DE60125431T2 - Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis - Google Patents

Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis Download PDF

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DE60125431T2
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Germany
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piston
connecting rod
connection point
wexp
tdc
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Katsuya Moteki
Hiroya Fujimoto
Shunichi Aoyama
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Nissan Motor Co Ltd
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/048Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable crank stroke length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length

Description

  • Technisches Gebiet
  • Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf einen Hubkolben-Verbrennungsmotor und ins Besondere auf einen Hubkolben-Motor, der die obere Todpunktposition (TDC) eines Kolbens mittels eines Kolbenkurbel-Mechanismus mit Mehrfachverbindungsstangen verändern kann.
  • Technischer Hintergrund
  • Um ein Verdichtungsverhältnis zwischen dem Volumen in dem Motorzylinder mit dem Kolben an unterer Totpunktposition (BDC) und dem Volumen mit dem Kolben an oberer Totpunktposition (TDC), abhängig von den Motorbetriebsbedingungen wie etwa Geschwindigkeit und Belastung, zu verändern, wurden in den letzten Jahren Hubkolbenmotoren mit Mehrfach-Verbindungsstangen, die jeder eine Mehrfach-Verbindungsstange verwenden, ausgeführt als Kolbenkurbelmechanismus (Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses mit Mehrfach-Verbindungsstange), aus drei Verbindungsstangen zusammengesetzt, und zwar einer oberen Verbindungsstange, einer unteren Verbindungsstange und einer Steuer-Verbindungsstange.
  • Übersicht über die Erfindung
  • In einem Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses mit Mehrfach-Verbindungsstange gibt es unter der Annahme, dass ein Winkel (ein Neigungswinkel ϕ einer oberen Verbindungsstange) zwischen einer axialen Linie der oberen Verbindungsstange und einer axialen Linie der Richtung der Hin- und Herbewegung eines Kolbenbolzen-Mittelpunkts in der Nähe des TDC annähernd 0° wird, ein paar Nachteile aus Gründen, die unten erläutert werden.
  • Eine Kolbenseitendruck-Kraft ist abhängig von dem Neigungswinkel ϕ und der Verbrennungskraft, und folglich ist ein unmittelbarer Energieverlust, basierend auf einem Wirkungsgrad der Reibung zwischen der Zylinderwand (Hauptdruckfläche) und dem Kolben, Kolbengeschwindigkeit und Kolbenseitendruck-Kraft ebenfalls abhängig von dem Neigungswinkel ϕ der oberen Verbindungsstange. Deshalb ist es wünschenswert, den Neigungswinkel ϕ genau zu bestimmen, insbesondere zu einem Zeitpunkt, an dem das Produkt von Kolbengeschwindigkeit und Verbrennungskraft seinen Höchststand nach dem TDC des Verdichtungstakts erreicht, und zwar unter dem Gesichtspunkt verminderter Kolbendruckflächen-Abnutzung, verminderten Kolbenschlaggeräuschs und verminderten Energieverlusts.
  • Entsprechend ist es ein Ziel der Erfindung, einen Hubkolben-Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, der die zuvor genannten Nachteile vermeidet.
  • Es ein weiters Ziel der Erfindung, einen Hubkolben-Verbrennungsmotor zur Verfügung zu stellen, der obere und untere Verbindungsstangen und eine Steuerstange enthält, deren Mechanismus in der Lage ist, den Energieverlust während der Kolbenbewegung des Motors wirksam zu verringern, durch einen verminderten Neigungswinkel ϕ der oberen Verbindungsstange zu einer axialen Linie der Hubbewegungsrichtung einer Kolbenbolzenachse (d. h. tan ϕ), insbesondere zu einem Zeitpunkt (oder einem Kurbelwinkel), der wo ein Absolutwert |V·Wexp| eines Produkts aus Kolbengeschwindigkeit V während des Abwärtshubs des Kolbens und einer Verbrennungskraft Wexp ein Maximum wird.
  • Um die vorgenannten und andere Ziele der vorliegenden Erfindung zu erreichen, umfasst ein Hubkolben-Verbrennungsmotor eine Kolben, der sich durch einen Hub im Motor bewegen kann und einen Kolbenbolzen und eine Kurbelwelle, die die Hubbewegung des Kolbens in eine Drehbewegung wandelt, aufweist und einen Kurbelzapfen und ein Gestänge besitzt, das eine obere Verbindungsstange aufweist, die mit einem Ende des Kolbenbolzens verbunden ist, und eine untere Verbindungsstange, die das andere Ende der obern Verbindungsstange mit dem Kurbelzapfen an einer oberen Todpunktposition des Kolbens verbindet, wenn von den Verbindungspunkten zwischen der oberen und der unteren Verbindungsstange angenommen werden kann, dass sie an beiden Seiten eines Linienabschnitts einen Kolbenbolzenmittelpunkt des Kolbenbolzens mit einem Kurbelzapfenmittelpunkt eines Kurbelzapfens verbinden, wobei ein erster der Verbindungspunkte einen kleineren Neigungswinkel aufweist, der in derselben Richtung wie eine Drehrichtung der Kurbelwelle von einer axialen Linie der Hubbewegung des Kolbenbolzenmittelpunkts gemessen wird, und zwischen einem Linienabschnitt ausgebildet ist, der den Kolbenbolzenmittelpunkt und dem ersten Verbindungspunkt ausgebildet ist, im Vergleich dem zweiten Verbindungspunkt, wobei der erste Verbindungspunkt als tat sächlicher Verbindungspunkt der oberen und der unteren Verbindungsstange eingestellt ist.
  • Die anderen Ziele und Merkmale dieser Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung und mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen deutlich.
  • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • 1 ist eine Querschnittsansicht, die eine erste Ausführungsform des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses zeigt.
  • 2 ist eine Querschnittsansicht, die das Positionsverhältnis zwischen Verbindungsstangen des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform, gezeigt in 1, zu einem Zeitpunkt zeigt, an welchem ein absoluter Wert |V·Wexp| des Produkts einer Kolbengeschwindigkeit V und einer Verbrennungskraft Wexp nach dem TDC ihren Höchststand erreicht.
  • 3 ist eine Querschnittsansicht, die eine zweite Ausführungsform des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der Erfindung zeigt.
  • 4 ist eine erläuternde Zeichnung, die eine Analysemechanik (Vektormechanik) für angewandte Kräfte oder Belastungen (Wexp, Wexp·tan ϕ, μ·Wexp·tan ϕ) und Kolbengeschwindigkeit V an dem Neigungswinkel ϕ der oberen Verbindungsstange zeigt.
  • 5A bis 5D zeigen typische Kurven des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform von 1 und 2, und zwar Variationen in dem Produkt |V·Wexp|, Neigungswinkel ϕ, unmittelbaren Energieverlust W (= μ·V·Wexp·tan ϕ), und Kolbenhub nahe dem Ausdehnungshub und wenn der Drehpunkt der Steuer-Verbindungsstange in einer winkligen Position gehalten wird, die einem hohen Verdichtungsverhältnis entspricht.
  • 6A bis 6D zeigen typische Kurven des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der zweiten Ausführungsform von 3, und zwar Variationen in dem Produkt |V·Wexp| Neigungswinkel ϕ, unmittelbaren Energieverlust W und Kolbenhub nahe dem Ausdehnungshub.
  • 7 ist ein erläuterndes Diagramm, das den geometrischen Ort der Bewegung (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 31) eines Verbindungspunkts B zwischen der unteren Verbindungsstange und der Steuer-Verbindungsstange, den geometrischen Ort der Bewegung (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 32) eines Kurbelzapfen-Mittelpunkts CP und den geometrischen Ort der Bewegung (gekennzeichnet durch Bezugszeichen 33) des Verbindungspunkts A zwischen den oberen und unteren Verbindungsstangen in dem Mechanismus der ersten Ausführungsform zeigt.
  • 8A bis 8D zeigen typische Kurven des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform von 1, und zwar Variationen in dem Produkt |V·Wexp|, Neigungswinkel ϕ, unmittelbaren Energieverlust W und Kolbenhub, wenn der Drehpunkt der Steuer-Verbindungsstange in einer winkligen Position gehalten wird, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entspricht.
  • 9A bis 9F zeigen weitere typische Kurven des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform, und zwar Variationen in der Verbrennungskraft Wexp und Kolbengeschwindigkeit V, zusätzlich zu den in 5A bis 5D dargestellten Charakteristiken (Variationen in dem Produkt |V·Wexp|, Neigungswinkel ϕ, unmittelbaren Energieverlust W und Kolbenhub).
  • 10 ist eine typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub, die durch den Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform erzielt wurde.
  • 11 ist eine typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub, die bei der Modifikation des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der in 1 gezeigten ersten Ausführungsform erzielt wurde.
  • 12 ist eine typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub, die durch den Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der in 3. gezeigten zweiten Ausführungsform erzielt wurde.
  • 13 ist eine typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub, die durch eine Modifizierung des Mechanismus der in 3 gezeigten zweiten Ausführungsform erzielt wurde.
  • 14A und 14B sind schematische Zeichnungen, die jeweils erste und zweite Formen der Verbindungsgestaltung (insbesondere das relative Positionsverhältnis zwischen dem Kolbenbolzen-Mittelpunkt PP, Verbindungspunkt A zwischen unteren und oberen Verbindungsstangen und Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP) der Ausführungsform am TDC zeigen.
  • 15A ist eine schematische Zeichnung, die eine Art der Verbindungsgestaltung der Ausführungsform am TDC darstellt.
  • 15B ist eine schematische Zeichnung, die eine weitere Verbindungsgestaltung der Ausführungsform nach dem TDC zeigt.
  • 16A ist eine schematische Zeichnung, die die erste Art (mit Bezug auf 14A) der Verbindungsgestaltung (insbesondere das relative Positionsverhältnis zwischen dem Kolbenbolzen-Mittelpunkt PP, Verbindungspunkt A, Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP und Verbindungspunkt B) der Ausführungsform zeigt.
  • 16B ist eine schematische Zeichnung, die die zweite Art (mit Bezug auf 14B) der Verbindungsgestaltung (insbesondere das relative Positionsverhältnis zwischen dem Kolbenbolzen-Mittelpunkt PP, Verbindungspunkt A, Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP und Verbindungspunkt B) der Ausführungsform zeigt.
  • Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Indem nun Bezug auf die Zeichnungen genommen wird, insbesondere auf 1, ist hier ein Zustand gezeigt, wo Kolben 9 den TDC des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform passiert. Der Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses (der Kolben-Kurbel-Mechanismus mit Mehrfach-Verbindungsstange) umfasst obere Verbindungsstange 3, untere Verbindungsstange 4 und Steuer-Verbindungsstange 7. Der Kolben ist bewegbar durch einen Hub in dem Motor und weist einen Kolbenbolzen 1 auf. Ein Ende der oberen Verbindungsstange 3 ist durch den Kolbenbolzen 1 mit dem Kolben verbunden. Untere Verbindungsstange 4 ist mit Hilfe eines Verbindungsbolzens 21 schwingend oder fest über Bolzenverbindung mit dem anderen Ende der oberen Verbindungsstange 3 verbunden. Kurbelwelle 12 weist Kurbelzapfen 5 auf und verändert die Hin- und Herbewegung des Kolbens 9 in eine Drehbewegung. Untere Verbindungsstange 4 ist ebenfalls drehbar verbunden mit Kurbelzapfen 5 von Kurbelwelle 12. Genauer gesagt, ist untere Verbindungsstange 4 durch halbrunde Abschnitte von zweigeteilten, miteinander verriegelten Teilen der unteren Verbindungsstange auf dem zugehörigen Kurbelzapfen 5 gelagert, um so die relative Drehung von unterer Verbindungsstange 4 um die Achse von Kurbelzapfen 5 zu erlauben. Ein Ende von Steuer-Verbindungsstange 7 ist verbunden mittels Verbindungsbolzen mit unterer Verbindungsstange 4 verbunden. Das andere Ende von Steuer-Verbindungsstange 7 ist dem Motorgehäuse (das heißt Motorzylinderblock 10) verbunden, so dass der Mittelpunkt (Drehpunktachse) der Schwingbewegung von Steuer-Verbindungsstange 7 relativ zum Motorkörper (Motorzylinderblock 10) verlagert oder versetzt wird. Durch die Steuer -Verbindungsstange ist der Freiheitsgrad der unteren Verbindungsstange 4 genau begrenzt. Konkret gesagt, ist das andere Ende der Steuer-Verbindungsstange 7 mit Hilfe des Exzenternockens 8, der an einer Steuerwelle 8A befestigt ist und dessen Drehachse exzentrisch zu der Achse von Steuerwelle 8A ist, schwingend oder fest gelagert. Steuerwelle 8A ist auf Zylinderblock 10 angebracht und wird im Allgemeinen durch einen Auslöser (nicht dargestellt) der Verdichtungsverhältnis-Steuerung in Gang gesetzt, der benutzt wird, um die Steuerwelle basierend auf den Motorbetriebsbedingungen in einer gewünschten winkligen Position zu halten. Tatsächlich wird bei drehender Bewegung (oder winkliger Position) der Steuerwelle 8A, das heißt, durch drehende Bewegung (oder winklige Position) des Exzenternockens 8, der Mittelpunkt (die Drehachse) der schwingenden Bewegung von Steuer-Verbindungsstange 7 relativ zum Motorkörper verändert oder versetzt. Als Folge kann die Position des TDC von Kolben 9, das heißt, das Verdichtungsverhältnis des Motors basierend auf den Motorbetriebsbedingungen, durch Bewegen der Steuerwelle zu der gewünschten winkligen Position variiert werden. In dem Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses, dargestellt in 1, dreht sich Kurbelwelle 12 in der Richtung der Drehung, die durch den Vektor ω (gewöhnlich "Winkelgeschwindigkeit" genannt) bezeichnet ist, das heißt im Uhrzeigersinn.
  • Nun wird Bezug genommen auf 14A und 14B, die schematische Zeichnungen der ersten und der zweiten Art der Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform zeigen. 14A stellt die erste Art der Verbindungsgestaltung dar, in welcher zwei hypothetische Verbindungspunkte (A, A) zwischen oberen und unteren Verbindungsstangen 3 und 4 auf beiden Seiten der axialen Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbenzapfen-Mittelpunkts PP angeordnet sind, um auf beiden Seiten eines Linienabschnitts PP-CP zwischen und einschließlich Kolbenbolzen-Mittelpunkt (Kolbenbolzen-Achse) PP und Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP angenommen werden zu können. Andererseits stellt 14B die zweite Art des Verbindungsgestaltung dar, in welcher zwei hypothetische Verbindungspunkte (A, A) zwischen oberen und unteren Verbindungsstangen 3 und 4 auf einer Seite der axialen Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung von Kolbenbolzen-Mittelpunkt PP angeordnet sind, um auf beiden Seiten des Linienabschnitts PP-CP zwischen und einschließlich Kolbenbolzen-Mittelpunkt PP und Kurbelzapfen CP am TDC angenommen werden zu können. In der ersten Art, gezeigt in 14A, ist unter der Annahme, dass Neigungswinkel ϕ der axialen Linie PP-A der oberen Verbindungsstange 3 relativ zur axialen Linie X in der gleichen Richtung gemessen ist wie die Drehrichtung der Motor-Kurbelwelle, die durch Vektor ω bezeichnet ist, der an dem linksseitigen Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-A erzielte und als durchgehende Linie dargestellte Neigungswinkel ϕ kleiner ist, als der an dem rechtsseitigen Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-A erzielte und durch eine gestrichelte Linie dargestellte Neigungswinkel ϕ. Deshalb ist der linksseitige Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-A, dargestellt als durchgehende Linie, als der tatsächliche Verbindungspunkt A des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses mit Mehrfach-Verbindungsstange gewählt. In der zweiten Art, gezeigt in 14B, ist unter oben erwähnter Annahme von Neigungswinkel ϕ, der an dem rechtsseitigen Verbindungspunkt A des Linienabschnitts PP-A erzielte und als durchgehende Linie gekennzeichnete Neigungswinkel ϕ kleiner, als der an dem linksseitigen Verbindungspunkt A des Linienabschnitts PP-A erzielte und durch die gestrichelte Linie dargestellte Neigungswinkel ϕ. Deshalb ist der rechtsseitige Verbindungspunkt A des Linienabschnits PP-A, dargestellt mit der durchgezogenen Linie, als tatsächlicher Verbindungspunkt A des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses mit Mehrfach-Verbindungsstange gewählt. Um auf diese Weise, nach dem grundsätzlichen Konzept der vorliegenden Erfindung, diese hypothetischen Verbindungspunkte (A, A) auf beiden Seiten des Linienabschnitts PP-CP am TDC annehmen zu können, wird nur der Verbindungspunkt A, der den kleineren Neigungswinkel ϕ aufweist, gewählt und als der tatsächliche Verbindungspunkt bestimmt. Die Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform von 1 entspricht der ersten Art, dargestellt in 14A, und folglich ist der linksseitige Verbindungspunkt A, wie mit der durchgehenden Linie in 14A dargestellt, als der tatsächliche Verbindungspunkt A ausgewählt. Wie es aus den typischen Kurven ersehen werden kann, gezeigt in 5A bis 5D, insbesondere konkret in 5B und 5D, existiert in dem Mechanismus der ersten Ausführungsform von 1 und 2 ein bestimmter Zustand, in dem die axiale Linie PP-A von oberer Verbindungs stange 3 in Ausrichtung mit der axialen Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunkts PP gebracht und folglich Neigungswinkel ϕ während der Hin- und Herbewegung des Kolbens 0° wird, nur während der Abwärtsbewegung des Kolbenhubs (entsprechend des Zeitabschnitts gekennzeichnet durch "θ1" in 5D). In der gezeigten Ausführungsform, innerhalb eines gesamten Funktionsbereichs des Motors, existiert der zuvor genannte bestimmte Zustand, in dem die axiale Linie PP-A der oberen Verbindungsstange 3 in Ausrichtung mit der axialen Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunkts PP gebracht und der Neigungswinkel ϕ folglich 0° wird, zu einem Zeitpunkt T, an dem ein absoluter Wert |V·Wexp| des Produkts der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp ein maximaler Wert wird. Der zuvor genannte Zeitpunkt T (allgemein dargestellt in Form eines „Kurbelwinkels"), an dem der absolute Wert |V·Wexp| der maximale Wert wird, variiert abhängig von einem Wechsel der Motor-Betriebsbedingungen oder einem Wechsel in dem Verdichtungsverhältnis, gesteuert basierend auf dem Wechsel in Motor-Betriebsbedinungen. In dem Mechanismus der Ausführungsform ist die Verbindung so gestaltet und dimensioniert, dass innerhalb des gesamten Motorbetriebsbereichs der Neigungswinkel ϕ an zumindest einem Zeitpunkt 0° wird (das heißt, dass an dem Zeitpunkt T der absolute Wert |V·Wexp| der maximale Wert wird). Darüber hinaus, wie es aus den in 5A und 5B gezeigten Charakteristiken ersehen werden kann, ist die Verbindung so dimensioniert und ausgelegt, dass ein absoluter Wert |ϕ| des Neigungswinkels ϕ, erzielt zu dem Zeitpunkt T, an dem der absolute Wert |V·Wexp| des Produkts der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp maximal wird, nachdem der TDC auf dem Verdichtungshub relativ kleiner ist als der an der TDC-Position erzielte absolute Wert |ϕ| des Neigungswinkels ϕ. 15A zeigt den Zustand oberer und unterer Verbindungsstangen 3 und 4 des Mechanismus der ersten Ausführungsform am TDC, während 15B den Zustand desselben an dem Zeitpunkt T nach dem TDC zeigt. Wegen des an Zeitpunkt T erzielten relativ kleineren Neigungswinkels ϕ, wie in 15B gezeigt, ist es möglich, den tan ϕ wirksam an Zeitpunkt T zu senken und dadurch erheblich die Kolben-Seitendruckkraft zu reduzieren. Wie es darüber hinaus aus 9A bis 9F ersehen werden kann, insbesondere aus 9B und 9F, existiert der bestimmte Zustand, in dem die axiale Linie PP-A in Ausrichtung zu der axialen Linie X gebracht wurde und der Neigungswinkel ϕ daher 0° ist, nur während des Zeitabschnitts 82 von dem Zeitpunkt des TDC bis zu dem Zeitpunkt, an dem der absolute Wert |V| der Kolbengeschwindigkeit V seine Spitze erreicht (siehe einen negativen Spitzenwert, dargestellt in 9F). 16A ist die schematische Zeichnung der Gestaltung der Mehrfachverbindung des Mechanis mus der ersten Ausführungsform und eng mit 14A verbunden. Nach dem in der schematischen Zeichnung von 16A gezeigten Konzept der Verbindungsgestaltung der Ausführungsform, befindet sich an der TDC-Position ein Verbindungspunkt B zwischen unterer Verbindungsstange 4 und Steuer-Verbindungsstange 7 an einer ersten Seite einer vertikalen Linie Z, die durch Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP läuft und parallel zur axialen Linie X angeordnet ist, und während der ausgewählte Verbindungspunkt A auf der ersten Seite von vertikaler Linie Z angeordnet ist, steht die erste Seite von vertikaler Linie Z in Beziehung zu der gegenüberliegenden Seite einer Richtung, die zu Verbindungspunkt A weist von Linienabschnitt PP-CP (genauer gesagt, von einer Fläche, die sowohl die Kolbenbolzenachse PP als auch die Kurbelzapfenachse CP einschließt). Tatsächlich ist in 16A Verbindungspunkt A zwischen oberen und unteren Verbindungsstangen 3 und 4 an der linken Seite von Linienabschnitt PP-CP angeordnet, und daher sind Steuer-Verbindungsstange 7 und Verbindungspunkt B beide an der rechten Seite (der gegenüberliegenden Seite) der vertikalen Linie Z angeordnet. Wie später vollständig beschrieben, vergrößert eine solche Verbindungsgestaltung einen Winkel α, gebildet durch die beiden Linienabschnitte CP-A und CP-B, und erzielt dadurch einen erweiterten Abstandsmultiplikationseffekt der unteren Verbindungsstange 4. In der gezeigten Ausführungsform ist Exzenternocken 8, dessen Mittelpunkt als der Mittelpunkt der Schwingbewegung von Steuer-Verbindungsstange 7 relativ zu dem Motorkörper (Zylinderblock) dient, unten rechts von Kurbelzapfen 5 (an der rechten Seite der axialen Linie X und an der Unterseite des Kurbelzapfens) angebracht. Das heißt, der Mittelpunkt der Schwingbewegung der Steuer-Verbindungsstange 7 (das heißt, der Mittelpunkt des Exzenternockens 8) ist an der absteigenden Seite von Kurbelzapfen 5 angebracht (an der rechten Seite der vertikalen Linie Z, siehe 16A, durch Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP laufend und parallel zur axialen Linie X angeordnet), während axiale Linie X zwischen Kurbelzapfen 5 und Exzenternocken 8 gesetzt wird. Zusätzlich zu dem Obigen ist Verbindungspunkt B zwischen Steuer-Verbindungsstange 7 und unterer Verbindungsstange 4 an der gleichen Seite wie Exzenternocken 8 angebracht. An der TDC-Position des Kolbens (siehe 1) ist der Verbindungspunkt B an der rechten Seite der vertikalen Linie Z angebracht. 5A bis 5D zeigen typische Kurven (|V·Wexp|, ϕ, W = μ V·Wexp·tan ϕ und Kolbenhub), erzielt durch den Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform, bei dem die Steuer-Verbindungsstange in einer winkligen Position gehalten wird, die einem hohen Verdichtungsverhältnis entspricht, während 8A bis 8D typische Kurven darstellen (|V·Wexp|, ϕ, W = μ·V·Wexp·tan ϕ und Kolbenhub), erzielt durch den Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform, wenn der Drehpunkt der Steuer-Verbindungsstange in einer winkligen Position gehalten wird, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entspricht. Wie aus 8B ersehen weiden kann, wird während des Betriebs im niedrigen Verdichtungsverhältnis der Neigungswinkel ϕ der oberen Verbindungsstange 3 während der ganzen Hin- und Herbewegung des Kolbens oder innerhalb des gesamten Motorbetriebsbereichs nicht 0°. Die Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform ist so gestaltet und dimensioniert, dass der absolute Wert |ϕ| des Neigungswinkels ϕ, erzielt zum Zeitpunkt T während des Betriebs im hohen Verdichtungsverhältnis (siehe 5B), kleiner ist als jener, der erzielt wurde zum Zeitpunkt T während des Betriebs im niedrigen Verdichtungsverhältnis (siehe 8B).
  • Der Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform funktioniert wie folgt.
  • Wie oben erläutert, ist bei der Mehrfach-Verbindungsgestaltung der Ausführungsform Verbindungsbolzen A zwischen oberen und unteren Verbindungsstangen 3 und 4 auf der linken Seite der axialen Linie X in Bezug auf den Kurbelzapfen positioniert, der im Uhrzeigersinn in einem Kreis schwingt oder dreht, wenn der Kurbelzapfen am TDC dreht (siehe 1, 2 und 14A). An der TDC-Position, wie in 1 gezeigt, ist die obere Verbindungsstange 3 durch den Neigungswinkel ϕ in Bezug auf axiale Line X an der TDC-Position geneigt. 1 und 2 zeigen das Beziehungsstadium zwischen der Mehrfach-Verbindung am TDC (siehe 1) und die Mehrfach-Verbindung nach dem TDC oder zum Zeitpunkt leicht verzögert vom TDC oder in der anfänglichen Phase der Abwärtsbewegung des Kolbenhubs (siehe 2). Beim Wechseln von dem Status von 1 zu dem Status von 2 nähert sich die obere Verbindungsstange stärker ihrem aufrechten Zustand, in welchem axiale Linie PP-A der unteren Verbindungsstange 3 in Ausrichtung mit axialer Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbenzapfen-Mittelpunkts PP gebracht wird. Das heißt, der Zeitpunkt, zu dem Neigungswinkel ϕ auf ein Minimum reduziert wird, tritt nicht an der TDC-Position ein, sondern tritt zu einem Zeitpunkt ein, der leicht verzögert von der TDC-Position ist, vorzugsweise zu einem Zeitpunkt T, an dem der absolute Wert |V·Wexp| des Produkts der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp maximal ist (siehe 5A und 5B). Wie oben dargelegt, tritt unmittelbarer Energieverlust W wegen der Kolbenseitendruck-Kraft ein, dargestellt durch Wexp·tan ϕ, die praktisch abhängig von der Größenordnung des Produkts (V Wexp) der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp und der Größenordnung von tan ϕ (das heißt, die Größenordnung von Winkel ϕ) bestimmt wird. Mit anderen Worten, die Mehrfach-Verbindungsgestaltung der ersten Ausführungsform ist so gestaltet oder dimensioniert, dass Neigungswinkel ϕ zum Zeitpunkt T näher an 0° gebracht wird, so dass der absolute Wert |V·Wexp| des Produkts der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp maximal wird. Deshalb ist es möglich, den unmittelbaren Energieverlust W wirksam zu reduzieren, der wegen des Kolbenseitendrucks (Wexp tan ϕ) eintritt. Darüber hinaus existiert der Zeitpunkt T, an dem der Neigungswinkel ϕ 0° wird, axiale Line PP-A der unteren Verbindungsstange 3 in Ausrichtung mit axialer Line X gebracht wird und auf diese Weise die obere Verbindungsstange in ihrer aufrechten Stellung gehalten wird, nur während der Abwärtsbewegung des Kolbenhubs (entsprechend dem Zeitabschnitt θ1 in 5D). Verglichen mit einer Verbindungsgestaltung, in der die axiale Linie (PP-A) der oberen Verbindungsstange 3 in Ausrichtung mit axialer Linie X der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens während der Aufwärtsbewegung des Kolbenhubs gebracht wird, ist es möglich, den unmittelbaren Energieverlust noch wirksamer zu reduzieren, der wegen der Kolbenseitendruck-Kraft entsteht. Sogar nach Zeitpunkt T ist es möglich, Neigungswinkel ϕ in einem vergleichsweise kleinen Winkel während einer bestimmten Zeitspanne konstant zu halten, während welcher der absolute Wert |V·Wexp| des Produkts von Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp immer noch groß ist. Auf diese Weise ist es möglich, den gesamten Energieverlust (∫ W (t) dt) bemerkenswert wirksam zu reduzieren, definiert als der Wert der Gesamtheit des unmittelbaren Energieverlusts W (= μ·V·Wexp·tan ϕ) während des Betriebs des Motors (wie aus den in 5C gezeigten Charakteristiken zu ersehen ist). Darüber hinaus ist die Verbindung so dimensioniert und ausgelegt, dass der absolute Wert |ϕ| des Neigungswinkels, der zum Zeitpunkt T gegeben ist, an dem der absolute Wert |V·Wexp| des Produkts der Kolbengeschwindigkeit V und Verbrennungskraft Wexp einen maximalen Wert erreicht, relativ kleiner ist als der absolute Wert des Neigungswinkels |ϕ|, gegeben an der TDC-Position (siehe 5B), wodurch wirksam der Integrationswert ∫ W (t) dt des unmittelbaren Energieverlusts W reduziert wird. Darüber hinaus sind in der Mehrfach-Verbindungsgestaltung der ersten Ausführungsform der Mittelpunkt der Schwingbewegung der Steuer-Verbindungsstange 7 relativ zu dem Motorkörper und Verbindungspunkt B zwischen Steuer-Verbindungsstange 7 und unterer Verbindungsstange 4 wie oben erläutert angebracht. Unter Berücksichtigung der Richtung (in 7 entsprechend der Richtung mit "y" bezeichnet) der Hin- und Herbewegung des Kolbens, kann die untere Verbindungsstange 4 als ein Schwingarm betrachtet werden, dessen Drehpunkt der zuvor genannte Verbindungspunkt B ist. Unter der Annahme, dass der Mittelpunkt von Exzenternocken 8 fixiert ist oder konstant gehalten wird, bewegt sich Verbindungspunkt B entlang dem als Kreisbogen geformten hypothetischen geometrischen Ort der Bewegung, bezeichnet mit Bezugszeichen 31. Unter Berücksichtigung der Versetzung (auf welche sich hiernach als eine "vertikale Versetzung" bezogen wird) des Verbindungspunkts B in der y-Richtung (der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens), ist die vertikale Versetzung des Verbindungspunkts unbedeutend klein, und folglich kann die Bewegung von Verbindungspunkt B betrachtet werden, als ob Verbindungspunkt B stillstehend gehalten wird. Andererseits ist der zuvor genannte Verbindungspunkt A auf der gegenüberliegenden Seite von Verbindungspunkt B angeordnet, wobei Kurbelzapfen 5 zwischen zwei Verbindungsstifte A und B eingefügt oder eingelegt ist. Auf diese Weise neigt die vertikale Versetzung von Verbindungspunkt A dazu, im Vergleich zu der vertikalen Versetzung von Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP vergrößert zu werden. In 7 bezeichnet der Kreis, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 32, den geometrische Ort der Bewegung von Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP, während der im Wesentlichen elliptische geometrische Ort der Bewegung, gekennzeichnet durch Bezugszeichen 33, die Bewegung von Verbindungspunkt A bezeichnet. Wie durch den Vergleich zwischen dem im Wesentlichen elliptischen geometrischen Ort der Bewegung 32 von Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP gesehen werden kann, ist es wegen der genauen vergrößerten vertikalen Versetzung von Verbindungspunkt A möglich, einen längeren Kolbenhub bereitzustellen als der Durchmesser der Umdrehung von Kurbelzapfen 5 um die Kurbelwelle. Mit anderen Worten, es ist möglich, den Kurbelradius (genauer, die Länge des Kurbelarms, der in der Mitte zwischen Kurbelwelle 12 und Kurbelzapfen 5 angeordnet ist), der erforderlich ist, um einen vorbestimmten Kolbenhub zu erzeugen, auf einen vergleichsweise niedrigen Wert zu setzen, um auf diese Weise die Festigkeit von Kurbelwelle 12 zu erhöhen. Wie aus der erläuternden Ansicht, dargestellt in 7, ersehen werden kann, ist zu erkennen, dass die Versetzung (auf welche hiernach als „horizontale Versetzung" Bezug genommen werden wird) von Verbindungspunkt B in der X-Richtung rechtwinklig zu der Richtung der Hin- und Herbewegung des Kolbens dazu dient, die horizontale Versetzung des Kurbelzapfen-Mittelpunkts CP aufzufangen.
  • Wie durch die gestrichelten Linien in 7 gekennzeichnet, wird angenommen, dass der Mittelpunkt der Schwingbewegung von Steuer-Verbindungsstange 7 und der Verbindungspunkt zwischen unterer Verbindungsstange 4 und Steuer-Verbindungsstange 7 auf der gegenüberliegenden Seite angeordnet sind, das heißt, ein Teil der Mehrfach-Verbindungsgestaltung wird von den Positionen des Exzenternockens 8 und Verbindungspunkt B verändert, dargestellt als durchgezogene Linie, zu den Positionen von Exzenternocken 8' und Verbindungspunkt B', dargestellt durch die gestrichelte Linie. Genauer gesagt, sind die Positionen von Exzenternocken 8 und Verbindungspunkt B, dargestellt als durchgezogene Linie, und die Positionen von Exzenternocken 8' und Verbindungspunkt B', dargestellt durch die gestrichelte Linie, liniensymmetrisch im Hinblick auf axiale Linie X. Mit anderen Worten, an der TDC-Position ist der Verbindungspunkt B' zwischen der hypothetischen unteren Verbindungsstange und Steuer-Verbindungsstange auf einer zweiten Seite der vertikalen Linie Z angebracht, die durch Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP läuft und parallel zur axialen Linie X angeordnet ist, und die zweite Seite von vertikaler Linie Z ist entsprechend der gleichen Seite orientiert wie die Richtung, die auf Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-CP weist (genauer, von der Fläche, die sowohl die Kolbenbolzenachse PP und die Kurbelzapfenachse CP umfasst). Wie zu dieser Zeit zu ersehen ist durch Vergleich zwischen dem Dreieck e CPAB, gebildet durch drei Punkte CP, A und B, und dem Dreieck e CPAB' (hiernach darauf Bezug genommen als ein "hypothetisches Dreieck"), gebildet durch drei Punkte CP, A und B', scheint der Winkel α (das heißt ∠ ACPB') zwischen Linienabschnitten CP-A und CP-B' des hypothetischen Dreiecks e CPAB' kleiner zu sein als der Winkel α (das heißt ∠ ACPB) zwischen Linienabschnitten CP-A und CP-B des Dreiecks e CPAB. Im Falle der Verbindungsgestaltung entsprechend dem hypothetischen Dreieck e CPAB, dargestellt durch die gestrichelte Linie, wird der vertikale Versetzungs-Multiplikationseffekt der unteren Verbindungsstange 4, der als der Schwingarm dient, unerwünschterweise reduziert. 10 zeigt eine typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub für die Verbindungsgestaltung (siehe Bezugszeichen 8 und B), dargestellt als durchgezogene Linie in 7, in welcher beide Enden von Steuer-Verbindungsstange 7 auf der rechten Seite der axialen Linie X positioniert sind. Im Gegensatz dazu zeigt 11 die typische Kurve von der Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub für die hypothetische Verbindungsgestaltung (siehe Bezugszeichen 8' und B'), dargestellt durch die gestrichelte Linie in 7, in welcher beide Enden der Steuer-Verbindungsstange 7 auf der linken Seite der axialen Linie X positioniert sind. Wie es aus dem Vergleich zwischen den Charakteristiken von 10 und 11 ersichtlich wird, ergibt sich darin ein bemerkenswerter Unterschied zwischen den Kolbenhub-Charakteristiken durch Veränderung der Gestaltung der Steuer-Verbindungsstange in Bezug auf axiale Linie X, die als Referenzlinie dient. Tatsächlich ist die Amplitude (Kolbenhub) der typischen Kurve von 10 länger als die von 11. Im Vergleich zu Verbindungspunkt B', angeordnet zwischen der unteren Verbindungsstange und der Steuer-Verbindungsstange beim TDC auf der zweiten Seite der vertikalen Linie Z, deren zweite Seite der gleichen Seite entspricht, die in Richtung auf Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-CP orientiert ist, ist es möglich, in der Ver bindungsgestaltung der Ausführungsform, in der dieser Verbindungspunkt B zwischen der unteren Verbindungsstange und Steuer-Verbindungsstange beim TDC angeordnet ist, auf der ersten Seite der vertikalen Linie Z, deren erste Seite der gegenüberliegenden Seite entspricht, die in Richtung auf Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-CP orientiert ist, den vertikalen Versetzungs-Multiplikationseffekt der unteren Verbindungsstange 4 zu erhöhen, der das Verhältnis von Kolbenhub zu dem Durchmesser der Umdrehung von Kurbelzapfen 5 (oder das Verhältnis von Kolbenhub zu Kurbelradius) vervielfacht. Deshalb ist es möglich, den Kurbelradius zu bestimmen (das heißt, die Länge des Kurbelarms), der erforderlich ist, einen vorbestimmten Kolbenhub mit einem vergleichsweise niedrigen Wert zu erzeugen und auf diese Weise die Festigkeit von Kurbelwelle 12 zu erhöhen. Wie vorher beschrieben, ist darüber hinaus die Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform so gestaltet und dimensioniert, dass der Neigungswinkel ϕ, erzielt zum Zeitpunkt T während des hohen Verdichtungsverhältnisses (siehe 5B), kleiner ist als jener, der zum Zeitpunkt T während des niedrigen Verdichtungsverhältnisses (siehe 8B) erzielt wird. Während der Betriebsart des hohen Verdichtungsverhältnisses, in der die thermodynamische Effizienz des Motors hoch ist, ist es möglich, den durch Kolbenseitendruck entstehenden Energieverlust wirksamer zu reduzieren und auf diese Weise die maximale Effizienz des Motors zu erhöhen.
  • Indem nun Bezug auf 3 genommen wird, ist dort der Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der zweiten Ausführungsform gezeigt. Wie vorher mit Bezug auf 14A und 14B erläutert, entspricht die Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der ersten Ausführungsform von 1 der ersten Art, dargestellt in 14A, und folglich ist der linksseitige Verbindungspunkt A, dargestellt als durchgezogene Linie in 14A, als der tatsächliche Verbindungspunkt A ausgewählt. Im Gegensatz dazu entspricht die Verbindungsgestaltung des Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der zweiten Ausführungsform von 3 der zweiten Art, gezeigt in 14B, und folglich ist der rechtsseitige Verbindungspunkt A, dargestellt als durchgezogene Linie in 14B und näher an axialer Linie X, als der tatsächliche Verbindungspunkt A ausgewählt. Wie es aus den typischen Kurven ersichtlich ist, gezeigt in 6A bis 6D, insbesondere in 6B und 6D, ist in dem Mechanismus der zweiten Ausführungsform von 3 an der TDC-Position die obere Verbindungsstange 3 in Bezug auf axiale Linie X leicht geneigt. An dem Zeitpunkt T nach dem TDC rückt die axiale Linie PP-A der unteren Verbindungsstange 3 näher an ihre aufrechte Position heran, und auf diese Weise wird der Nei gungswinkel ϕ im Wesentlichen auf 0° reduziert. Auf diese Weise ist es möglich, den unmittelbaren Energieverlust W wirksam zu reduzieren, der durch den Kolbenseitendruck während der Hin- und Herbewegung des Kolbens entsteht. 16B ist die schematische Zeichnung des Mechanismus mit Mehrfach-Verbindungsgestaltung der zweiten Ausführungsform und eng bezogen auf 14B. Nach dem Konzept der Verbindungsgestaltung der Ausführungsform wie in der schematischen Zeichnung von 16B gezeigt, ist der Verbindungspunkt B an der TDC-Position auf einer ersten Seite der vertikalen Line Z angeordnet, deren erste Seite entsprechend der gegenüberliegenden Seite ist, in der die Richtung auf Verbindungspunkt A von Linienabschnitt PP-CP (genauer, von einer Fläche, die sowohl die Kolbenbolzenachse PP und Kurbelzapfenachse CP umfasst) orientiert ist. Tatsächlich ist in 16B Verbindungspunkt A zwischen unteren und oberen Verbindungsstangen 3 und 4 auf der rechten Seite von Linienabschnitt PP-CP angeordnet, und deshalb sind Steuer-Verbindungsstange 7 und Verbindungspunkt B beide auf der linken Seite (der gegenüberliegenden Seite) von vertikaler Linie Z angeordnet. Wie es aus dem Vergleich zwischen den schematischen Zeichnungen von 16A (erste Ausführungsform) und 16B (zweite Ausführungsform) zu ersehen ist, ist Steuer-Verbindungsstange 7, eingeschlossen in den Mechanismus zum Verändern des Verdichtungsverhältnisses der zweiten Ausführungsform, auf der gegenüberliegenden Seite (siehe 16B) von Steuer-Verbindungsstange 7 der ersten Ausführungsform angeordnet oder ausgelegt. Wie es von der Verbindungsgestaltung von 3 und 16B ersehen werden kann, ist in der zweiten Ausführungsform der Mittelpunkt der Schwingbewegung von Steuer-Verbindungsstange 7 (das heißt, dem Mittelpunkt von Exzenternocken 8) auf der aufsteigenden Seite von Kurbelzapfen 5 (siehe 16B, auf der linken Seite von vertikaler Linie Z, durch Kurbelzapfen-Mittelpunkt CP führend und parallel zur axialen Linie X angeordnet), weg von axialer Linie X zwischen Kurbelzapfen 5 und Exzenternocken 8. Zusätzlich zu dem Obigen ist Verbindungspunkt B zwischen Steuer-Verbindungsstange 7 und unterer Verbindungsstange 4 auf der gleichen Seite wie Exzenternocken 8 angeordnet (das heißt, auf der linken Seite von vertikaler Linie Z). Als ein Ergebnis daraus, in der gleichen Weise wie die erste Ausführungsform in 1, ermöglicht die Verbindungsgestaltung der zweiten Ausführungsform dem Winkel α (das heißt, ∠ ACPB), zwischen Linienabschnitt CP-A und CP-B des Dreiecks e CPAB auf einen größeren Winkel gesetzt zu werden. Deshalb ist es möglich, den vertikalen Versetzungs-Multiplikationseffekt der unteren Verbindungsstange 4, die als der Schwingarm dient, wirksam zu vergrößern. 12 zeigt eine typische Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub für die Verbindungsgestaltung, in welcher beide Enden von Steuer-Verbindungsstange 7 auf der rechten Seite von axialer Line X positioniert sind, wie in 3 und 16B dargestellt. Im Gegensatz dazu zeigt 13 die typische Beziehung von Kurbelwinkel zu Kolbenhub für die hypothetische Steuer-Verbindungsgestaltung, in welcher beide Enden der Steuer-Verbindungsstange 7 auf der rechten Seite von axialer Line X positioniert sind und die hypothetische Steuer-Verbindungsstangen-Gestaltung und die Steuer-Verbindungsstangen-Gestaltung in 16B symmetrisch zueinander in Bezug auf axiale Linie X sind. Wie es aus dem Vergleich zwischen den Charakteristiken von 12 und 13 ersichtlich ist, ergibt sich ein bemerkenswerter Unterschied zwischen Kolbenhub-Charakteristiken aus der Veränderung der Steuer-Verbindungsstangen-Gestaltung in Bezug auf axiale Linie X. Tatsächlich ist die Amplitude (Kolbenhub) der typischen Kurve von 12 länger als die von 13.
  • Während das Obige eine Beschreibung bevorzugter Ausführungsformen zur Aisführung der Erfindung darstellt, ist es verständlich, dass die Erfindung nicht auf die bestimmten Ausführungsformen beschränkt ist, die hier gezeigt und beschrieben werden, sondern dass verschiedene Änderungen und Modifikationen vorgenommen werden können, ohne den Umfang dieser Erfindung zu verlassen, wie sie in den folgenden Ansprüchen definiert ist.

Claims (4)

  1. Hubkolben-Verbrennungsmotors, der umfasst: einen Kolben (9) mit einem Kolbenbolzen (1), der einen Kolbenbolzen-Mittelpunkt (PP) bildet, der auf einer axialen Linie (X) über einen Hub des Motors hin- und herbewegt werden kann; und eine Kurbelwelle (12) mit einem Kurbelzapfen (5) mit einem Kurbelzapfen-Mittelpunkt (CP), die Hin- und Herbewegung des Kolbens (9) in eine Drehbewegung der Kurbelwelle (12) einer vorgegebenen Drehrichtung (ω)umwandelt; ein Verbindungsgestänge, das umfasst: eine obere Verbindungsstange (3), die ein Liniensegment (PP-A) definiert, das den Kolbenbolzen-Mittelpunkt (PP) und einen ersten Verbindungspunkt (A) verbindet, und an einem Ende mit dem Kolbenbolzen (1) verbunden ist und mit einem anderen Ende an dem ersten Verbindungspunkt (A) mit einer unteren Verbindungsstange (4) verbunden ist, wobei die untere Verbindungsstange (4) das andere Ende der oberen Verbindungsstange (3) mit dem Kurbelzapfen (5) verbindet; wobei eine obere Totpunktposition (TDC) des Kolbens (9) der oberen Verbindungsstange (3) zu einer axialen Linie (X) der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunktes (PP) geneigt ist, der Neigungswinkel (Φ) in der gleichen Richtung wie die Drehrichtung (ω) der Kurbelwelle (12) gemessen wird und der Neigungswinkel (4) der kleinste mögliche Neigungswinkel (Φ) mit dem Verbindungsgestänge ist, wenn sich der Kolben (9) an der oberen Totpunktposition (TDC) befindet, dadurch gekennzeichnet, dass: das Liniensegment (PP-A), das den Kolbenbolzen-Mittelpunkt (PP) und den ersten Verbindungspunkt (A) verbindet, nur während eines Abwärtshubes (θ1) des Kolbens (9) in Fluchtung mit der axialen Linie (X) der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunktes (PP) gebracht wird.
  2. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Liniensegment (PP-A), das den Kolbenbolzen-Mittelpunkt (PP) und den ersten Verbindungspunkt (A) verbindet, nur während eines Zeitraums (θ2) von der oberen Totpunktposition (TDC) des Kolbens (9) bis zu dem Zeitpunkt, zu dem eine Kolbengeschwindigkeit (V) einen Spitzenwert erreicht, in Fluchtung mit der axialen Linie (X) der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunktes (PP) gebracht wird.
  3. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Absolutwert (|Φ|) des Neigungswinkels (Φ), der zu einem Zeitpunkt (T) vorliegt, zu dem ein Absolutwert (|V·Wexp|) eines Produktes (V·Wexp) der Kolbengeschwindigkeit (V) und der Verbrennungslast (Wexp) einen Maximalwert erreicht, so eingestellt ist, dass er kleiner ist als der Absolutwert (|Φ|) des Neigungswinkels (Φ), der an der oberen Totpunktposition (TDC) des Kolbens (9) vorliegt.
  4. Hubkolben-Verbrennungsmotor nach wenigstens einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein Zustand, in dem das Liniensegment (PP-A), das den Kolbenbolzen-Mittelpunkt (PP) und den ersten Verbindungspunkt (A) verbindet, in Fluchtung mit der axialen Linie (X) der Hin- und Herbewegung des Kolbenbolzen-Mittelpunktes (PP) gebracht wird, zu einem Zeitpunkt (T), zu dem ein Absolutwert (|V·Wexp|) eines Produktes (V·Wexp) der Kolbengeschwindigkeit (V) und der Verbrennungslast (Wexp) einen Maximalwert erreicht, innerhalb eines gesamten Betriebsbereiches des Motors herrscht.
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