DE10151505A1 - Zyklusbetriebener Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus für einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis - Google Patents

Abstract

Zyklusbetriebener Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus für einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis, wobei eine Pleuelstange (12) mit variabler Länge vorgesehen ist, die aufweist: einen ersten Verriegelungsmechanismus (36) zum lösbaren Verriegeln von Teilen der Pleuelstange (12), wobei eine erste Effektivlänge der Pleuelstange einstellbar ist, und einen zweiten Verriegelungsmechanismus (38) zum lösbaren Verriegeln von Teilen der Pleuelstange (12) auf, wobei eine zweite Effektivlänge der Pleuelstange (12) einstellbar ist, um das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders eines Motors zu verändern. DOLLAR A Wird eine solche Längenänderung durchgeführt, entriegelt ein Hydraulikdruck einen der verriegelten Verriegelungsmechanismen, wobei es eine Trägheitskraft ermöglicht, die Länge der Pleuelstange (12) während eines Motorzyklus zu verändern. Nach der Vervollständigung der Längenänderung wird der andere Verriegelungsmechanismus automatisch verriegelt.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Hubkolben- Verbrennungsmotoren für Motorfahrzeuge. Insbesondere betrifft die Erfindung Verbrennungsmotoren mit einer Pleuelstange für ein variables Verdichtungsverhältnis und insbesondere Systeme, Mechanismen und Strategien zum Betreiben einer Pleuelstange mit unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen bei laufendem Motor.

Die Anmeldung bezieht sich auch auf folgende, gleichzeitig eingereichte Patentanmeldungen, die hier via Bezugnahme mit aufgenommen werden:
Ser. Nr. . . , Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen (US-Anwaltsakte 199-0483);
Ser. Nr. . . , Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus (US-Anwaltsakte 200-1353);
Ser. Nr. . . , Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus (US-Anwaltsakte 200-1438);
Ser. Nr. . . , Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus (US-Anwaltsakte 200-1439);
Ser. Nr. . . , Hydraulikkreis zum Entriegeln von Vari­ abelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismen (US-Anwaltsakte 200-1440);
Ser. Nr. . . , Hydraulikkreis mit Akkumulator zum Ent­ riegeln von Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismen (US-Anwaltsakte 200-1441);
Ser. Nr. . . , Vorrichtung zum Variieren des Verdich­ tungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors (US-Anwaltsakte 200-1366);
Ser. Nr. . . , Vorrichtung und Verfahren zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotor- Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismus (US-Anwaltsakte 200-1367).

Ein Ottomotor, dessen Verdichtungsverhältnis unverändert bleibt, wenn sich Betriebszustände ändern, ist als klopfbe­ grenzt bekannt. Das bedeutet, dass das Verdichtungsverhältnis, das in der Motorgestaltung enthalten ist, derart ausgewählt werden muss, dass ein unvorteilhaftes Motorklopfen vermieden wird, welches andernfalls unter bestimmten Bedingungen des Motorbetriebs auftreten würde, falls das Verdichtungsverhältnis größer wäre. Allerdings treten solche Bedingungen, die Motor­ klopfen in einem Motorfahrzeug bewirken, typischerweise nur für begrenzte Zeiten auf, wenn das Fahrzeug betrieben wird. Zu anderen Zeiten könnte der Motor mit einem besseren Wirkungsgrad ohne Klopfen betrieben werden, falls das Verdichtungsverhältnis erhöhbar wäre. Nachteilhafterweise aber ist der Motor zu einem Betrieb mit einem höheren Wirkungsgrad während dieser Zeiten nicht fähig, da das Verdichtungsverhältnis nicht veränderbar ist.

Bestimmte Technologien für Verbrennungsmotoren mit Hubkol­ ben haben Kolben und Pleuelstangen mit variablen Verdichtungs­ verhältnissen, diese Technologien sind in unterschiedlichen Patenten offenbart, beispielsweise in US 1,875,180; US 2,376,214; US 4,510,895; US 4,687,348; US 4,979,427; US 5,562,068; US 5,755,192. Unterschiedliche Gründe zum Anwenden solcher Technologien in Verbrennungsmotoren sind in diesen Dokumenten verfolgt worden. Ein Grund ist die Verbesserung des Wirkungsgrads, indem es einem bei einer relativ geringen Last arbeitenden Motor ermöglicht ist, mit einem Verdichtungsver­ hältnis zu laufen, das höher ist als ein Verdichtungsverhält­ nis, bei welchem der Motor betrieben wird, wenn der Motor bei relativ hoher Last betrieben wird.

Das Verdichtungsverhältnis eines Motors kann verändert werden, indem die gesamte effektive Länge einer Pleuelstange und des Kolbens verändert wird. Eine Veränderung der gesamten effektiven Länge kann entweder erreicht werden, indem entweder die Länge der Pleuelstange oder die Länge des Kolbens oder beide Längen verändert werden. Die oben genannten Patente beschreiben unterschiedliche Mechanismen zum Verändern der gesamten effektiven Länge.

Die US 5,562,068 offenbart eine Pleuelstange mit einem veränderbaren Verdichtungsverhältnis, bei der das Einstellen der effektiven Länge am kurbelzapfenseitigen "Groß"-Ende der Pleuelstange erfolgt. Das Einstellen wird mittels eines exzent­ rischen Rings durchgeführt, der im Wesentlichen koinzident mit einem Kurbelzapfen ist, welcher allerdings selektiv mit dem Kurbelzapfen und mit dem Groß-Ende der Stange verriegelbar ist. Wenn er mit dem Kurbelzapfen verriegelt ist, nimmt der exzent­ rische Ring eine Position ein, welche die Stange dazu bringt, eine größere effektive Länge aufzuweisen, wodurch ein höheres Verdichtungsverhältnis erreicht ist. Wenn der exzentrische Ring mit der Stange verriegelt ist, nimmt der exzentrische Ring eine Position ein, welche die Stange dazu bringt, eine kürzere effektive Länge aufzuweisen, wodurch ein geringeres Verdich­ tungsverhältnis erreicht ist.

Die Erfindung, die in einer der Patentanmeldungen offen­ bart ist, deren Anmelder der Anmelder dieser Patentanmeldung ist, und die via Bezugnahme hier aufgenommen ist, lehrt das Verändern der effektiven Länge der Pleuelstange am Groß-Ende der Pleuelstange, sodass das Bewirken eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses mittels Veränderns der Länge sich nicht auf die hin- und herbewegte Masse eines Motors auswirkt, sodass vermieden ist, dass ein nicht akzeptables Ungleichge­ wicht erzeugt wird. Diese Pleuelstange weist einen Aufbau auf, mit einem ersten Teil, einem zweiten Teil und einem dritten Teil, die derart zusammengebaut sind, dass dadurch das Groß- Ende der Pleuelstangenanordnung ausgebildet ist, und dass dadurch eine variable Länge der Pleuelstangenanordnung möglich ist. Das erste Teil ist eine halbkreisförmige Schale. Entweder das zweite Teil oder das dritte Teil ist fest am ersten Teil befestigt. Führungen, die an einander gegenüberliegenden Seiten des Groß-Endes angeordnet sind, wirken derart mit dem Anderen des zweiten und des dritten Teils und den befestigten Teilen zusammen, dass eine Verschiebebewegung relativ zwischen dem Anderen des zweiten und dritten Teils und den befestigten Teilen über einen begrenzten Justierbereich ermöglicht ist, um die Länge der Pleuelstangenanordnung zu verändern. Bei einem derartigen Längenveränderungsmechanismus ist ein exzentrischer Ring wie in US 5,562,068 entbehrlich.

Die Erfindung betrifft neue Systeme, Mechanismen und Stra­ tegien zum Betreiben einer Pleuelstange, insbesondere einer Pleuelstange des allgemeinen Typs, wie sie in den oben genann­ ten Patentanmeldungen beschrieben ist, deren Anmelder der Anmelder dieser Patentanmeldung ist; zu Positionen mit unter­ schiedlicher Länge, während der Motor betrieben wird, wodurch das Verdichtungsverhältnis verändert wird; zum Verriegeln der Pleuelstange in einer Position, bis eine Längenveränderung gewünscht ist; zum Entriegeln der Pleuelstange, wenn eine Längenveränderung gewünscht ist; zum Verwenden von Trägheits­ kräften, um die Längenänderung durchzuführen; und zum Verrie­ geln der Pleuelstange in einer anderen Position, wenn die Längenveränderung vollendet ist.

Erfindungsgemäß wird ein neuer mechanischer Verriegelungs­ mechanismus verwendet, um die Pleuelstange in ihren Positionen unterschiedlicher Länge zu verriegeln. Der Betrieb des Verrie­ gelungsmechanismus wird mittels Hydraulikdrucks erreicht, unter Verwendung des Motoröls des Verbrennungsmotors.

Bei der Pleuelstange werden zwei solche Verriegelungsme­ chanismen verwendet. Wenn beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind, ist es der Mittelachse des Groß-Endes der Pleuelstange ermöglicht, frei zwischen einer Position konzen­ trisch relativ zur Mittelachse eines Kurbelzapfens, an welchem die Pleuelstange über einen Lagerhalter montiert ist und einer exzentrischen Position relativ zur Mittelachse des Kurbelzap­ fens bewegt zu werden.

Wenn die Pleuelstange in einer Ausfahr-Position ist, in der sie eine größere effektive Länge aufweist, resultiert daraus ein erhöhtes Verdichtungsverhältnis. Wenn eine Pleuel­ stange in einer Einfahr-Position ist, in der sie eine geringere effektive Länge aufweist, resultiert daraus ein geringeres Verdichtungsverhältnis. Wenn die Pleuelstange in einer von diesen beiden Positionen ist, ist die Pleuelstange mittels eines der beiden Verriegelungsmechanismen mit dem Lagerhalter verriegelt, wohingegen der andere Verriegelungsmechanismus entriegelt ist.

Befindet sich die Pleuelstange in einer Anfangslängenposi­ tion, so ist der erste der Verriegelungsmechanismen verriegelt und der zweite der Verriegelungsmechanismen ist entriegelt. Um die Länge von der Anfangslänge ausgehend zu verändern, sei die Anfangslänge die Ausfahr-Länge oder die Einfahr-Länge der Pleuelstange, wird Hydraulikdruck zum Entriegeln des ersten Verriegelungsmechanismus zugeführt, wobei die Pleuelstange zum Repositionieren der Mittelachse ihres Groß-Endes relativ zur Mittellinie des Kurbelzapfens gelöst wird, an dem sie montiert ist. Ist die Pleuelstange vom Lagerhalter entriegelt, so wirkt eine auf die Pleuelstange ausgeübte Trägheitskraft derart, dass die Mittelachse des Groß-Endes bezüglich der Mittelachse des Kurbelzapfens repositioniert wird, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange aus der Anfangslänge in eine neue Länge verändert wird. Nach Vervollständigung der Längenänderung verriegelt der zweite Verriegelungsmechanismus automatisch, wodurch die Pleuelstange am Lagerhalter in der Position mit ihrer neuen Länge verriegelt ist. Die Positionsveränderung der Mittelachse des Groß-Endes bezüglich der Mittelachse des Kurbelzapfens verhindert ein Wiederverriegeln des ersten Verriegelungsmechanismus, welcher daher unverriegelt verbleibt, wobei sich die Pleuelstange in ihrer neuen Längenposition befindet. Der zum Entriegeln zugeführte Hydraulikdruck des ersten Verriegelungsmechanismus wird unterbrochen, nachdem die Längenveränderung durchgeführt wurde.

Zum Verändern der effektiven Länge aus der neuen Länge zu­ rück in die Anfangslänge wird Hydraulikdruck zum zweiten nun verriegelten Verriegelungsmechanismus geliefert, um diesen zu entriegeln. Dies befreit die Pleuelstange zum Repositionieren ihres Groß-Endes auf dem Kurbelzapfen. Ist die Pleuelstange vom Lagerhalter entriegelt, wirkt eine auf die Pleuelstange ausge­ übte Trägheitskraft derart, dass die Pleuelstange auf dem Lagerhalter repositioniert wird, wodurch die effektive Länge wieder zur Anfangslänge hergestellt wird.

Nach der Vervollständigung der Längenänderung verriegelt der erste Verriegelungsmechanismus automatisch, wodurch die Pleuelstange auf dem Lagerhalter verriegelt wird, wobei die Pleuelstange sich in der Anfangslängenposition befindet. Die Längenänderung hält den zweiten Verriegelungsmechanismus davon ab, wieder verriegelt zu werden, und so verbleibt der zweite Verriegelungsmechanismus entriegelt, während die Pleuelstange in der anfänglichen Längenposition ist.

Ein allgemeiner Aspekt der Erfindung betrifft einen Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis, der eine Pleuelstange aufweist, über welche eine Kurbelwelle, die sich um eine Kurbelachse dreht, einen Kolben im Inneren eines Zylinders hin- und herbewegt. Die Pleuelstange weist ein erstes Teil und ein zweites Teil auf, die relativ zueinander derart positionierbar sind, dass dadurch die effektive Länge der Pleuelstange und daher das Verdichtungsverhältnis des Zylinders einstellbar ist. Ein erster Verriegelungsmechanismus ist selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar, um das erste Teil am zweiten Teil in einer Position festzulegen, welche eine vorgegebene effektive Länge der Pleuelstange festsetzt, und ist selektiv in einen Entriegelungszustand überführbar, welcher es ermöglicht, das erste und das zweite Teil relativ zueinander zu einer Effektivlänge zu positionieren, die sich von der gegebenen Effektivlänge unterscheidet. Ein zweiter Verriegelungsmechanis­ mus ist selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar, um das erste Teil mit dem zweiten Teil in einer Position zu verriegeln, welche eine effektive Länge bestimmt, die sich von der gegebenen effektiven Länge für die Pleuelstange unterschei­ det, und in einen Entriegelungszustand überführbar, in dem das erste und das zweite Teil relativ zueinander zur gegebenen effektiven Länge positionierbar sind. Jeder Verriegelungsmecha­ nismus ist auf seinen Verriegelungszustand zu vorgespannt und ist aus seinem Verriegelungszustand in seinen Entriegelungszu­ stand durch Zuführen eines Hydraulikfluids überführbar.

Ein anderer Aspekt der Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines eben beschriebenen Motors, wobei eine Hydraulikfluidquelle mit dem ersten Mechanismus verbunden wird, um diesen aus seinem Verriegelungszustand in den Entriegelungs­ zustand überzuführen, um eine Längenveränderung einzuleiten. Nachdem die Längenänderung durchgeführt wurde, wird der zweite Mechanismus in den Verriegelungszustand überführt. Die Verbin­ dung zwischen der Hydraulikfluidquelle und dem ersten Mechanis­ mus wird beendet, nachdem der zweite Mechanismus im Verriege­ lungszustand ist, und der zweite Mechanismus verbleibt nach dem Beenden der Verbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle und dem ersten Mechanismus im Verriegelungszustand, bis eine entgegengesetzte Längenänderung durchgeführt werden soll.

Die Erfindung wird im Folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels mit Bezugnahme auf die Zeichnung erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Pleuelstange gemäß einer Ausführungsform der Erfindung entlang der Zentralachse eines Groß-Endes, wobei die Pleuelstange relativ zu einem Lagerhalter derart positioniert ist, dass die Pleuelstange eine effektive Länge hat, die ein hohes Verdichtungsverhältnis bereitstellt;

Fig. 2 eine Querschnittansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1;

Fig. 3 eine Querschnittansicht in Richtung der Pfeile 3-3 in Fig. 2; und

Fig. 4 eine Ansicht in Richtung der Pfeile 4-4 in Fig. 3.

Die Fig. 1 bis 4 zeigen eine Ausführungsform einer Pleuel­ stangenanordnung 12 mit variabler Länge zum Ausstatten eines Motors mit einem variablen Verdichtungsverhältnis. Die Pleuel­ stangenordnung 12 weist ein "Groß"-Ende 14, d. h. ein kurbelwel­ lenseitiges Ende bzw. unteres Pleuelauge zum Drehen bzw. Kurbeln auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, und ein "Klein"-Ende 16, d. h. kolbenseitiges Ende bzw. oberes Pleuelau­ ge zum Schwenken auf einem Zentralabschnitt eines Schwingzap­ fens zum Koppeln der Pleuelstangenanordnung an einen Kolben 18 (in Fig. 1 nur teilweise schematisch dargestellt) auf. Ein Längenveränderungsmechanismus ist im Groß-Ende 14 enthalten, mit welchem das Verändern der effektiven Länge der Pleuelstan­ genanordnung 12 ermöglicht wird.

Die Pleuelstangenanordnung 12 weist eine Pleuelstange 19 mit einer festen Länge auf, die aus zwei aneinander befestigten Teilen 20 und 26 aufgebaut ist. Ein Endabschnitt des Teils 20 weist das Klein-Ende 16 und einen Stangenabschnitt 22 auf, der sich vom Klein-Ende 16 zum Groß-Ende 14 hinerstreckt. Der Längenveränderungsmechanismus ist, wie auch in den oben zitier­ ten Patentanmeldungen des gleichen Anmelders im Detail be­ schrieben, mit einem Lagerhalter 24 ausgestattet, der auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle montiert ist, wobei die Mit­ telachse des Längenveränderungsmechanismus konzentrisch mit der des Kurbelzapfens ist. Der Lagerhalter 24 ist zwischen einem im Wesentlichen halbkreisförmigen Abschnitt des Teils 20 am Groß- Ende 14 und einer im Wesentlichen halbkreisförmigen Schale gehalten, welche das Teil 26 ausbildet. Die Stange 19 und der Lagerhalter 24 sind derart ausgelegt, dass es der Pleuelstange 19 mit festgelegter Länge zu ermöglicht ist, sich eine geringe Distanz auf dem Lagerhalter 24 zu bewegen, wodurch die effekti­ ve Länge der Pleuelstangenanordnung 12 durch ein Repositionie­ ren der Mittelachse 14CL des Groß-Endes 14 bezüglich der Mittelachse 24CL des Lagerhalters 24 veränderbar ist.

Ein Lager 34 ist innerhalb des Lagerhalters 24 angeordnet und dient als Lagerfläche zwischen dem Innendurchmesser des Lagerhalters und dem Außendurchmesser des vom Lagerhalter umgebenen Kurbelzapfens (nicht gezeigt), wenn der Lagerhalter sich auf dem Kurbelzapfen als Reaktion auf eine Rotation der Kurbelwelle dreht. Der Lagerhalter 24 und das Lager 34 sind so konstruiert, wie sie in den zitierten Anmeldungen offenbart sind. Ersterer weist zwei kontinuierlich umlaufende Nuten C1, C2 auf; Letzteres weist zwei Reihen von im Abstand von einander am Umfang angeordneten Durchgangslöchern auf, durch welche Hydraulikflüssigkeit vom Kurbelzapfen in die Nuten eindringen kann.

Die Pleuelstange 12 weist zwei Verriegelungsmechanismen 36, 38 auf. Ein Verriegelungsmechanismus 36 ist am Groß-Ende 14 zwischen dem Kleinende 16 und der Mittelachse 14CL angeordnet, und der andere Verriegelungsmechanismus 38 ist am Groß-Ende 14 bezüglich der Mittelachse 14CL diametral gegenüber dem ersten Verriegelungsmechanismus 36 angeordnet. Die beiden Mechanismen sind im Wesentlichen identisch, was ein Vorteil beim Herstellen der Pleuelstange ist.

Der Verriegelungsmechanismus 36 weist verschiedene Bautei­ le auf, wie zwei runde Verriegelungsstifte 36B, 36C, zwei Vorspannfedern 36E, 36F und zwei Federdeckel 36G, 35H.

Der Verriegelungsmechanismus 38 weist verschiedene Bautei­ le auf, wie zwei runde Verriegelungsstifte 38B, 38C, zwei Vorspannfedern 38E, 38F und zwei Federdeckel 38G, 38H.

Die Basis eines Stifts 36A ist in irgendeiner geeigneten Weise an einer ebenen Fläche befestigt, die eine äußere (obere) Begrenzung des Lagerhalters 24 bildet, sodass der Stift entlang der Längsmittellinie der Pleuelstangenanordnung 12 angeordnet ist. Die Basis eines Stiftes 38A ist in einer geeigneten Weise an einer ebenen Fläche befestigt, die eine äußere (untere) Begrenzung des Lagerhalters 24 bildet, sodass der Stift entlang der Längsmittellinie der Pleuelstangenanordnung 12 angeordnet ist. Daher stehen die beiden Stifte in einander gegenüberlie­ gende Richtungen vom Lagerhalter 24 entlang der Längsmittelli­ nie der Anordnung 12 weg.

Das Ende eines jeden Stiftes, welches gegenüber seiner Ba­ sis liegt, weist jeweils eine kreisbogenförmig konturierte konkave Ausnehmung 36D, 38D auf, deren Ausdehnung geringer als ein Halbkreis ist. Die Achse des Kreises, welcher die jeweilige Ausnehmung definiert ist parallel mit der Kurbelzapfenachse. Ein kreisbogenförmig konturierter Rücken 36J, 38J steht radial von der jeweiligen Ausnehmung 36D, 38D nach innen weg und erstreckt sich äquidistant vom gegenüberliegenden axialen Ende der jeweiligen Ausnehmung.

Jeweils eine Steuerpassage 44A, 45A verbindet den Raum zwischen den inneren Enden des jeweiligen Verriegelungsstift­ paares 368, 36C; 38B, 38C und einem zugehörigen Kanal C2, C1. Die Passage 44A erstreckt sich von einem Ort am Grat des Rückens 36J in einer Schräge durch den Stift 36A und den Lagerhalter 24 hindurch zu einem gegenüberliegenden Ende am bzw. im Kanal C2. Die Passage 45A erstreckt sich von einem Ort am Grat des Rückens 38J in einer Schräge durch den Stift 38A und den Lagerhalter 24 hindurch zu einem gegenüberliegenden Ende am bzw. im Kanal C1.

Eine Passage 44B erstreckt sich vom Kanal C1 weg und verzweigt sich (siehe Fig. 2) zu einander gegenüberliegenden Enden einer Durchgangsbohrung TB1 im Teil 20, Eine Passage 45B erstreckt sich vom Kanal C2 weg und verzweigt sich (siehe Fig. 2) zu einander gegenüberliegenden Enden einer Durchgangs­ bohrung TB2 im Teil 26.

Der Stift 36A ist innerhalb eines geeignet geformten Hohl­ raums im Teil 20 aufgenommen, und der Stift 38A ist innerhalb eines geeignet geformten Hohlraums im Teil 26 bzw. in der Verschlussschale 26 aufgenommen. Die Hohlräume ermöglichen es den Stiften, sich darin zu bewegen, wann immer sich die effek­ tive Länge der Pleuelstangenanordnung 12 ändert, und können eine Führung für die Längsbewegung der Pleuelstange 19 auf dem Lagerhalter 24 vorsehen, wenn sich die effektive Länge der Pleuelstangenanordnung 12 ändert.

Dort wo die jeweiligen Verriegelungsmechanismen angeordnet sind, weisen die Teile 20 und 26 jeweils ein Paar Vorsprünge 40 an einander gegenüberliegenden Seitenflächen der Pleuelstange 19 auf. Eine Durchgangsbohrung TB1 erstreckt sich durch die Pleuelstange 19 zwischen einem Paar Vorsprünge 40 parallel zur Mittelachse 24CL hindurch und schneidet den Hohlraum des Teils 20, in welchem der Stift 36A angeordnet ist. Eine Durchgangs­ bohrung TB2 erstreckt sich durch die Pleuelstange 19 zwischen dem anderen Paar Vorsprünge 40 parallel zur Mittelachse 24CL hindurch und schneidet den Hohlraum des Teils 26, in welchem der Stift 38A aufgenommen ist.

Die Deckel 36G, 38G sind in geeigneter Weise, beispiels­ weise mittels Befestigungselementen, mit den Teilen 20 bzw. 26 gegen den jeweiligen Vorsprung 40 an derselben Seite der Pleuelstange 19 befestigt, um das zugehörige Ende der jeweili­ gen Durchgangsbohrung TB1, TB2 zu schließen. Die Deckel 36H, 38H sind in geeigneter Weise, beispielsweise mittels Befesti­ gungselementen, mit den Teilen 20 bzw. 26 gegen den jeweiligen Vorsprung 40 auf derselben Seite der Pleuelstange 19 befestigt, befinden sich aber an der gegenüberliegenden Seite der Federde­ ckel 36 G, 38 G, um die zugehörigen Enden der jeweiligen Durch­ gangsbohrung TB1, TB2 gegenüber den von dem jeweiligen Deckel 36G, 38G geschlossenen Ende zu schließen.

Die Federn 36E, 38E liegen an der Innenfläche des jeweili­ gen Deckels 36G, 38G an und drücken den jeweiligen Verriege­ lungsstift 36B, 38B federnd innerhalb der jeweiligen Durch­ gangsbohrung TB1, TB2 in Richtung des jeweiligen Stiftes 36A, 38A. Die Federn 36F, 38F liegen an der Innenfläche des jeweili­ gen Deckels 36H, 38H an und drücken den jeweiligen Verriege­ lungsstift 36C, 38C federnd innerhalb der jeweiligen Durch­ gangsbohrung TB1, TB2 in Richtung des jeweiligen Stiftes 36A, 38A.

Äquidistant von ihren einander gegenüberliegenden Axialen­ den weist die Durchgangsbohrung TB1 einen Rücken 47A auf, der gegenüber dem Rücken 36J des Stifts 36A liegt. Der Rücken 47A hat eine kreisbogenförmige Kontur, die konzentrisch mit der Durchgangsbohrung TB1 ist. Die kreisbogenförmige Kontur des Rückens 36J ist die Gleiche, wie die des Rückens 47A. Befindet sich der Verriegelungsmechanismus 36 in seinem, in Fig. 2 dargestellten, Verriegelungszustand, so drücken die Federn 36E, 36F die inneren Enden des jeweiligen Verriegelungsstifts 36B, 36C federnd gegen die jeweiligen Enden der Rücken 47A, 36J. Die Verriegelungsstifte erstrecken bzw. befinden sich in einer Überlappungsanordnung zu Abschnitten des Stiftes 36A auf beiden Seiten des Rückens 36J. Zum selben Zeitpunkt befindet sich die Endfläche des Stiftes 36A in einem Abstand von einer Stoppflä­ che 20S des Teils 20, welche dem Stift zugewandt ist.

Äquidistant von ihren einander gegenüberliegenden Axialen­ den weist die Durchgangsbohrung TB2 einen Rücken 47B auf, der gegenüber dem Rücken 38J des Stifts 38A liegt. Der Rücken 47B hat eine kreisbogenförmige Kontur, die konzentrisch mit der Durchgangsbohrung TB2 ist. Die kreisförmige Kontur des Rückens 38J ist dieselbe, wie die des Rückens 47B.

Befindet sich der Verriegelungsmechanismus 38 in seinem, in Fig. 2 dargestellten, Entriegelungszustand, so sind die Verriegelungsstifte 38B, 38C voneinander weggespreizt, wobei sich ihre inneren Axialenden von den jeweiligen Axialenden der Rücken 47B, 38J in einem Abstand entfernt befinden und sich nicht in einer Überlappungsanordnung mit Abschnitten des Stiftes 38A auf beiden Seiten des Rückens 38J befinden. Zum selben Zeitpunkt liegt die Endfläche des Stiftes 38A an der Stoppfläche 26S der Schale 26 an, welche dem Stift zugewandt ist.

In dem in Fig. 2 gezeigten Zustand liegen die Ausnehmung 36D und der ihr gegenüberliegende Abschnitt der Durchgangsboh­ rung TB1 auf einem Kreis, dessen Durchmesser gerade groß genug ist, die Verriegelungsstifte 36B, 36C dazwischen aufzunehmen. Diese Verriegelungsstifte halten das Ende des Stifts 38A an der Stoppfläche 26S, was zur Folge hat, dass die Stange 19 auf dem Lagerhalter 24 in der Position des Hochverdichtungsverhältnis verriegelt ist.

Das Wechseln in die Position für das Niedrigverdichtungs­ verhältnis wird mittels Entriegeln des Verriegelungsmechanismus 36 erreicht. Der Hydraulikdruck im Kanal C2 wird gegenüber welchem auch immer im Kanal C1 herrschenden Druck erhöht, wodurch Fluid durch die Passage 44A in den Raum zwischen den Verriegelungsstiften 36B, 36C gefördert wird. Dies drückt die beiden Verriegelungsstifte auseinander und verschiebt sie aus ihrer Überlappungsanordnung mit dem Stift 36A.

Der Stift 38A ragt nach wie vor in die Durchgangsbohrung TB2 hinein und verbleibt in der Verblockung mit den Verriege­ lungsstiften 38B, 38C, und daher wird der erhöhte Druck, der an den äußeren Enden der Verriegelungsstifte 38B, 38C anliegt, über die Leitung 45B zum Kanal C2 übertragen und kann jetzt noch nicht die zuletzt genannten Verriegelungsstifte nach innen aufeinander zu bewegen.

Da nun beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind, bewirkt die Rotation der Kurbelwelle eine Trägheitskraft auf die Pleuelstange 19 und bewegt diese in die Position für das Niedrigverdichtungsverhältnis. Wenn die Pleuelstange 19 diese Position auf dem Lagerhalter 24 erreicht, liegt das Ende des Stiftes 36A an der Stoppfläche 20S an, und der Stift 36A hat sich derart bewegt, dass er die Verriegelungsstifte 36B, 36C daran hindert, sich zurück in die Verriegelungsposition zu bewegen. Hierbei bilden ebenso die Ausnehmung 38D und der ihr gegenüberliegende Abschnitt der Durchgangsbohrung TB2 eine Kreisform, welche es den Verriegelungsstiften 38B, 38C ermög­ licht, sich aufeinander zu zu bewegen, bis sie an den entspre­ chenden Enden der Rücken 38J, 47B anliegen und den Mechanismus 38 in den Verriegelungszustand bringen. Die Stifte 38B, 38C befinden sich jetzt in einer Überlappungsanordnung mit dem Stift 38A, wodurch das Ende des Stifts 36A gegen die Stoppflä­ che 20S gedrückt bzw. gehalten bleibt und die Stange 19 auf dem Lagerhalter in der Position des Niedrigverdichtungsverhältnis verriegelt. Ist der Mechanismus 38 einmal verriegelt, kann die Druckerhöhung im Kanal C2 unterbrochen werden. Daher muss der erhöhte Hydraulikdruck nicht aufrechterhalten werden, um die Anordnung in der Position zu halten, in welcher sie betrieben wird. Dies ist ein Vorteil, da die Belastungen des Hydraulik­ systems reduziert werden und dies den Kraftstoffverbrauch des Fahrzeugs begünstigt.

Das Hochverdichtungsverhältnis wird wieder eingestellt, indem der Hydraulikdruck in der Nut C1 erhöht wird. Der Mecha­ nismus 38 wird auf dieselbe Weise entriegelt, wie der Mechanis­ mus 36 entriegelt wurde, wenn das Verdichtungsverhältnis von hoch auf niedrig verändert wird. Die Längenänderung wird aufgrund einer Trägheitskraft erreicht, und der Mechanismus 36 verriegelt automatisch bei Vollendung der Längenänderung. Die Erhöhung des Hydraulikdrucks im Kanal C1 kann unterbrochen werden. Da die Längenänderung innerhalb eines Arbeitszyklus stattfindet und der erhöhte Hydraulikdruck unterbrochen ist, nachdem die Pleuelstange in der neuen Länge wieder verriegelt ist, hat der erhöhte Druck zum Durchführen der Längenänderung die Natur eines Pulses bzw. ist getaktet bzw. zyklisch.

Aus der vorangegangenen Beschreibung sind mehrere Aspekte des Betriebs ersichtlich. In einem ersten Aspekt ist das Verriegeln eines der Mechanismen ausreichend, um die Pleuel­ stangenanordnung in einer der beiden möglichen Längenzustände zu verriegeln. Nach einem zweiten Aspekt ist es nicht möglich, beide Verriegelungsmechanismen zu demselben Zeitpunkt zu verriegeln. Nach einem dritten Aspekt wird eine Längenänderung mittels Entriegelns eines Verriegelungsmechanismus eingeleitet, sodass beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind. Nach einem vierten Aspekt verriegelt einer der beiden Mechanismen automatisch die Pleuelstangenanordnung nach Beendigung der Längenveränderung.

Ein hydraulisches Steuersystem zum Steuern der Verriege­ lungsmechanismen, wie sie zum Beispiel in den oben angeführten Patentanmeldungen offenbart sind, sollen hier mit einbezogen sein. Bestimmte Konstruktionsdetails, welche in diesen Anmel­ dungen diskutiert sind, können in der Praxis der vorliegenden Erfindung hilfreich sein. Beispiele solcher Details sind zum Beispiel die Verwendung von verschiedenartigen Materialien für verschiedenartige Teile bzw. Bestandteile, sowie das Reduzieren von Durchmessern für Schrauben, welche die beiden Hälften des Lagerhalters zusammenhalten, um die Behinderung des Ölflusses durch die Nuten bzw. Kanäle zu minimieren. Da jede Passage 44B, 45B durch Teile verläuft, welche sich relativ zueinander während einer Längenänderung bewegen, wird jede Passage derart an der Schnittstelle zwischen den Teilen dimensioniert, dass die Kontinuität der Leitung beim Bewegen der Teile aufrechter­ halten ist.

Claims (10)

1. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis, mit einer Pleuelstange, über welche eine Kurbelwelle antreibbar ist, die sich um eine Kurbelachse dreht und einen Kolben innerhalb eines Zylinders hin- und herbewegt, wobei die Pleuelstange aufweist:
ein erstes Teil und ein zweites Teil, die relativ zueinan­ der positionierbar sind, um eine Effektivlänge der Pleuelstange und daher ein Verdichtungsverhältnis für einen Zylinder einzu­ stellen,
einen ersten Verriegelungsmechanismus, der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil am zweiten Teil in einer Position festzulegen, welche eine vorgegebene Effektivlänge der Pleuelstange festsetzt, und der selektiv in einen Entriegelungszustand überführbar ist, welcher es ermöglicht, das erste und das zweite Teil relativ zueinander zu einer Effektivlänge zu positionieren, die sich von der gegebenen Effektivlänge unterscheidet, und
einen zweiten Verriegelungsmechanismus, der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil mit dem zweiten Teil in einer Position zu verriegeln, welche eine Effektivlänge bestimmt, die sich von der gegebenen Effek­ tivlänge für die Pleuelstange unterscheidet, und der selektiv in einen Entriegelungszustand überführbar ist, in welchem das erste und das zweite Teil relativ zueinander zur gegebenen Effektivlänge positionierbar sind,
wobei jeder Verriegelungsmechanismus zu seinem Verriege­ lungszustand hin vorgespannt ist und durch Zuführen eines Hydraulikfluids aus seinem Verriegelungszustand in seinen Entriegelungszustand überführbar ist.

2. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1, wobei jeder Verriegelungsmechanismus ein erstes und ein zweites Element aufweist, die im Verriegelungszustand des jeweiligen Mechanismus zueinanderhin vorgespannt sind.

3. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 2, wobei das erste und das zweite Element eines jeden Verriegelungsmechanismus innerhalb einer zugehörigen Durch­ gangsbohrung in einem der Teile angeordnet sind, wobei die Durchgangsbohrungen parallel zur Kurbelachse liegen, und wobei, wenn sich der jeweilige Mechanismus in seinem Verriegelungszu­ stand befindet, sich dessen erstes und zweites Element in einer Überlappungsanordnung zwischen einem Abschnitt der zugehörigen Durchgangsbohrungswand und einem zugehörigen Abschnitt des anderen Teils befindet.

4. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 3, wobei der jeweilige Abschnitt des anderen Teils eine Ausnehmung am Ende eines zugehörigen Stiftes des anderen Teils aufweist.

5. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 4, wobei das erste und das zweite Verriegelungselement eines jeden Mechanismus und die zugehörige Durchgangsbohrung einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wobei der kreisför­ mige Querschnitt einer jeden Durchgangsbohrung von einem jeweiligen Hohlraum geschnitten wird, innerhalb welchem der zugehörige Stift angeordnet ist, und wobei, wenn der jeweilige Mechanismus sich in seinem Verriegelungszustand befindet, die Ausnehmung eines jeden Stifts mit der zugehörigen Durchgangs­ bohrung eine Kreisform bildet und das jeweilige erste und das jeweilige zweite Element eines jeden Mechanismus die zugehörige Ausnehmung überlappt.

6. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 5, wobei jede Ausnehmung einen Rücken aufweist, der eine Kreisbogenform kleiner als ein Halbkreis aufweist und der eine Stoppvorrichtung für das jeweilige erste und das jeweilige zweite Element eines jeden Mechanismus bildet, wenn sich dieser im Verriegelungszustand befindet.

7. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 6, wobei jede Durchgangsbohrung einen Rücken aufweist, der eine Kreisbogenform kleiner als ein Halbkreis aufweist und der eine Stoppvorrichtung für das jeweilige erste und das jeweilige zweite Element eines jeden Mechanismus bildet, wenn sich dieser im Verriegelungszustand befindet, wobei der jewei­ lige Rücken der Durchgangsbohrung dem Rücken der Ausnehmung im jeweiligen Stift gegenüberliegend angeordnet ist.

8. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei jeweils Federn das jeweilige erste und das jeweilige zweite Element eines jeden Mechanismus federnd vorspannen.

9. Verfahren zum Betreiben eines Motors mit variablem Verdichtungsverhältnis, mit einer Pleuelstange, über welche eine Kurbelwelle antreibbar ist, die sich um eine Kurbelachse dreht und einen Kolben innerhalb eines Zylinders hin- und herbewegt, wobei die Pleuelstange aufweist:
ein erstes Teil und ein zweites Teil, die relativ zueinan­ der positionierbar sind, um eine Effektivlänge der Pleuelstange und daher ein Verdichtungsverhältnis für den Zylinder einzu­ stellen,
einen ersten Verriegelungsmechanismus, der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil am zweiten Teil in einer Position festzulegen, welche eine vorgegebene Effektivlänge der Pleuelstange festsetzt, und der selektiv in einen Entriegelungszustand überführbar ist, welcher es ermöglicht, das erste und das zweite Teil relativ zueinander zu einer Effektivlänge zu positionieren, die sich von der gegebenen Effektivlänge unterscheidet, und
einen zweiten Verriegelungsmechanismus, der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil mit dem zweiten Teil in einer Position zu verriegeln, welche eine Effektivlänge bestimmt, die sich von der gegebenen Effek­ tivlänge für die Pleuelstange unterscheidet, und der selektiv in einen Entriegelungszustand überführbar ist, in welchem das erste und das zweite Teil relativ zueinander zu der gegebenen Effektivlänge positionierbar sind, wobei das Verfahren umfasst:
Verbinden einer Hydraulikfluidquelle mit dem ersten Mecha­ nismus, um diesen aus seinem Verriegelungszustand in den Entriegelungszustand überzuführen, um eine Längenänderung einzuleiten,
Durchführen der Längenänderung,
Überführen des zweiten Mechanismus in den Verriegelungszu­ stand nach dem Vollenden der Längenänderung,
Beenden der Verbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle und dem ersten Mechanismus, nachdem der zweite Mechanismus im Verriegelungszustand ist, und
Aufrechterhalten des zweiten Mechanismus im Verriegelungs­ zustand nach dem Beenden der Verbindung zwischen der Hydrau­ likfluidquelle und dem ersten Mechanismus, bis eine entgegenge­ setzte Längenänderung durchgeführt werden soll.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, umfassend: Durchführen der entgegengesetzten Längenänderung durch Verbinden einer Hydrau­ likfluidquelle mit dem zweiten Mechanismus, um diesen aus seinem Verriegelungszustand in den Entriegelungszustand überzu­ führen, um die entgegengesetzte Längenänderung einzuleiten,
Durchführen der entgegengesetzten Längenänderung,
Überführen des ersten Mechanismus in den Verriegelungszu­ stand nach dem Vollenden der entgegengesetzten Längenänderung,
Beenden der Verbindung zwischen der Hydraulikfluidquelle und dem zweiten Mechanismus, nachdem der erste Mechanismus im Verriegelungszustand ist, und
Aufrechterhalten des ersten Mechanismus im Verriegelungs­ zustand nach dem Beenden der Verbindung der Hydraulikfluidquel­ le und dem zweiten Mechanismus, bis eine Hydraulikfluidquelle wieder mit dem ersten Mechanismus in Verbindung gelangt, um diesen aus dem Verriegelungszustand in den Entriegelungszustand überzuführen.