EP1610008A1 - Connecting rod for an internal combustion engine and process for achieving a variable compression ratio - Google Patents

Abstract

Connecting rod comprises an artificial muscle which changes its geometric shape by activation. The longitudinal change of the connecting rod is provided by a variable sealing ratio. An independent claim is also included for a process for realizing a variable sealing ratio in an I.C, engine. Preferred Features: The artificial muscle expands on activating and the connecting rod changes in length in this manner. The artificial muscle is a carbon nano-tube or a polymer gel. The artificial muscle can be electrically controlled.

Description

Die Erfindung betrifft eine Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε, die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist, wobei die Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden der Pleuelstange miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist.The invention relates to a connecting rod for an internal combustion engine for implementation a variable compression ratio ε, with its one end with a Piston of the internal combustion engine is pivotally connected and to the coupling of Piston and crankshaft with their other end to the crankshaft Internal combustion engine is pivotally connectable, wherein the connecting rod along a imaginary line L, which connects the two ends of the connecting rod, is changeable in length.

Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E bei einer Brennkraftmaschine unter Verwendung eines derartigen Pleuels.Furthermore, the invention relates to a method for realizing a variable Compression ratio E in an internal combustion engine using a such connecting rod.

Nach dem Stand der Technik ist die Pleuelstange einer Brennkraftmaschine in der Regel mit einem kleinen Pleuel auge an seinem einen Ende und einem großen Pleuelauge an seinem anderen Ende versehen, wobei die Pleuelstange über einen in dem kleinen Pleuelauge angeordneten Kolbenbolzen mit dem Kolben gelenkig verbunden ist. Mit dem großen Pleuelauge ist die Pleuelstange auf einem Kurbelzapfen der Kurbelwelle drehbar gelagert.In the prior art, the connecting rod of an internal combustion engine in the Usually with a small connecting rod eye at one end and a big one Connecting rod provided at its other end, wherein the connecting rod via an in the small connecting rod eye arranged piston pin hinged to the piston connected is. With the large connecting rod eye the connecting rod is on one Crank pin of the crankshaft rotatably mounted.

Der Kolben dient dabei der Übertragung der durch die Verbrennung generierten Gaskräfte auf die Kurbelwelle. Die Gaskräfte, mit denen der Kolben beaufschlagt wird, werden auf diese Weise über den Kolbenbolzen auf die Pleuelstange und von dieser auf die Kurbelwelle übertragen.The piston serves to transmit the combustion generated by the combustion Gas forces on the crankshaft. The gas forces applied to the piston be in this way on the piston pin on the connecting rod and from this transferred to the crankshaft.

Durch die beschriebene Anordnung von Kolben, Kolbenbolzen, Pleuelstange und Kurbelwelle wird die ausschließlich oszillierende Bewegung des Kolbens in eine rotatorische Bewegung der Kurbelwelle transfomiert. Die Pleuelstange bewegt sich dabei abgesehen von einem geringen rotatorischen Anteil auch überwiegend oszillierend in Richtung Zylinderrohrlängsachse. By the described arrangement of the piston, piston pin, connecting rod and Crankshaft becomes the exclusively oscillating motion of the piston in one rotational movement of the crankshaft is transformed. The connecting rod moves apart from a small rotational portion also predominantly oscillating in the direction of the cylinder tube longitudinal axis.

Die Gaskräfte drücken den Kolben in Richtung Zylinderrohrlängsachse nach unten, wobei ausgehend vom oberen Totpunkt (OT) dem Kolben durch die Gaskräfte eine beschleunigte Bewegung aufgezwungen wird. Der Kolben, der mit seiner nach unten gerichteten Bewegung versucht, den Gaskräften auszuweichen, muß bei dieser abwärts gerichteten Bewegung die mit ihm gelenkig verbundene Pleuelstange mitnehmen. Hierzu leitet der Kolben die auf ihn wirkenden Gaskräfte über den Kolbenbolzen auf die Pleuelstange und versucht diese nach unten zu beschleunigen. Nähert sich der Kolben dem unteren Totpunkt (UT) wird er zusammen mit den mit ihm verbundenen Bauteilen, insbesondere der Pleuelstange, verzögert, um dann im unteren Totpunkt (UT) eine Bewegungsumkehr zu vollziehen. Die Wegstrecke, die der Kolben auf seinem Weg zwischen dem oberen Totpunkt (OT) und dem unterem Totpunkt (UT) im Zylinderrohr zurücklegt, wird als Kolbenhub s bezeichnet. Das Hubvolumen V_H der Brennkraftmaschine ergibt sich aus der Anzahl z der Zylinder und der Kolbenfläche A_K zu: VH = z · AK · s bzw. VH = z · Vh mit Vh = AK · s wobei V_h das Hubvolumen eines Zylinders ist.The gas forces push the piston downwards in the direction of the cylinder tube axis, whereby an accelerated movement is imposed on the piston by the gas forces starting from top dead center (TDC). The piston, which tries to avoid the gas forces with its downward movement, must take with him the pivotally connected connecting rod in this downward movement. For this purpose, the piston directs the gas forces acting on it via the piston pin on the connecting rod and tries to accelerate it down. When the piston approaches bottom dead center (UT), it is decelerated together with the components connected to it, in particular the connecting rod, in order then to reverse the movement at bottom dead center (BDC). The distance traveled by the piston on its way between top dead center (TDC) and bottom dead center (TDC) in the cylinder tube is referred to as piston stroke s. The stroke volume V _{H of} the internal combustion engine results from the number z of the cylinders and the piston area A _K to: V H = z · A K · S respectively. V H = z · V H with V H = A K · S where V _{h is} the stroke volume of a cylinder.

Das Zylindervolumen V_Z,OT entspricht dem sogenannten Kompressionsvolumen V_C, wenn der Kolben sich im oberen Totpunkt (OT) befindet. Folglich ergibt sich das Zylindervolumen V_Z,UT im unteren Totpunkt des Kolbens (UT) aus der Summe von Hubvolumen V_h und Kompressionsvolumen V_C.The cylinder volume V _{Z, OT} corresponds to the so-called compression volume V _C when the piston is at top dead center (TDC). Consequently, the cylinder volume V _{Z, UT} at the bottom dead center of the piston (UT) results from the sum of the stroke volume V _h and the compression volume V _C.

Das geometrische Verdichtungsverhältnis E einer Brennkraftmaschine ergibt sich dabei durch den Ausdruck: ε = 1 + Vh / VC The geometric compression ratio E of an internal combustion engine is given by the expression: ε = 1 + V H / V C

Während Dieselmotoren prinzipbedingt mit sehr hohen Verdichtungsverhältnissen arbeiten, um die Zündung des Kraftstoffes zu gewährleisten, ist bei Ottomotoren das maximal zulässige Verdichtungsverhältnis ε_max wegen der Klopfneigung im Vollastbetrieb - d. h. der Neigung zu Selbstzündungen im noch unverbrannten Gemisch - auf relativ kleine Verdichtungsverhältnisse von beispielsweise ε ≈ 10 bei Saugbetrieb begrenzt.While diesel engines inherently work with very high compression ratios to ensure the ignition of the fuel, in gasoline engines the maximum allowable compression ratio ε _max because of the tendency to knock in full load - ie the tendency to auto-ignition in unburned mixture - relatively small compression ratios of, for example, ε ≈ 10 limited in suction mode.

Bei kleinen hochaufgeladenen Motoren, die insbesondere aufgrund des ihnen zugrunde liegenden sogenannten Downsizing Effektes und der damit verbundenen Kraftstoffersparnis zunehmend an Bedeutung gewinnen, müßte für eine klopffreie Verbrennung das geometrische Verdichtungsverhältnis weiter gesenkt werden und beispielsweise auf ε ≈ 8 ... 9 begrenzt werden.For small supercharged engines, especially because of them underlying so-called downsizing effect and related Fuel economy should become increasingly important, would have for a knock-free Combustion, the geometric compression ratio can be further reduced and For example, be limited to ε ≈ 8 ... 9.

Nachteilig sind die relativ kleinen Verdichtungsverhältnisse des Ottomotors insbesondere im Hinblick auf den Kraftstoffverbrauch d. h. im Hinblick auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine. Wird zur Beschreibung des thermodynamischen Prozesses des Ottomotors der Gleichraumprozeß als Vergleichsprozeß herangezogen, bei dem sowohl die Wärmeabfuhr als auch die Wärmezufuhr bei konstantem Volumen erfolgt und sowohl die Expansion als auch die Kompression einer Isentropen folgt, ergibt sich der thermische Wirkungsgrad η_th zu: ηth = 1 - ε(1-κ) mit κ als Isentropenexponenten des Arbeitsmediums.A disadvantage is the relatively small compression ratios of the gasoline engine, in particular with regard to the fuel consumption ie in terms of the efficiency of the internal combustion engine. If the comparison process is used to describe the thermodynamic process of the gasoline engine as a comparison process in which both the heat removal and the heat supply at constant volume and both the expansion and the compression of an isentropene follows, the thermal efficiency η _th results in: η th = 1 - ε (1-κ) with κ as isentropic exponent of the working medium.

Der Wirkungsgrad η_th nimmt folglich mit zunehmendem Verdichtungsverhältnis ε ebenfalls zu. D. h. im Hinblick auf einen möglichst hohen Wirkungsgrad des Verbrennungsprozesses sollte die Zylinderladung möglichst hoch verdichtet werden, was aus den oben genannten Gründen, insbesondere der Klopfneigung des Motors nahe der Vollast, nicht unbegrenzt durchführbar ist.The efficiency η _th consequently also increases with increasing compression ratio ε. Ie. in view of the highest possible efficiency of the combustion process, the cylinder charge should be compressed as high as possible, which for the reasons mentioned above, in particular the tendency to knock the engine near the full load, not unlimited feasible.

Ein konstruktiver Ansatz zur Auflösung dieses Konfliktes besteht nach dem Stand der Technik darin, die Brennkraftmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis E auszulegen und zwar in der Art, daß das Verdichtungsverhältnis ε mit abnehmender Last - d. h. ausgehend von der Vollast in Richtung Teillast - erhöht wird. Auf diese Weise könnte ein grundlegender, teillastspezifischer Nachteil von Ottomotoren gegenüber Dieselmotoren zumindest teilweise kompensiert werden.A constructive approach to the resolution of this conflict exists according to the state of the art Technique in it, the internal combustion engine with a variable compression ratio E be interpreted in such a way that the compression ratio ε with decreasing Load - d. H. starting from the full load in the direction of partial load - is increased. To this Way could be a fundamental, partial load-specific disadvantage of gasoline engines Compared to diesel engines are at least partially compensated.

Aufgrund der Tatsache, daß eine Brennkraftmaschine nahezu ausschließlich im Teillastbereich betrieben wird, birgt dies im Hinblick auf die erzielbare Kraftstoffersparnis ein hohes Potential. Eine wirkungsgradoptimierte Veränderung d.h. Anpassung des Verdichtungsverhältnisses E an den jeweiligen Betriebspunkt erlaubt auch bei Ottomotoren im Teillastbereich Verdichtungsverhältnisse ε ≈ 14 ... 15 und damit eine signifikante Verbrauchsreduzierung.Due to the fact that an internal combustion engine almost exclusively in Partial load range is operated, this holds in terms of achievable Fuel economy a high potential. An efficiency-optimized change i.e. Adjustment of the compression ratio E to the respective operating point also allows compression ratios ε ≈ 14 for gasoline engines in the partial load range ... 15 and thus a significant reduction in consumption.

Figur 1 zeigt die erzielbaren Wirkungsgradpotentiale mittels einer variablen Verdichtung am Beispiel eines Saugmotors. Dabei ist der Wirkungsgrad η_th über der auf die Vollast bezogenen Last aufgetragen, wobei der Kurve A ein konstantes Verdichtungsverhältnis ε = 9 und der Kurve B ein variables Verdichtungsverhältnis zugrunde liegt. Wird die Brennkraftmaschine im Teillastbereich betrieben - beispielsweise mit 20% der Vollast - kann der Wirkungsgrad durch Anpassung des Verdichtungsverhältnisses - beispielsweise ε ≈ 14 - um etwa 12 % erhöht werden. Hin zu hohen Lasten nimmt dieses Potential stetig ab, so daß bei einem Betrieb der Brennkraftmaschine mit 80% der Vollast mittels variabler Verdichtung nur noch Wirkungsgradverbesserungen von etwa 3% realisierbar sind.Figure 1 shows the achievable efficiency potentials by means of a variable compression on the example of a suction motor. In this case, the efficiency η _{th is} plotted against the load related to the full load, wherein the curve A is based on a constant compression ratio ε = 9 and the curve B is based on a variable compression ratio. If the internal combustion engine is operated in the partial load range-for example, with 20% of the full load-the efficiency can be increased by adjusting the compression ratio-for example, ε 14-by about 12%. Towards high loads, this potential decreases steadily, so that when operating the internal combustion engine with 80% of the full load by means of variable compression only efficiency improvements of about 3% can be realized.

Aus dem Stand der Technik sind mehrere Lösungsansätze zur Realisierung eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses ε bei einer im Betrieb befindlichen Brennkraftmaschine bekannt, von denen beispielhaft nur zwei kurz vorgestellt werden sollen.From the prior art are several approaches to the realization of a variable compression ratio ε in an in-service Internal combustion engine, of which only two are presented by way of example briefly should be.

Eine Möglichkeit, ein variables Verdichtungsverhältnis E zu realisieren, besteht darin, die Pleuelstange als zweiteilige Pleuelstange auszuführen. Dabei umfaßt die Pleuelstange ein oberes Pleuel, das mit dem Kolben gelenkig verbunden ist, und ein unteres Pleuel, das an der Kurbelwelle angelenkt ist, wobei das obere Pleuel und das untere Pleuel ebenfalls gelenkig miteinander verbunden sind, um auf diese Weise gegeneinander verschwenkt werden zu können. One way to realize a variable compression ratio E is to to carry out the connecting rod as a two-piece connecting rod. It includes the Connecting rod an upper connecting rod, which is hinged to the piston, and a lower connecting rod, which is articulated to the crankshaft, wherein the upper connecting rod and The lower connecting rods are also hinged together to access this Way to be pivoted against each other.

Damit handelt es sich bei dieser Pleuelstange um eine Pleuelstange der gattungsbildenden Art, nämlich um eine Pleuelstange, die entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden der Pleuelstange miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist. Die gedachte Linie L verläuft dabei einerseits durch das Lager, in dem das obere Pleuel mit dem Kolben drehbar verbunden ist, und andererseits durch das Lager, in dem das untere Pleuel auf der Kurbelwelle aufgenommen wird. Wird der Abstand dieser beiden Lager entlang ihrer Verbinnungslinie L als die Länge der Pleuelstange verstanden, kann diese Länge durch Verschwenken des oberen und des unteren Pleuels gegeneinander d.h. durch ein mehr oder weniger starkes Knicken der zweiteiligen Pleuelstange verändert werden.Thus, this connecting rod is a connecting rod of the generic type, namely a connecting rod, along an imaginary Line L, which connects the two ends of the connecting rod, in the Length is changeable. The imaginary line L runs on the one hand through the Bearing in which the upper connecting rod is rotatably connected to the piston, and on the other hand, through the bearing, in which the lower connecting rod on the crankshaft is recorded. Will the distance of these two bearings along their Verbunungslinie L understood as the length of the connecting rod, this length by pivoting the upper and lower connecting rods against each other. by changed a more or less strong buckling of the two-piece connecting rod become.

Die Einstellung des Verdichtungsverhältnisses ε erfolgt dabei mittels einer Anlenkstange, die verschwenkbar mit dem oberen Pleuel verbunden ist und drehbar auf einer im Motorgehäuse gelagerten Exzenterwelle aufgenommen wird.The adjustment of the compression ratio ε takes place by means of a Anlenkstange, which is pivotally connected to the upper connecting rod and rotatable is received on an eccentric shaft mounted in the motor housing.

Diese mechanische Verstellvorrichtung ist auch gleichzeitig der gravierendste Nachteil des beschriebenen Lösungsansatzes zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses. Denn ein beachtlicher Teil der Verstellvorrichtung, insbesondere der Anlenkstange, nimmt an der oszillierenden und rotierenden Bewegung des Kurbeltriebes teil.This mechanical adjustment is also the most serious at the same time Disadvantage of the described approach to the realization of a variable Compression ratio. Because a considerable part of the adjusting device, in particular the articulation rod, increases in the oscillating and rotating Movement of the crank mechanism part.

Die oszillierende Bewegung des Kolbens und der Pleuelstange - zusammen mit den Bauteilen der Verstellvorrichtung - führt zu hohen Beschleunigungen und Verzögerungen, die mit dem Quadrat der Kurbelwellendrehzahl zunehmen und entsprechend hohe dynamische Trägheitskräfte verursachen. Diese dynamischen Trägheitskräfte belasten den Kurbeltrieb erheblich und spielen bei der Auslegung der Bauteile hinsichtlich ihrer Festigkeit eine maßgebliche Rolle.The oscillating movement of the piston and the connecting rod - together with the Components of the adjustment - leads to high accelerations and Delays that increase with the square of the crankshaft speed and cause correspondingly high dynamic inertial forces. This dynamic Inertia forces strain the crank mechanism significantly and play in the interpretation of Components in terms of their strength a significant role.

Es ist daher grundsätzlich ein Ziel der Konstrukteure, die oszillierenden Massen möglichst gering zu halten und die Bauteile materialsparend auszulegen, wobei die erforderliche Festigkeit der Bauteile dieser Vorgehensweise Grenzen setzt. Der Einsatz einer mechanischen Verstellvorrichtung, die an der oszillierenden Bewegung teilnimmt, steht damit dem Ziel, die oszillierenden Massen zu reduzieren, entgegen.It is therefore basically a goal of the designers, the oscillating masses To keep as low as possible and interpret the components material saving, the required strength of the components of this approach limits. Of the Use of a mechanical adjustment device that works on the oscillating motion participates, stands against the goal of reducing the oscillating masses, contrary.

Eine weitere Möglichkeit, ein variables Verdichtungsverhältnis ε zu realisieren, besteht darin, die Pleuelstange aus mehreren Pleuelstangenstücken aufzubauen, die teleskopartig ineinander verschieblich angeordnet sind. Diese Pleuelstange ist ebenfalls eine Pleuelstange der gattungsbildenden Art. Eine Variation der Länge der Pleuelstange erfolgt durch ein Zusammenschieben oder Auseinanderziehen der Pleuelstangenstücke. Hierzu ist wiederum eine mechanische Verstellvorrichtung erforderlich, die prinzipbedingt - wie die bereits oben ausführlich beschriebene Verstellvorrichtung - mit der Pleuelstange gekoppelt sein muß, wodurch ein Teil dieser Verstellvorrichtung an der oszillierenden und rotierenden Bewegung des Kurbeltriebes teilnimmt. Die Nachteile sind die oben bereits Genannten.Another way to realize a variable compression ratio ε, is to construct the connecting rod of several connecting rod pieces, the are telescopically arranged one inside the other. This connecting rod is also a connecting rod of the generic type. A variation of the length of the Connecting rod is done by pushing together or pulling apart the Pleuelstangenstücke. This in turn is a mechanical adjustment required, which in principle - like the one already described in detail above Adjustment - must be coupled to the connecting rod, creating a part this adjusting device to the oscillating and rotating movement of the Crank drive participates. The disadvantages are those already mentioned above.

Darüber hinaus führen die aus dem Stand der Technik bekannten und in ihrer Länge veränderlichen Pleuelstangen an sich schon zu einer Zunahme der oszillierenden und rotierenden Massen gegenüber einer herkömmlichen Pleuelstange, was die beschriebenen nachteiligen Effekte noch verstärkt.In addition, those known from the prior art and in their length variable connecting rods in itself to an increase in the oscillating and rotating masses compared to a conventional connecting rod, what the reinforced adverse effects described.

Vor diesem Hintergrund ist es die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine Pleuelstange der gattungsbildenden Art bereitzustellen, mit der die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, und die insbesondere ein geringeres Gewicht aufweist.Against this background, it is the object of the present invention To provide a connecting rod of the generic type with which the state of the art known in the art overcome disadvantages, and in particular a has lower weight.

Eine weitere Teilaufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses E unter Verwendung einer Pleuelstange der gattungsbildenden Art aufzuzeigen.Another object of the present invention is to provide a method for Realization of a variable compression ratio E using a Show connecting rod of the generic type.

Gelöst wird die erste Teilaufgabe durch ein Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε, die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist, wobei die Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden der Pleuelstange miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist, und die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Pleuelstange einen künstlichen Muskel umfaßt, der durch Aktivierung seine geometrische Gestalt verändert, wodurch eine Längenänderung der Pleuelstange und damit ein variables Verdichtungsverhältnis ε realisierbar ist.The first partial task is solved by a connecting rod for one Internal combustion engine for realizing a variable compression ratio ε, the hinged at one end with a piston of the internal combustion engine is connectable and for coupling the piston and crankshaft with their other End is pivotally connected to the crankshaft of the internal combustion engine, wherein the Connecting rod along an imaginary line L, which is the two ends of the Connecting rod connecting with each other, is changeable in length, and thereby characterized in that the connecting rod comprises an artificial muscle, the activated by changing its geometric shape, creating a Length change of the connecting rod and thus a variable compression ratio ε is feasible.

Künstliche Muskeln sind Aktuatoren, welche in ihren Eigenschaften der natürlichen Muskulatur ähneln bzw. nachgebildet sind. Charakteristisch für künstliche Muskeln ist insbesondere eine im Volumen stattfindende Krafterzeugung aufgrund atomarer oder molekularer Wechselwirkungen. Häufig bestehen künstliche Muskeln - ähnlich wie natürliche Muskeln - aus einem gestaltveränderlichen, weichen Material.Artificial muscles are actuators, which in their properties of the natural Muscles are similar or reproduced. Characteristic of artificial muscles is In particular, a volume occurring force generation due to atomic or molecular interactions. Often there are artificial muscles - much like natural muscles - made of a soft, soft material.

Die Krafterzeugung in bekannten künstlichen Muskeln kann z. B. auf elektrostatischen Anziehungskräften, auf dem piezoelektrischen Effekt, auf einer Ultraschallerzeugung, auf einem Formgedächtnis von Materialien, auf einem lonenaustausch, auf einer Streckung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen und/oder auf der Einlagerung von Wasserstoff in Metallhydride beruhen.The power generation in known artificial muscles can be, for. B. on electrostatic Attractions, on the piezoelectric effect, on one Ultrasonic generation, on a shape memory of materials, on one ion exchange, on a stretch of carbon nanotubes and / or on the Incorporation of hydrogen into metal hydrides.

Je nach Wirkungsprinzip können künstliche Muskeln aus Polymeren, insbesondere Polymer-Gelen, aus ferroelektrischen Substanzen, aus Silizium, aus Legierungen mit einem Formgedächtnis od. dgl. hergestellt sein. Eine detaillierte Beschreibung verschiedener Arten künstlicher Muskeln ist z. B. in der EP 0 924 033 A2, der US 2002/0026794 A1, der US 6 109 852 und ähnlicher Patentliteratur zu finden. Darüber hinaus sind Beispiele künstlicher Muskeln in Publikationen der einschlägigen Forschungsinstitute beschrieben (z. B. Max-Planck-Institut für Festkörperforschung in Stuttgart; Abteilung für künstliche Intelligenz des MIT, Massachusetts, USA).Depending on the mode of action, artificial muscles can be made of polymers, in particular Polymer gels, of ferroelectric substances, of silicon, of alloys with a shape memory od. Like. Be prepared. A detailed description various types of artificial muscles is z. In EP 0 924 033 A2, the US 2002/0026794 A1, US Pat. No. 6,109,852 and similar patent literature. In addition, examples of artificial muscles in publications of the relevant research institutes (eg Max Planck Institute for Solid State Research in Stuttgart; Department of Artificial Intelligence of MIT, Massachusetts, USA).

Dadurch, daß die erfindungsgemäße Pleuelstange einen künstlichen Muskel umfaßt, kann auf eine mechanische Verstellvorrichtung, wie sie aus dem Stand der Technik bekannt ist, verzichtet werden, denn einem künstlichen Muskel ist prinzipbedingt eine Verstellvorrichtung bereits immanent. Der künstliche Muskel muß lediglich aktiviert werden, wobei eine Aktivierung schon mittels eines elektrischen Signals möglich ist, wie weiter unten noch näher ausgeführt werden wird. Mit der mechanischen Verstellvorrichtung entfallen auch die mit ihr verbundenen Nachteile, insbesondere wird eine ungewollte Erhöhung der oszillierenden und rotierenden Massen des Kurbeltriebes vermieden.Characterized in that the connecting rod according to the invention comprises an artificial muscle, Can work on a mechanical adjustment device, as known from the prior art is known, can be omitted, because an artificial muscle is inherently a Adjustment already immanent. The artificial muscle only has to be activated where activation is already possible by means of an electrical signal, as will be explained in more detail below. With the mechanical Adjustment eliminates the disadvantages associated with it, in particular is an unwanted increase in the oscillating and rotating masses of the Crank drive avoided.

Das Material, aus dem künstliche Muskeln ausgebildet sind, ist darüber hinaus von einem geringeren spezifischen Gewicht als herkömmliche Werkstoffe zur Herstellung von Pleuelstangen, so daß die unter Verwendung eines künstlichen Muskels ausgebildete erfindungsgemäße Pleuelstange sogar leichter ist als eine herkömmliche Pleuelstange. Dies reduziert die oszillierenden Massen des Kurbeltriebes und die durch diese Massen verursachten dynamischen Massenkräfte weiter.The material of which artificial muscles are formed is moreover of a lower specific gravity than conventional materials for production of connecting rods, so that using an artificial muscle trained connecting rod according to the invention is even lighter than a conventional connecting rod. This reduces the oscillating masses of the Crank mechanism and the dynamic mass forces caused by these masses further.

Durch die Verwendung eines künstlichen Muskels zur Ausbildung der Pleuelstange wird somit die erste der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst, nämlich eine in der Länge veränderbare Pleuelstange bereitzustellen, mit der die nach dem Stand der Technik bekannten Nachteile überwunden werden, und die insbesondere ein geringeres Gewicht aufweist.By using an artificial muscle to form the connecting rod Thus, the first object of the invention is solved, namely a in To provide the length changeable connecting rod, with the after the state known in the art overcome disadvantages, and in particular a has lower weight.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel bei Aktivierung expandiert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange herbeiführt. Diese Ausführungsform gestattet die Auslegung der Pleuelstange auf Vollastbetrieb d.h. die unter Verwendung eines künstlichen Muskels ausgebildete Pleuelstange hat in ihrem deaktivierten Zustand, der auch als Ruheposition bezeichnet werden könnte, eine Länge, mit der das - hinsichtlich der Klopfgrenze - bei Vollast maximal zulässige Verdichtungsverhältnis E realisiert wird. Mit abnehmender Last wird der künstliche Muskel aktiviert, wodurch die Länge der Pleuelstange zunimmt und das Verdichtungsverhältnis E erhöht wird.Advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle on activation expands and in this way the change in length of the Connecting rod causes. This embodiment allows the interpretation of Connecting rod to full load operation i. those using an artificial muscle trained connecting rod has in its deactivated state, which also as Rest position could be designated, a length with which the - in terms of Knock limit - at maximum load maximum permissible compression ratio E is realized. With decreasing load the artificial muscle is activated, whereby the length of the Connecting rod increases and the compression ratio E is increased.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel bei Aktivierung kontrahiert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange herbeiführt. Im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausführungsform wird die Pleuelstange dabei auf den Teillastbetrieb d. h. auf den üblichen Betriebsbereich einer Brennkraftmaschine ausgelegt, der Verdichtungsverhältnisse von ε ≈ 14 .. 15 zuläßt. Mit zunehmender Last muß die Pleuelstange verkürzt werden, um das Verdichtungsverhältnis ε zu senken und Selbstzündungen im Kraftstoff-Luftgemisch zu vermeiden. Hierzu wird der in der Pleuelstange angeordnete künstliche Muskel aktiviert, so daß dieser kontrahiert und auf die Pleuelstange zusammenzieht.Also advantageous are embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle contracted on activation and thus the change in length of the Connecting rod causes. In contrast to the previously described Embodiment, the connecting rod is doing on the part-load operation d. H. on the usual operating range of an internal combustion engine designed, the Compression ratios of ε ≈ 14 .. 15 permits. With increasing load the Con- rods are shortened to lower the compression ratio ε and Avoid self-ignition in the fuel-air mixture. For this purpose, the in the Articulated muscle activated so that this contracted and contracts on the connecting rod.

Vorteilhaft sind auch Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel bei Aktivierung seine äußere Form ändert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange herbeiführt. Diese Ausführungsform wird noch näher im Zusammenhang mit der Beschreibung der Figuren 3a und 3b erläutert. Die Ausbildung einer entsprechenden Pleuelstange kann unter Verwendung von Formgedächtniswerkstoffen erfolgen, die bei Aktivierung beispielsweise von einer geradlinigen Form in eine gekrümmte oder geknickte Form wechseln oder umgekehrt und dadurch zu einer Längenänderung der Pleuelstange führen.Also advantageous are embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle when activated changes its external shape and in this way the Length change of the connecting rod causes. This embodiment is still explained in more detail in connection with the description of Figures 3a and 3b. The Training a corresponding connecting rod can be made using Shape memory materials take place, for example, when activated by a straight line shape in a curved or kinked shape switch or vice versa and thereby lead to a change in length of the connecting rod.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfaßt. Derartige künstliche Muskelelemente zeichnen sich durch ihre hohe Hitzebeständigkeit bis zu 1000°C aus, weshalb sie sich in außerordentlicher Weise für die Verwendung in einer Brennkraftmaschine, die hohen thermischem Belastungen ausgesetzt ist, eignen. Ferner können derartige Muskelelemente durch elektrische Energie gesteuert werden (vgl. Science vom 21.05.1999), was in einfacher Weise durch die Bordbatterie erfolgen kann. Bei Aktivierung expandieren Kohlenstoff-Nanoröhrchen. Aus den oben genannten Gründen eignen sie sich daher für die Auslegung der Pleuelstange auf Vollastbetrieb.Advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial Includes muscle carbon nanotubes. Such artificial muscle elements are characterized by their high heat resistance up to 1000 ° C, which is why they in an extraordinary way for use in an internal combustion engine, the is exposed to high thermal loads suitable. Furthermore, such Muscle elements are controlled by electrical energy (see Science from 21.05.1999), which can be done in a simple manner by the on-board battery. at Activation expand carbon nanotubes. From the above Therefore, they are suitable for the design of the connecting rod to full load.

Kohlenstoff-Nanoröhrchen können in papierähnlichen Mehrschichtstrukturen gebündelt werden und erlauben eine erhebliche Krümmung der gesamten Muskelstruktur. Sie zeichnen sich ferner durch ein geringes Verhältnis von Expansion zu Kontraktion aus, was als vorteilhaft anzusehen ist. Carbon nanotubes can be used in paper-like multilayer structures be bundled and allow a considerable curvature of the whole Muscle structure. They are also characterized by a low ratio of Expansion to contraction, which is considered beneficial.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel mindestens ein Polymergel umfaßt. Künstliche Muskeln auf der Basis von Polymer-Hydrogelen können durch elektrische Signale gesteuert werden und kontrahieren bei Aktivierung (vgl. Low, L. W.; Madou, M. J. "Microactuators towards microvalves for controlled drug delivery", Sensors and Actuators B: Chemical, 67 (1-2) (2000) pp. 149-160). Aus den oben genannten Gründen eignen sie sich daher für die Auslegung der Pleuelstange auf Volllastbetrieb.But are also advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial muscle comprises at least one polymer gel. Artificial muscles on the Base of polymer hydrogels can be controlled by electrical signals and contract upon activation (see Low, L.W., Madou, M.J. "Microactuators towards microvalves for controlled drug delivery ", Sensors and Actuators B: Chemical, 67 (1-2) (2000) pp. 149-160). Suitable for the reasons mentioned above They are therefore for the design of the connecting rod to full load operation.

Grundsätzlich können aber auch künstliche Muskeln zum Einsatz kommen, die sowohl eine aktive Kontraktion als auch Expansion erlauben.In principle, however, can also be used artificial muscles, the allow both active contraction and expansion.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel mindestens einen Formgedächtniswerkstoff umfaßt.Advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle comprises at least one shape memory material.

Formgedächtniswerkstoffe an sich - sogenannte shape memory materials oder shape memory alloys - sind seit mehr als fünfzig Jahren bekannt. Sie besitzen die Fähigkeit ihre äußere Gestalt in Abhängigkeit von der Temperatur, von der magnetischen Feldstärke oder von dem hydraulischen Druck, dem sie ausgesetzt sind, oder dergleichen zu ändern. Unter die Formgedächtniswerkstoffe werden im Rahmen der vorliegenden Erfindung sämtliche Werkstoffe subsumiert, die über ein Formgedächtnis verfügen, insbesondere die Formgedächtnislegierungen wie NiTi (Nitinol), Fe-Pt, Cu-Al-Ni, Fe-Pd, Fe-Ni, Cu-Zn-Al, CuAlMn, aber auch Keramiken mit Formgedächtnis, wie beispielsweise Ce-TZP-Keramik.Shape memory materials per se - so-called shape memory materials or shape memory alloys - have been known for more than fifty years. You own the Ability of their external shape depending on the temperature of the magnetic field strength or from the hydraulic pressure to which they are exposed are to change, or the like. Among the shape memory materials are used in the Under the present invention subsumes all materials that have a Have shape memory, in particular the shape memory alloys such as NiTi (Nitinol), Fe-Pt, Cu-Al-Ni, Fe-Pd, Fe-Ni, Cu-Zn-Al, CuAlMn, but also ceramics with Shape memory, such as Ce-TZP ceramic.

Beispielsweise kann eine aus einem länglichen Draht geformte Büroklammer ihre Gestalt in der Art ändern, daß die Büroklammer - in einen Topf mit heißem Wasser gelegt - mit steigender Temperatur und bei Erreichen einer sogenannten Übergangstemperatur T' in ihre ursprüngliche Form übergeht d.h. die Gestalt eines länglichen Drahtes annimmt. Sie ändert dabei ihre äußere Gestalt oder - mit anderen Worten gesagt - ihre strukturelle Konfiguration. For example, a paper clip formed from an elongated wire may have its own Change shape in the way that the paper clip - into a pot of hot water placed - with increasing temperature and when reaching a so-called Transition temperature T 'transitions to its original shape, ie. the figure of one elongated wire. It changes its outer shape or - with others Words said - their structural configuration.

Ist dieser Transformationsprozeß umkehrbar, so handelt es sich bei dem Formgedächtniswerkstoff um einen sogenannten Zwei-Weg-Formgedächtniswerkstoff, andernfalls um einen Ein-Weg-Formgedächtniswerkstoff.If this transformation process is reversible, then it is with the Shape memory material around a so-called two-way shape memory material, otherwise, a one-way shape memory material.

Folglich könnte der oben beschriebene Übergang der Büroklammer zu einem länglichen Draht bei geeigneter Auswahl eines Zwei-Weg-Formgedächtniswerkstoffes rückgängig gemacht werden. Hierzu wird die Temperatur abgesenkt, wobei der Draht sich bei Unterschreiten einer Übergangstemperatur T" zu einer Büroklammer umformt. Die Aktivierung durch Temperaturveränderung soll nur als Beispiel verstanden werden. Für den vorliegenden Fall - einer unter Verwendung von Formgedächtniswerkstoffe hergestellten Pleuelstange - ist diese Art der Aktivierung aufgrund der hohen Temperaturen im Kurbelgehäuse eher ungeeignet.Consequently, the above-described transition of the paper clip to a elongated wire with appropriate selection of a two-way shape memory material be undone. This is the temperature lowered, wherein the wire is below a transition temperature T " transformed into a paperclip. The activation by temperature change should to be understood only as an example. For the present case - one under Use of shape-memory materials manufactured connecting rod - is this type the activation due to the high temperatures in the crankcase rather not suitable.

Die Ausbildung einer erfindungsgemäßen Pleuelstange erfordert einen Zwei -Weg-Formgedächtniswerkstoff, so daß die Pleuelstange gezielt verkürzt und verlängert werden kann.The formation of a connecting rod according to the invention requires a two-way shape memory material, so that the connecting rod specifically shortens and lengthens can be.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel elektrisch steuerbar ist. Insbesondere kann dabei die vom Muskelelement erzeugte mechanische Energie aus der elektrischen Energie des Signals stammen. Elektrisch gesteuerte künstliche Muskelelemente haben den Vorteil, daß diese mit der üblichen Steuerungstechnik einer Brennkraftmaschine kompatibel sind.Advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle is electrically controllable. In particular, it can be the muscle element generated mechanical energy derived from the electrical energy of the signal. Electrically controlled artificial muscle elements have the advantage that these with the usual control technology of an internal combustion engine are compatible.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel stufenweise steuerbar ist, insbesondere zweistufig schaltbar ist. Eine derartige Ausbildung der Pleuelstange erleichtert die Steuerung, insbesondere wenn der künstliche Muskel gemäß einer Ein-Aus-Schaltung funktioniert d. h. lediglich von einem deaktivierten Zustand - Ruheposition - in einen aktivierten Zustand - Arbeitsposition - wechselt und umgekehrt. Komplexe Kennfelder müssen bei dieser Ausführungsform nicht generiert und bereitgestellt werden, wie dies beispielsweise bei stufenlos steuerbaren künstlichen Muskelelementen bzw. Pleuelstangen erforderlich ist. Advantageous embodiments of the connecting rod, in which the artificial Muscle is gradually controlled, in particular two-stage is switchable. A Such design of the connecting rod facilitates the control, especially if the artificial muscle according to an on-off circuit works d. H. only from a deactivated state - rest position - into an activated state - Working position - changes and vice versa. Complex maps must be with this Embodiment not generated and provided, as for example with infinitely controllable artificial muscle elements or connecting rods is required.

Vorteilhaft sind aber unter anderen Gesichtpunkten auch Ausführungsformen der Pleuelstange, bei denen der künstliche Muskel stufenlos steuerbar ist. Dies erlaubt eine wirkungsgradoptimierte Veränderung d. h. Anpassung des Verdichtungsverhältnisses E an den jeweiligen Betriebspunkt, wodurch das Potential eines variablen Verdichtungsverhältnisses im Teillastbereich voll ausgeschöpft werden kann, was bei einem stufenweisen Einstellen nur bedingt möglich ist.But are also advantageous embodiments of the other aspects Connecting rod, in which the artificial muscle is infinitely controllable. This allows an efficiency-optimized change d. H. Adaptation of the Compression ratio E at the respective operating point, whereby the potential full utilization of a variable compression ratio in the partial load range can be, which is only partially possible with a gradual setting.

Die zweite der Erfindung zugrunde liegende Teilaufgabe wird durch ein Verfahren zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε bei einer Brennkraftmaschine gelöst, bei dem eine Pleuelstange, die mit ihrem einen Ende mit einem Kolben der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle mit ihrem anderen Ende mit der Kurbelwelle der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist, in der Art ausgebildet wird, daß die Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden der Pleuelstange miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet ist, daß die Pleuelstange mit einem künstlichen Muskel versehen wird und durch eine Aktivierung des künstlichen Muskels eine Längenänderung der Pleuelstange hervorgerufen wird, wodurch das Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine verändert wird.The second of the invention underlying subtask is by a method for Realization of a variable compression ratio ε at a Internal combustion engine solved, in which a connecting rod, which with its one end with a piston of the internal combustion engine is pivotally connected and for coupling from the piston and crankshaft with their other end to the crankshaft Internal combustion engine is pivotally connected, is formed in the manner that the Connecting rod along an imaginary line L, which is the two ends of the Connecting rod with each other, is variable in length, the A method characterized in that the connecting rod with an artificial Muscle is provided and by an activation of the artificial muscle one Length change of the connecting rod is caused, whereby the Compression ratio E of the internal combustion engine is changed.

Das bereits für die erfindungsgemäße Pleuelstange Gesagte gilt auch für das erfindungsgemäße Verfahren.What has already been said for the connecting rod according to the invention also applies to the inventive method.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als künstlicher Muskel ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung expandiert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels die Länge der Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L vergrößert wird, wodurch ein höheres Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine realisiert wird.Advantageous embodiments of the method, in which as an artificial muscle an element is used which expands upon activation, so that by Activation of the artificial muscle the length of the connecting rod along a imaginary line L is increased, whereby a higher compression ratio ε of Internal combustion engine is realized.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine in der Art aktiviert wird, daß mit abnehmender Last das Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine erhöht wird. In this case, embodiments of the method in which the artificial one is advantageous are advantageous Muscle is activated in part-load operation of the internal combustion engine in the manner that with decreasing load the compression ratio ε of the internal combustion engine is increased.

Dabei wird die Pleuelstange mit abnehmender Last verlängert, wodurch das Verdichtungsverhältnis ε im Teillastbereich mit dem Ziel einer Wirkungsgradverbesserung erhöht wird.The connecting rod is extended with decreasing load, whereby the Compression ratio ε in the partial load range with the aim of Improvement in efficiency is increased.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als künstlicher Muskel ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung kontrahiert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels die Länge der Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L verkleinert wird, wodurch ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine realisiert wird.But are also advantageous embodiments of the method, in which as artificial muscle is an element that contracts when activated, so that by activation of the artificial muscle, the length of the connecting rod along an imaginary line L is reduced, creating a lower Compression ratio E of the internal combustion engine is realized.

Vorteilhaft sind dabei Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel in der Art aktiviert wird, daß mit zunehmender Last das Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine verringert wird. Dabei wird die Länge der Pleuelstange mit zunehmender Last reduziert und auf diese Weise der mit zunehmender Last steigenden Klopfneigung Rechnung getragen.In this case, embodiments of the method in which the artificial one is advantageous are advantageous Muscle is activated in such a way that with increasing load the Compression ratio E of the internal combustion engine is reduced. Here is the Length of the connecting rod reduced with increasing load and in this way the with increasing load increasing knocking tendency taken into account.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als künstlicher Muskel ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung seine äußere Form ändert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels die Länge der Pleuelstange entlang einer gedachten Linie L verändert wird, wodurch ein variables Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine realisiert wird. Dieses Verfahren eignet sich für schaltbare künstliche Muskeln bzw. Pleuelstangen, wobei die Pleuelstange vorzugsweise unter Verwendung eines Zwei-Weg-Formgedächtniswerkstoffes ausgebildet wird, der bei Aktivierung von einer ersten äußeren Form bzw. Gestalt in eine andere zweite äußere Form bzw. Gestalt wechselt.Advantageous embodiments of the method, in which as an artificial muscle an element is used which changes its outer shape when activated, so that by activation of the artificial muscle, the length of the connecting rod along an imaginary line L is changed, whereby a variable compression ratio ε the internal combustion engine is realized. This method is suitable for switchable artificial muscles or connecting rods, wherein the connecting rod is preferably under Use of a two-way shape memory material is formed at Activation of a first outer shape in another second outer shape or shape changes.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen als künstlicher Muskel Kohlenstoff-Nanoröhrchen, ein Polymergel oder ein Formgedächtniswerkstoff verwendet wird. Die Vorteile dieser Ausführungsformen wurden bereits im Zusammenhang mit der Beschreibung der erfindungsgemäße Pleuelstange näher beschrieben. Advantageous embodiments of the method, in which as an artificial muscle Carbon nanotube, a polymer gel or a shape memory material is used. The advantages of these embodiments have already been in the Connection with the description of the connecting rod according to the invention in more detail described.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel elektrisch aktiviert d.h. gesteuert wird. Dies erleichtert die Aktivierung des künstlichen Muskels aufgrund bereits an der Brennkraftmaschine vorhandener Systeme. Die Aktivierung kann mittels der Motorsteuerung und der Bordbatterie realisiert werden.Advantageous embodiments of the method in which the artificial muscle electrically activated i. is controlled. This facilitates the activation of the artificial Muskels due to existing already on the internal combustion engine systems. The Activation can be realized by means of the engine control and the on-board battery.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel stufenweise steuerbar ist, insbesondere zweistufig schaltbar ist. Diese Verfahrensvariante gestattet einfache Steuer- bzw. Regelalgorithmen, ohne daß komplexe Kennfelder in der Motorsteuerung abgelegt werden müßten.Advantageous embodiments of the method in which the artificial muscle is gradually controlled, in particular two-stage is switchable. These Method variant allows simple control algorithms without complex maps should be stored in the engine control.

Vorteilhaft sind aber auch Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel stufenlos steuerbar ist, was die Nutzbarmachung des vollen Wirkungsgradpotentials, das sich durch ein voll variables Verdichtungsverhältnisses ε ergibt, erlaubt.But are also advantageous embodiments of the method in which the artificial muscle is infinitely controllable, allowing the harnessing of the full Efficiency potential, which is characterized by a fully variable compression ratio ε results, allowed.

Vorteilhaft sind Ausführungsformen des Verfahrens, bei denen der künstliche Muskel in der Art gesteuert wird, daß mit abnehmender Last das Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine erhöht wird bzw. mit zunehmender Last das Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine verringert wird. Diese Variante des Verfahrens trägt dem Umstand Rechnung, daß einerseits das Verdichtungsverhältnis ε im Vollastbereich durch die Klopfgrenze begrenzt wird und andererseits im Teillastbereich im Vergleich zur Vollast wesentlich höhere Verdichtungsverhältnisses ε möglich sind, ohne daß Selbstzündungen des Kraftstoff-Luftgemisches zu befürchten wären.Advantageous embodiments of the method in which the artificial muscle is controlled in the manner that with decreasing load the compression ratio ε the internal combustion engine is increased or with increasing load the Compression ratio ε of the internal combustion engine is reduced. This variant of the Method takes into account the fact that on the one hand the compression ratio ε in the full load range is limited by the knock limit and on the other hand in Part load range compared to full load much higher compression ratio ε are possible without autoignition of the fuel-air mixture to would be afraid.

Im folgenden wird die Erfindung anhand von zwei Ausführungsbeispielen gemäß den Figur 1 bis 3b näher beschrieben. Hierbei zeigt:

Fig. 1

den thermischen Wirkungsgrad η_th eines Saugmotors über der bezogenen Last für
   ein unveränderliches Verdichtungsverhältnis ε einerseits (Kurve A) und für ein
   variables Verdichtungsverhältnis ε andererseits (Kurve B),

Fig. 2a

schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten eine erste Ausführungsform der Pleuelstange im deaktivierten Zustand im OT,

Fig. 2b

schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten die in Figur 2a dargestellte Ausführungsform der Pleuelstange im aktivierten Zustand im OT,

Fig. 3a

schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten eine zweite Ausführungsform der Pleuelstange im deaktivierten Zustand im OT, und

Fig. 3b

schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten die in Figur 3a dargestellte Ausführungsform der Pleuelstange im aktivierten Zustand im OT.

In the following the invention will be described in more detail with reference to two exemplary embodiments according to FIGS. 1 to 3b. Hereby shows:

Fig. 1

the thermal efficiency η _{th of} a suction motor on the related load for
an invariable compression ratio ε on the one hand (curve A) and for a
variable compression ratio ε on the other hand (curve B),

Fig. 2a

schematically in a side view and partially in section a first embodiment of the connecting rod in the deactivated state in the TDC,

Fig. 2b

schematically in a side view and partially cut the embodiment of the connecting rod shown in Figure 2a in the activated state in TDC,

Fig. 3a

schematically in a side view and partially cut a second embodiment of the connecting rod in the deactivated state in the TDC, and

Fig. 3b

schematically in a side view and partially cut the embodiment of the connecting rod shown in Figure 3a in the activated state in TDC.

Die Figur 1 wurde bereits in der Beschreibungseinleitung näher erläutert, weshalb an dieser Stelle nicht weiter auf das in der Figur 1 dargestellte Diagramm eingegangen werden soll.FIG. 1 has already been explained in more detail in the introduction to the description, which is why this point is not further discussed in the diagram shown in FIG shall be.

Figur 2a zeigt schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten eine erste
Ausführungsform der Pleuelstange 3 im deaktivierten Zustand, wobei der Kurbeltrieb im oberen Totpunkt (OT) dargestellt ist.Figure 2a shows schematically in a side view and partially cut a first
Embodiment of the connecting rod 3 in the deactivated state, wherein the crank mechanism is shown in top dead center (TDC).

Die Pleuelstange 3 ist an ihrem einen Ende 12 mit einem kleinen Pleuelauge 8 und an ihrem anderen Ende 13 mit einem großen Pleuelauge 9 ausgestattet, wobei die Pleuelstange 3 über einen in dem kleinen Pleuelauge 8 angeordneten Kolbenbolzen 2 mit dem Kolben 7 gelenkig verbunden ist und mit dem großen Pleuelauge 9 auf einem Kurbelwellenzapfen 4 einer Kurbelwellenkröpfung 5 der Kurbelwelle 6 drehbar gelagert ist. The connecting rod 3 is at its one end 12 with a small connecting rod eye 8 and equipped at its other end 13 with a large eye 9, wherein the Connecting rod 3 via a arranged in the small connecting rod 8 piston pin 2 is pivotally connected to the piston 7 and with the large connecting rod 9 on a crankshaft journal 4 a Kurbelwellenkröpfung 5 of the crankshaft 6 rotatable is stored.

Der Kolben 7 des dargestellten Zylinders 1, der in einem Zylinderohr 14 geführt wird, befindet sich im oberen Totpunkt (OT) und bildet zusammen mit dem Zylinderrohr 14 und dem Zylinderkopf die Brennkammer bzw. das Kompressionsvolumen 10.The piston 7 of the illustrated cylinder 1, which is guided in a cylinder tube 14, is at top dead center (TDC) and forms together with the cylinder tube 14th and the cylinder head, the combustion chamber or the compression volume 10th

Die Pleuelstange 3 hat im deaktivierten Zustand entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden 12,13 - d.h. das kleine Pleuelauge 8 und das große Pleuelauge 9 - der Pleuelstange 3 miteinander verbindet, eine Länge I₁.The connecting rod 3 has in the deactivated state along an imaginary line L, which connects the two ends 12,13 - ie the small connecting rod 8 and the large connecting rod 9 - the connecting rod 3 with each other, a length I ₁ .

Erfindungsgemäß ist die Pleuelstange 3 dadurch gekennzeichnet, daß sie einen künstlichen Muskel 11 umfaßt, der durch Aktivierung seine geometrischen Gestalt verändert.According to the invention, the connecting rod 3 is characterized in that it has a artificial muscle 11 comprises, by activation its geometric shape changed.

Bei der in Figur 2b dargestellten Ausführungsform ist die Pleuelstange 3 unter Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 ausgebildet worden, die in einem Abschnitt zwischen dem kleinen Pleuelauge 8 und dem großen Pleuelauge 9 angeordnet sind. Kohlenstoff-Nanoröhrchen zeichnen sich durch ihre hohe thermische Belastbarkeit aus, was sie für die Anwendung in einer Brennkraftmaschine geeignet machen. Sie können elektrisch gesteuert werden und expandieren bei Aktivierung, wie in Figur 2b zu sehen ist.In the embodiment shown in Figure 2b, the connecting rod 3 is under Use of carbon nanotubes 11 has been formed in a Section between the small connecting rod eye 8 and the large connecting rod eye 9th are arranged. Carbon nanotubes are characterized by their high thermal resilience from what they are for use in one Make internal combustion engine suitable. They can be electrically controlled and expand upon activation, as can be seen in Figure 2b.

Daher eignen sich Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 für die Auslegung der Pleuelstange 3 auf Vollastbetrieb d.h. die unter Verwendung von Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 ausgebildete Pleuelstange 3 hat in ihrem deaktivierten Zustand (Figur 2 a) eine Länge I₁, mit der das - hinsichtlich der Klopfgrenze - bei Vollast maximal zulässige Verdichtungsverhältnis ε_max realisiert wird. Mit abnehmender Last werden die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 aktiviert, wodurch die Länge I₂ der Pleuelstange 3 zunimmt und das Verdichtungsverhältnis E erhöht wird (Figur 2b).Therefore, carbon nanotubes 11 are suitable for the design of the connecting rod 3 to full load operation ie the connecting rod 3 formed using carbon nanotubes 11 has a length I ₁ in its deactivated state (FIG. 2 a) with which the - with regard to the knock limit - At maximum load maximum permissible compression ratio ε _{max is} realized. With decreasing load, the carbon nanotubes 11 are activated, whereby the length I _{2 of} the connecting rod 3 increases and the compression ratio E is increased (Figure 2b).

Figur 2b zeigt schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten die in Figur 2a dargestellte erste Ausführungsform der Pleuelstange 3 im aktivierten Zustand, wobei der Kurbeltrieb im oberen Totpunkt (OT) dargestellt ist. Figure 2b shows schematically in a side view and partially cut the in Figure 2a shown first embodiment of the connecting rod 3 in the activated Condition, where the crank mechanism is shown at top dead center (TDC).

Die Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 sind aktiviert und entlang der Linie L expandiert, wodurch die Länge I₂ der Pleuelstange 3 nun vergrößert ist. Dadurch ist das Kompressionsvolumen 10 bei aktiviertem künstlichen Muskel 11 kleiner und das Verdichtungsverhältnis E höher.The carbon nanotubes 11 are activated and expanded along the line L, whereby the length I _{2 of} the connecting rod 3 is now increased. As a result, the compression volume 10 is smaller when activated artificial muscle 11 and the compression ratio E higher.

Im deaktivierten Zustand (Figur 2a) eignet sich die Pleuelstange 3 für den Vollastbetrieb, wohingegen der in Figur 2b dargestellte aktivierte Zustand der Kohlenstoff-Nanoröhrchen 11 hohe Verdichtungsverhältnisses E im Teillastbetrieb ermöglicht.In the deactivated state (Figure 2a), the connecting rod 3 is suitable for the Full load operation, whereas the activated state shown in Figure 2b Carbon nanotube 11 high compression ratio E in partial load operation allows.

Ähnliche Effekte erzielt man mit künstlichen Muskeln 11, die sich bei einer Aktivierung kontrahieren und auf diese Weise eine Längenänderung der Pleuelstange 3 herbeiführen, beispielsweise mit Polymergel. Figur 2b würde dann den deaktivierten Zustand darstellen und Figur 2a den aktivierten und kontrahierten Zustand der Pleuelstange 3, also genau umgekehrt wie bei der oben ausführlich beschriebenen Ausführungsform eines bei Aktivierung expandierenden künstlichen Muskels 11.Similar effects are achieved with artificial muscles 11, which in a Activation contract and in this way a change in length of Bring connecting rod 3, for example with polymer gel. Figure 2b would then represent the deactivated state and Figure 2a the activated and contracted Condition of the connecting rod 3, that is exactly the opposite as in the above detailed described embodiment of an expanding upon activation artificial Muscle 11.

Figur 3a zeigt schematisch in einer Seitenansicht und teilweise geschnitten eine zweite Ausführungsform der Pleuelstange 3, wobei sich die Pleuelstange 3 im deaktivierten Zustand und der Kurbeltrieb im oberen Totpunkt (OT) befindet. Figur 3b zeigt diese in Figur 3a dargestellte Ausführungsform im aktivierten Zustand.Figure 3a shows schematically in a side view and partially in section second embodiment of the connecting rod 3, wherein the connecting rod 3 in the deactivated state and the crank drive is at top dead center (TDC). FIG. 3b shows this embodiment shown in Figure 3a in the activated state.

Es sollen nur die Unterschiede zu der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform erörtert werden, weshalb im übrigen bezug genommen wird auf die Figur 2a und 2b. Für dieselben Bauteile wurden dieselben Bezugszeichen verwendet.It should only the differences from those shown in Figures 2a and 2b Embodiment will be discussed, for which reason reference is otherwise made to the FIGS. 2a and 2b. The same reference numerals have been used for the same components used.

Im Unterschied zu der in den Figuren 2a und 2b dargestellten Ausführungsform verfügt diese zweite Ausführungsform der Pleuelstange 3 über einen künstlichen Muskel 11, der unter Verwendung von Formgedächtniswerkstoffen ausgebildet wurde. In contrast to the embodiment shown in Figures 2a and 2b this second embodiment of the connecting rod 3 has an artificial one Muscle 11, which is formed using shape memory materials has been.

Im deaktivierten Zustand hat der künstliche Muskel 11 und damit auch die Pleuelstange 3 eine bananenförmige Gestalt und damit eine Länge I₁ (Figur3a). Hingegen streckt der künstliche Muskel 11 sich bei Aktivierung, weshalb die Pleuelstange 3 im aktivierten Zustand eine längliche Form der Länge I₂ aufweist.In the deactivated state, the artificial muscle 11 and thus also the connecting rod 3 has a banana-shaped shape and thus a length I ₁ (FIG. 3a). On the other hand, the artificial muscle 11 stretches on activation, which is why the connecting rod 3 in the activated state has an elongated shape of the length I ₂ .

Verwendet wurde ein Zwei-Weg-Formgedächtniswerkstoff, so daß der Transformationsprozeß der Pleuelstange 3 umkehrbar ist und die Pleuelstange 3 gezielt verkürzt und verlängert werden kann d. h. beliebig zwischen ihren beiden strukturellen Konfiguration mit den unterschiedlichen Pleuellängen I₁ und I₂ wechseln kann. A two-way shape memory material was used, so that the transformation process of the connecting rod 3 is reversible and the connecting rod 3 can be targeted shortened and extended ie can change between their two structural configuration with the different connecting rod lengths I ₁ and I ₂ .

Bezugszeichenreference numeral

11

Zylindercylinder

22

Kolbenbolzenpiston pin

33

Pleuelstangeconnecting rod

44

Kurbelwellenzapfencrankshaft journal

55

Kurbelwellenkröpfungcrank throw

66

Kurbelwellecrankshaft

77

Kolbenpiston

88th

kleines Pleuelaugesmall connecting rod eye

99

großes Pleuelaugebig connecting rod eye

1010

Kompressionsvolumen V_C Compression volume V _C

1111

künstlicher Muskelartificial muscle

1212

ein erstes Ende der Pleuelstangea first end of the connecting rod

1313

ein zweites Ende der Pleuelstangea second end of the connecting rod

1414

Zylinderrohrcylinder tube

εε

Verdichtungsverhältniscompression ratio

ε_max ε _max

maximal zulässiges Verdichtungsverhältnismaximum permissible compression ratio

η_th η _th

thermischer Wirkungsgradthermal efficiency

κκ

Isentropenexponent des ArbeitsmediumsIsentropic exponent of the working medium

I₁ I ₁

Länge der Pleuelstange im deaktivierten ZustandLength of the connecting rod in the deactivated state

I₂ I ₂

Länge der Pleuelstange im aktivierten ZustandLength of the connecting rod in the activated state

LL

gedachte Linie durch die beiden Enden der Pleuelstangeimaginary line through the two ends of the connecting rod

OTOT

oberer TotpunktTop Dead Center

ss

Hubstroke

UTUT

unterer Totpunktbottom dead center

V_C V _C

Kompressionsvolumencompression volume

V_H V _H

Hubvolumen der BrennkraftmaschineStroke volume of the internal combustion engine

V_h V _h

Hubvolumen eines ZylindersStroke volume of a cylinder

V_Z,OT V _{Z, OT}

Kompressionsvolumen im oberen Totpunkt (OT)Compression volume at top dead center (TDC)

V_Z,U V _{Z, U}

Kompressionsvolumen im unteren Totpunkt (UT) Compression volume at bottom dead center (UT)

zz

Anzahl der ZylinderNumber of cylinders

Claims (25)

Pleuelstange (3) für eine Brennkraftmaschine zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε, die mit ihrem einen Ende (12) mit einem Kolben (7) der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist und zur Koppelung von Kolben (7) und Kurbelwelle (6) mit ihrem anderen Ende (13) mit der Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist, wobei die Pleuelstange (3) entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden (12,13) der Pleuelstange (3) miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Pleuelstange (3) einen künstlichen Muskel (11) umfaßt, der durch Aktivierung seine geometrische Gestalt verändert, wodurch eine Längenänderung der Pleuelstange (3) und damit ein variables Verdichtungsverhältnis E realisierbar ist.Connecting rod (3) for an internal combustion engine for realizing a variable compression ratio ε, which is articulated with its one end (12) with a piston (7) of the internal combustion engine and for coupling of piston (7) and crankshaft (6) with its other end (13) is pivotally connectable to the crankshaft (6) of the internal combustion engine, wherein the connecting rod (3) along an imaginary line L, which connects the two ends (12,13) of the connecting rod (3) is variable in length,
characterized in that
the connecting rod (3) comprises an artificial muscle (11) which changes its geometric shape by activation, whereby a change in length of the connecting rod (3) and thus a variable compression ratio E can be realized. Pleuelstange (3) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) bei Aktivierung expandiert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange (3) herbeiführt.Connecting rod (3) according to claim 1,
characterized in that
the artificial muscle (11) expands upon activation and in this way brings about the change in length of the connecting rod (3). Pleuelstange (3) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) bei Aktivierung kontrahiert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange (3) herbeiführt.Connecting rod (3) according to claim 1,
characterized in that
the artificial muscle (11) contracts on activation and in this way causes the change in length of the connecting rod (3). Pleuelstange (3) nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) bei Aktivierung seine äußere Form ändert und auf diese Weise die Längenänderung der Pleuelstange (3) herbeiführt. Connecting rod (3) according to claim 1,
characterized in that
the artificial muscle (11) changes its outer shape when activated and in this way brings about the change in length of the connecting rod (3). Pleuelstange (3) nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) Kohlenstoff-Nanoröhrchen umfaßt.Connecting rod (3) according to claim 1 or 2,
characterized in that
the artificial muscle (11) comprises carbon nanotubes. Pleuelstange (3) nach Anspruch 1 oder 3,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) mindestens ein Polymergel umfaßt.Connecting rod (3) according to claim 1 or 3,
characterized in that
the artificial muscle (11) comprises at least one polymer gel. Pleuelstange (3) nach Anspruch 1 oder 4,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) mindestens einen Formgedächtniswerkstoff umfaßt.Connecting rod (3) according to claim 1 or 4,
characterized in that
the artificial muscle (11) comprises at least one shape memory material. Pleuelstange (3) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) elektrisch steuerbar ist.Connecting rod (3) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the artificial muscle (11) is electrically controllable. Pleuelstange (3) nach einem der vorherigen Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) stufenweise steuerbar ist.Connecting rod (3) according to one of the preceding claims,
characterized in that
the artificial muscle (11) is stepwise controllable. Pleuelstange (3) nach Anspruch 9,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) zweistufig schaltbar ist.Connecting rod (3) according to claim 9,
characterized in that
the artificial muscle (11) is switchable in two stages. Pleuelstange (3) nach einem der Ansprüche 1 bis 8,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) stufenlos steuerbar ist. Connecting rod (3) according to one of claims 1 to 8,
characterized in that
the artificial muscle (11) is infinitely controllable. Verfahren zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses ε bei einer Brennkraftmaschine, bei dem eine Pleuelstange (3), die mit ihrem einen Ende (12) mit einem Kolben der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist und zur Koppelung von Kolben und Kurbelwelle (6) mit ihrem anderen Ende (13) mit der Kurbelwelle (6) der Brennkraftmaschine gelenkig verbindbar ist, in der Art ausgebildet wird, daß die Pleuelstange (3) entlang einer gedachten Linie L, welche die beiden Enden (12,13) der Pleuelstange (3) miteinander verbindet, in der Länge veränderbar ist,
dadurch gekennzeichnet, daß
die Pleuelstange (3) mit einem künstlichen Muskel (11) versehen wird und durch eine Aktivierung des künstlichen Muskels (11) eine Längenänderung der Pleuelstange (3) hervorgerufen wird, wodurch das Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine verändert wird.Method for realizing a variable compression ratio ε in an internal combustion engine, in which a connecting rod (3), which is pivotally connected at one end (12) to a piston of the internal combustion engine and for coupling the piston and crankshaft (6) with its other end ( 13) is pivotally connected to the crankshaft (6) of the internal combustion engine, is formed in such a way that the connecting rod (3) along an imaginary line L, which connects the two ends (12,13) of the connecting rod (3), in the length is changeable,
characterized in that
the connecting rod (3) is provided with an artificial muscle (11) and a change in length of the connecting rod (3) is caused by activation of the artificial muscle (11), whereby the compression ratio E of the internal combustion engine is changed. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung expandiert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels (11) die Länge der Pleuelstange (3) entlang einer gedachten Linie L vergrößert wird, wodurch ein höheres Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine realisiert wird.Method according to claim 12,
characterized in that
as an artificial muscle (11) an element is used which expands upon activation, so that by activation of the artificial muscle (11) the length of the connecting rod (3) along an imaginary line L is increased, whereby a higher compression ratio E of the internal combustion engine is realized , Verfahren nach Anspruch 12 oder 13,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) im Teillastbetrieb der Brennkraftmaschine in der Art aktiviert wird, daß mit abnehmender Last das Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine erhöht wird.Method according to claim 12 or 13,
characterized in that
the artificial muscle (11) is activated in the partial load operation of the internal combustion engine in such a way that with decreasing load the compression ratio E of the internal combustion engine is increased. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung kontrahiert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels (11) die Länge der Pleuelstange (3) entlang einer gedachten Linie L verkleinert wird, wodurch ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine realisiert wird. Method according to claim 12,
characterized in that
as an artificial muscle (11) an element is used, which contracts upon activation, so that by activation of the artificial muscle (11), the length of the connecting rod (3) along an imaginary line L is reduced, whereby a lower compression ratio E of the internal combustion engine is realized , Verfahren nach Anspruch 12 oder 15,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) in der Art aktiviert wird, daß mit zunehmender Last das Verdichtungsverhältnis E der Brennkraftmaschine verringert wird.Method according to claim 12 or 15,
characterized in that
the artificial muscle (11) is activated in such a way that with increasing load the compression ratio E of the internal combustion engine is reduced. Verfahren nach Anspruch 12,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) ein Element verwendet wird, welches bei Aktivierung seine äußere Form ändert, so daß durch Aktivierung des künstlichen Muskels (11) die Länge der Pleuelstange (3) entlang einer gedachten Linie L verändert wird, wodurch ein variables Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine realisiert wird.Method according to claim 12,
characterized in that
as an artificial muscle (11) an element is used, which changes its external shape when activated, so that by activation of the artificial muscle (11) the length of the connecting rod (3) along an imaginary line L is changed, whereby a variable compression ratio ε of Internal combustion engine is realized. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) Kohlenstoff-Nanoröhrchen verwendet werden.Method according to one of claims 12 to 14,
characterized in that
used as artificial muscle (11) carbon nanotubes. Verfahren nach Anspruch 12, 15 oder 16,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) ein Polymergel verwendet wird.Method according to claim 12, 15 or 16,
characterized in that
as an artificial muscle (11) a polymer gel is used. Verfahren nach Anspruch 12 oder 17,
dadurch gekennzeichnet, daß
als künstlicher Muskel (11) ein Formgedächtniswerkstoff verwendet wird.Method according to claim 12 or 17,
characterized in that
as an artificial muscle (11) a shape memory material is used. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 20,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) elektrisch aktiviert d.h. gesteuert wird.Method according to one of claims 12 to 20,
characterized in that
the artificial muscle (11) is electrically activated ie controlled. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) stufenweise steuerbar ist. Method according to one of claims 12 to 21,
characterized in that
the artificial muscle (11) is stepwise controllable. Verfahren nach Anspruch 22,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) zweistufig schaltbar ist.Method according to claim 22,
characterized in that
the artificial muscle (11) is switchable in two stages. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 21,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) stufenlos steuerbar ist.Method according to one of claims 12 to 21,
characterized in that
the artificial muscle (11) is infinitely controllable. Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 24,
dadurch gekennzeichnet, daß
der künstliche Muskel (11) in der Art gesteuert wird, daß mit abnehmender Last das Verdichtungsverhältnis εder Brennkraftmaschine erhöht wird bzw. mit zunehmender Last das Verdichtungsverhältnis ε der Brennkraftmaschine verringert wird.Method according to one of claims 12 to 24,
characterized in that
the artificial muscle (11) is controlled in such a way that the compression ratio ε of the internal combustion engine is increased with decreasing load or the compression ratio ε of the internal combustion engine is reduced with increasing load.

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