder mehrerer der Kolbenhübe bewegen, um eine erwünschte Abweichung des Bewegungsmusters des Kolbens von der Sinuskurve hervorzubringen. Auf jeden Fall kann die Bewegung der Befestigung extrem schnell erfolgen, z. B. unter der Kontrolle des Motorverwaltungssystems, das heutzutage bei den meisten modernen Automotoren bereitgestellt wird.
• Die Bewegung der Befestigung durch die Steuermittel kann als Antwort auf eine manuelle Betätigung der Steuermittel durch den Benutzer im Anschluß an eine Entscheidung erfolgen, z. B. um das beaufschlagte Volumen der Kraftmaschine zu erhöhen. Es wird jedoch bevorzugt, daß die Steuermittel automatisch als Antwort auf einen oder mehrere Sensoren betätigt werden, die angeordnet sind, um Signale abzugeben, welche die Betriebsparameter der Kraftmaschine anzeigen. Somit umfaßt die Kraftmaschine bei dieser bevorzugten Ausführungsform einen neben dem Zylinder liegenden Klopfsensor, der auf bekannte Art und Weise funktioniert, um anzugeben, wann das Klopfen oder die vorzeitige Entzündung der Kraftmaschine begonnen hat oder gerade beginnt. Wenn ein derartiges Signal von dem Sensor abgegeben wird, sind die Steuermittel angeordnet, um das Stellglied 30 zu betätigen, damit es die Halterung in eine Richtung bewegt, die das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine reduziert und somit das Klopfen unterbindet. Die Kraftmaschine umfaßt auch einen Belastungssensor, z. B. einen auf den Druck im Ansaugkrümmer oder die Drosselklappenstellung reagierenden Sensor, der angeordnet ist, um das Stellglied 30 zu betätigen, damit es das Verdichtungsvehältnis verringert, wenn die Belastung steigt. Wie oben erwähnt, wird das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine dadurch verändert, daß die obere Totpunktstellung des Kolbens geändert wird, und Änderungen an dem Zündzeitpunkt und/oder dem beaufschlagten Volumen des Kolbens werden abgeglichen, indem die untere Totpunktstellung des Kolbens bewegt wird, indem das Stellglied 32 betätigt wird, um die Halterung in die Richtung senkrecht zu der Zylinderachse zu bewegen.
• Die Kraftmaschine der spezifischen Ausführungsform umfaßt vier Zylinder, und obgleich jeder Zylinder mit seinen eigenen ersten und zweiten bewegbaren Halterungen und Stellgliedern verknüpft werden kann, ist dies nicht notwendig. Somit gibt es bei dieser Ausführungsform nur eine einzige zweite Halterung 26, die allen Zylindern gemeinsam ist. Bevorzugt gibt es auch nur eine einzige erste Halterung 20 in Form eines lang gestreckten Zylinders mit vier Löchern, die darin gebildet sind, um die vier Stäbe 18 unterzubringen.

Claims (9)

1. Brennkraftmaschine mit einem oder mehreren Kolben (4), von denen jeder in einem entsprechenden Zylinder (2) für eine Auf und Abbewegung eingebaut, und schwenkbar mit einer Pleuelstange (6) verbunden ist, die mit einer entsprechenden Kurbel (10) auf einer Kurbelwelle (7) verbunden ist, wobei die Pleuelstange (6) mit einem Ende (11) eines lang gestreckten Bindeglieds (14) drehbar verbunden ist, das mit der dazugehörigen Kurbel (10) an einem Punkt zwischen ihren Enden drehbar verbunden ist, und dessen anderes Ende eine Stange (18) bildet, die von einer Befestigung (20, 26) gehalten ist, so daß sie um eine parallel zur Achse (8) der Kurbelwelle (7) verlaufende Drehachse (21) schwenken kann, dadurch gekennzeichnet, dass die Befestigung ein erstes bewegbares Befestigungselement (20) umfaßt, das mit einem zweiten bewegbaren Befestigungselement (26) verbunden ist, um in Bezug auf dieses um die Drehachse (21) schwenkbar zu sein, wobei das erste bewegbare Befestigungselement (20) mit der Stange (18) durch eine Verbindung verbunden ist, die nur eine relative Gleitbewegung in der Richtung der Stange (8) zuläßt, dass ein erstes Stellglied (30) mit der Befestigung (20, 26) verbunden ist und angeordnet ist, um es selektiv in einer ersten Richtung senkrecht zu der Achse (8) der Kurbelwelle (i) zu bewegen, und dass ein zweites Stellglied (32) mit dem ersten Stellglied (30) verbunden ist und angeordnet ist, um dieses und die Befestigung (20, 26) in eine zweite Richtung quer zu der ersten Richtung zu bewegen.

2. Maschine nach Anspruch 1, wobei die erste Richtung sich im Wesentlichen parallel zu der Achse des Zylinders (2) und die zweite Richtung sich im Wesentlichen senkrecht zu der Achse des Zylinders (2) befindet.

3. Maschine nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Stellglieder (30, 32) hydraulischer Art sind.

4. Maschine nach einem der Ansprüche 1 bis 3, welche Steuermittel aufweist, die selektiv angeordnet sind, um die ersten und zweiten Stellglieder (30, 32) zu betätigen.

5. Maschine nach Anspruch 4, welche einen ersten Sensor aufweist, der angeordnet ist, um ein Signal abzugeben, das angibt, dass das Motorklopfen beginnt, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Stellmittel (30, 32) zu betätigen, um die Befestigung (20, 26) in der ersten Richtung zu bewegen, um das Verdichtungsverhältnis der Kraftmaschine zu reduzieren und so das Klopfen zu unterbinden.

6. Maschine nach Anspruch 4 oder 5, welche einen zweiten Sensor aufweist, der angeordnet ist, um ein Signal abzugeben, das die Belastung der Maschine angibt, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Befestigung (20, 26) in der ersten Richtung zu bewegen, um das Verdichtungsverhältnis des Motors bei wechselnder Belastung zu ändern.

7. Maschine nach Anspruch 5 oder 6, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Befestigung (20, 26) in die zweite Richtung zu bewegen, um die durch die Bewegung der Befestigung in die erste Richtung verursachte Hubänderung auszugleichen.

8. Maschine nach Anspruch 4, welche einen zweiten Sensor aufweist, der angeordnet ist, um ein Signal abzugeben, das die Belastung der Kraftmaschine angibt, wobei die Steuermittel angeordnet sind, um die Befestigung (20, 26) in die zweite Richtung zu bewegen, um das von dem Kolben beaufschlagte Volumen zu erhöhen, wenn die Belastung steigt.

9. Maschine nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Pleuelstange zur Zylinderachse hin geneigt ist, wenn der Kolben sich in der oberen Totpunktstellung befindet.