-
Technisches
Gebiet
-
Die
vorliegende Offenbarung bezieht sich allgemein auf einen Mechanismus
für ein
variables Kompressionsverhältnis
und insbesondere auf einen Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis mit
einer exzentrischen Kurbelwellenanordnung.
-
Hintergrund
-
Motoren,
die Dieselmotoren, Benzinmotoren, Erdgasmotoren und andere in der
Technik bekannte Motoren aufweisen, können eine komplexe Mischung aus
Luftverunreinigungen ausstoßen.
Die Luftverunreinigungen können
aus gasförmigen
Verbundstoffen zusammengesetzt sein, die Stickoxide und feste Partikelstoffe
aufweisen können,
die unverbrannte Kohlenwasserstoffpartikel aufweisen können, die
Ruß genannt
werden.
-
Auf
Grund gesteigerter Rücksicht
auf die Umwelt sind Abgasemissionsstandards immer strenger geworden.
Die Menge der Luftverunreinigungen, die aus einem Motor ausgestoßen wird,
kann abhängig
von der Art des Motors, von der Größe des Motors und/oder von
der Klasse des Motors geregelt sein. Ein Verfahren, welches von
Motorherstellern eingesetzt worden ist, um in Übereinstimmung mit den Regelungen
für Partikelstoffe
zu kommen, die in die Umgebung ausgestoßen werden, ist gewesen, neue
Motoren zu entwickeln, die dynamisch das Kompressionsverhältnis des
Motors anpassen, um Abgasemissionen zu reduzieren, während sie
einen wirkungsvollen Betrieb des Motors in einem Bereich von Betriebszuständen gestatten.
-
Ein
Beispiel einer dynamischen Veränderung des
Kompressionsverhältnisses
eines Motors wird beschrieben im US-Patent 6 247 430 (das '430-Patent), das an Yapici
am 19. Juni 2001 ausgegeben wurde. Das '430- Patent
beschreibt einen Verbrennungsmotor mit einer Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
mit einer Vielzahl von exzentrischen Ringen, die eine Kurbelwelle
umgeben. Die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
weist auch zweiteilige Ringtraglagergehäuse auf, die innerhalb des
Zylinderblockes des Motors aufgehängt sind. Die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung weist
weiter eine einzige zentrale Ringdrehanordnung auf, die die Winkelposition
der exzentrischen Ringe relativ zu den Ringtraglagergehäusen einstellt, um
die Kurbelwelle zu verschieben, wodurch eine obere Totpunktposition
der Kolben, die mit der Kurbelwelle verbunden sind, verändert wird,
um das Kompressionsverhältnis
des Verbrennungsmotors zu variieren.
-
Obwohl
die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
des '430-Patentes
das Kompressionsverhältnis
bzw. Verdichtungsverhältnis
des Verbrennungsmotors verändern
kann, kann sie komplex sein und kann nicht ausreichende Stärke für Anwendungen
mit hoher Leistungsdichte haben. Insbesondere weil das einzelne
zentrale Ringtraggehäuse
aus zwei Teilen ist, können
zusätzliche
Teile, zusätzliche
Herstellungsvorgänge
und Montagevorgänge
erforderlich sein, um einen Motor zu herzustellen, der die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
des '430-Patentes
aufweist. Weil weiter das Ringtraggehäuse aus zwei Teilen ist, kann
das Ringtraggehäuse weniger
geeignet sein, um einer Belastung bei hoher Leistungsdichte Widerstand
zu bieten, als wenn das Ringtraggehäuse ein einziges integrales
Stück wäre.
-
Weil
zusätzlich
die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
des '430-Patentes eine einzige zentrale
Ringdrehanordnung verwendet, kann die Flexibilität der Konstruktion des Verbrennungsmotors eingeschränkt sein.
Insbesondere ist die einzige Ringdrehanordnung groß, um der
Betriebsbelastung Widerstand zu bieten. Die große Größe der einzelnen Ringdrehanordnung
kann offenen Einbauraum innerhalb des Motors verbrauchen, wodurch
der Raum begrenzt wird, der von den benachbarten Systemen oder Komponenten
eingenommen werden kann. Weil die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
des '430-Patentes
eine einzige Ringdrehanordnung verwendet, muss weiterhin die Ringdrehanordnung
mittig angeordnet sein, um die Belastung der Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung
auszugleichen. Diese Anforderung, die Ringdrehanordnung mittig anzuordnen,
begrenzt weiter die Flexibilität
bei der Konstruktion des Verbrennungsmotors, der die Kompressionsverhältniseinstellvorrichtung einsetzt.
-
Der
offenbarte Mechanismus für
ein variables Kompressionsverhältnis
ist darauf gerichtet, eines oder mehrere der oben dargelegten Probleme
zu überwinden.
-
Zusammenfassung
der Erfindung
-
Gemäß einem
Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf einen Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis für einen
Verbrennungsmotor gerichtet, der einen Motorblock und eine Kurbelwelle
hat. Der Mechanismus für
ein variables Kompressionsverhältnis
weist eine Vielzahl von exzentrischen Scheiben auf, die konfiguriert
sind, um die Kurbelwelle zu tragen. Jede der Vielzahl von exzentrischen
Scheiben hat mindestens einen zylindrischen Teil, der ringförmig vom
Motorblock umgeben wird. Der Mechanismus für ein variables Kompressionsverhältnis weist
auch mindestens eine Betätigungsvorrichtung
auf, die konfiguriert ist, um die Vielzahl von exzentrischen Scheiben
zu drehen.
-
Gemäß einem
weiteren Aspekt ist die vorliegende Offenbarung auf ein Verfahren
zur Veränderung
eines Kompressionsverhältnisses
eines Verbrennungsmotors mit einem Motorblock und einer Kurbelwelle
gerichtet. Das Verfahren weist auf, die Kurbelwelle mit einer Vielzahl
von exzentrischen Scheiben zu tragen, die jeweils mindestens einen
zylindrischen Teil besitzen, der ringförmig von dem Motorblock umgeben
wird und von diesem getragen wird. Das Verfahren weist auch auf,
die Vielzahl von exzentrischen Scheiben zu drehen.
-
Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
-
1 ist
eine aufgeschnittene Ansicht einer Darstellung eines beispielhaften
offenbarten Verbrennungsmotors;
-
2 ist
eine Explosionsansicht einer Darstellung einer beispielhaften offenbarten
Anordnung aus exzentrischen Ringen und einer Kurbelwelle für den Verbrennungsmotor
der 1;
-
3 ist
eine Schnittansicht einer Darstellung eines Mechanismus für ein variables
Kompressionsverhältnis
für den
Verbrennungsmotor nach Anspruch 1; und
-
4 ist
eine diagrammartige Darstellung des hydraulischen Flusses für den Mechanismus
der 3 für
ein variables Kompressionsverhältnis.
-
Detaillierte
Beschreibung
-
Ein
beispielhafter Verbrennungsmotor 10 ist in 1 veranschaulicht.
Der Verbrennungsmotor 10 ist als ein Dieselmotor abgebildet
und wird als solcher beschrieben. Jedoch wird in Betracht gezogen,
dass der Verbrennungsmotor 10 irgendeine andere Art eines
Verbrennungsmotors sein kann, wie beispielsweise ein Benzin- oder
Erdgasmotor. Der Verbrennungsmotor 10 kann einen Motorblock 12,
eine Vielzahl von Kolbenanordnungen 14, die schwenkbar
mit einer Kurbelwelle 16 verbunden sind, und einen Mechanismus 18 für ein variables
Kompressionsverhältnis
aufweisen.
-
Der
Motorblock 12 kann ein zentrales Strukturglied sein, welches
eine Vielzahl von Zylindern 20 definiert. Eine der Kolbenanordnungen 14 kann
verschiebbar innerhalb jedes Zylinders 20 angeordnet sein.
Es wird in Betracht gezogen, dass der Verbrennungsmotor 10 eine
Anzahl von Zylindern 20 aufweisen kann, und dass die Zylinder 20 in
einer "Reihen-Konfiguration", in einer "V-Konfiguration" oder in irgendeiner
anderen herkömmlichen
Konfiguration angeordnet sein können.
-
Jede
Kolbenanordnung 14 kann konfiguriert sein, um sich zwischen
einer unteren Totpunktposition (BDC = bottom dead center) oder einer
untersten Position innerhalb des Zylinders 20 und einer
oberen Totpunktposition (TDC = top dead center) oder obersten Position
innerhalb des Zylinders 20 hin und her zu bewegen. Insbesondere
kann jede Kolbenanordnung 14 eine Kolbenkrone bzw. einen
Kolbenkopf 22 aufweisen, der schwenkbar mit einer Verbindungsstange
bzw. Pleuelstange 24 verbunden ist, die wiederum schwenkbar
mit der Kurbelwelle 16 verbunden ist. Die Kurbelwelle 16 des
Verbrennungsmotors 10 kann drehbar innerhalb des Motorblocks 12 angeordnet sein,
und jede Kolbenanordnung 14 kann mit der Kurbelwelle 16 gekoppelt
sein, so dass eine Gleitbewegung von jeder Kolbenanordnung 14 innerhalb
jedes Zylinders 20 eine Drehung der Kurbelwelle 16 zur Folge
hat. In ähnlicher
Weise kann eine Drehung der Kurbelwelle 16 eine Gleitbewegung
der Kolbenanordnungen 14 zur Folge haben. Wenn sich die
Kurbelwelle 16 um 180° dreht,
bewegen sich der Kolbenkopf 22 und die damit verbundene
Verbindungsstange 24 über
einen vollen Hub zwischen dem unteren Totpunkt und dem oberen Totpunkt.
Der Verbrennungsmotor 10 kann ein Vier-Takt-Motor sein,
wobei ein vollständiger
Zyklus einen Einlasshub (oberer Totpunkt bis zum unteren Totpunkt),
einen Kompressionshub bzw. Verdichtungshub (unterer Totpunkt bis zum
oberen Totpunkt), einen Leistungshub (oberer Totpunkt bis zum unteren
Totpunkt) und einen Auslasshub (unterer Totpunkt bis zum oberen
Totpunkt) aufweist. Es wird auch in Betracht gezogen, dass der Verbrennungsmotor 10 alternativ
ein Zwei-Takt-Motor sein kann, wobei ein vollständiger Zyklus einen Kompression/Auslasshub
(unterer Totpunkt bis zum oberen Totpunkt) und einen Leistung/Auslass/Einlasshub
(oberer Totpunkt bis zum unteren Totpunkt) aufweist.
-
Der
Mechanismus 18 für
ein variables Kompressionsverhältnis
kann zahlreiche Komponenten aufweisen, die zusammenarbeiten, um
eine radiale Translation der Kurbelwelle 16 zu bewirken.
Insbesondere kann der Mechanismus 18 für ein variables Kompressionsverhältnis eine
Vielzahl von exzentrischen Scheiben 26 aufweisen, die miteinander
durch eine Verbindungsstruktur 28 verbunden sind, und eine
Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 30,
die mit jeder exzentrischen Scheibe 26 assoziiert ist.
-
Wie
in 2 veranschaulicht, kann jede exzentrische Scheibe
eine erste Hälfte 26a und
eine zweite Hälfte 26b aufweisen,
die, wenn sie zusammengebaut sind, ein Kurbelwellentraglager 34 umschließen. Die
zweite Hälfte 26b kann
einen oder mehrere pressgepasste Passstifte 36 aufweisen,
die konfiguriert sind, um die erste Hälfte 26a mit der zweiten
Hälfte 26b während der
Montage auszurichten. Die Passstifte 36 können relativ
zu (nicht gezeigten) Bohrungen in der ersten Hälfte 26a Gleittoleranzen
aufweisen, um die Montage der exzentrischen Scheibe 26 zu
erleichtern. Es wird in Betracht gezogen, dass die Passstifte alternativ
in die erste Hälfte 26a pressgepasst
sein können,
und in die zweite Hälfte 26b gleitend
eingepasst werden können,
in beiden Hälften
pressgepasst werden können
oder in beide Hälften
gleitgepasst werden können,
falls erwünscht.
Wie in der Querschnittsansicht der 3 veranschaulicht,
können
ein oder mehrere Befestigungsmittel 39 auch in jeder exzentrischen
Scheibe 26 vorgesehen sein, um die erste Hälfte 26a an
der zweiten Hälfte 26b zu
halten.
-
Jede
der exzentrischen Scheiben 26 kann zwei entgegengesetzte
zylindrische Teile 38a, 38b aufweisen (siehe 2),
die vollständig
von dem Motorblock 12 umgeben werden und getragen werden. Ein
Kanal 40 kann zwischen den zwei gegenüberliegenden zylindrischen
Teilen 38a, 38b auf einem Teil des äußeren Umfangs
von jeder exzentrischen Scheibe 26 angeordnet sein, um
ein Spiel für
die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 30 vorzusehen.
-
Wie
in 3 veranschaulicht, können die Kurbelwellentraglager 34 konfiguriert
sein, um Schmieröl
während
des Betriebs des Verbrennungsmotors 10 aufzunehmen. Insbesondere
kann eine Bohrung 42 innerhalb der ersten Hälfte 26a von
jeder exzentrischen Scheibe 26 strömungsmittelmäßig eine
Sammelleitung 44 mit jedem Kurbelwellentraglager 34 mittels
Strömungsmitteldurchlasswegen 46 und 48 verbinden.
Zusätzlich
kann eine Schmierung für
die Schnittstelle zwischen den exzentrischen Scheiben 26 und
dem Motorblock 12 mittels Schmiereanschlüssen 50 und 52 vorgesehen
sein, die mit den Strömungsmitteldurchlasswegen 46 und 48 verbunden
sind. Weiterhin kann eine Schmierung, die über die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 30 heraus
leckt, die Schnittstelle zwischen den exzentrischen Scheiben 26 und
dem Motorblock 12 schmieren dürfen. Es wird in Betracht gezogen,
dass zusätzliche
oder andere Schmierdurchlässe
in dem Mechanismus 18 für
ein variables Kompressionsverhältnis vorgesehen
sein können,
um die exzentrischen Scheiben 26, die Kurbelwellentraglager 34 oder
irgendeine andere Komponente oder irgendein anderes System des Verbrennungsmotors 10 zu
schmieren.
-
Die
Drehung der exzentrischen Scheiben 26 kann bewirken, dass
die Kurbelwelle 16 sich radial geradlinig bewegt und daher
ein Kompressionsverhältnis
des Verbrennungsmotors 10 verändert. Insbesondere haben die
exzentrischen Scheiben 26 eine gemeinsame Rotationsachse 54,
während
die Kurbelwelle 16 eine Rotationsachse 56 haben
kann, die radial von der gemeinsamen Rotationsachse 54 entfernt
ist. Wenn die exzentrischen Scheiben 26 um eine gemeinsame
Drehachse 54 gedreht werden, kann sich die Position der
Rotationsachse bzw. Drehachse 56 beispielsweise von der
in 3 veranschaulichten Position "B" über einen
Bogen zur Position "A" bewegen. Eine Distanz "d" ist die vertikale Translation der Kurbelwelle 16.
Diese vertikale Translation bzw. geradlinige Bewegung vergrößert die
Positionen des unteren Totpunktes und des oberen Totpunktes der
Kolbenanordnungen 14 um eine Größe "d" relativ
zum Motorblock 12, wenn sie sich aus der Position "B" zur Position "A" bewegt,
wodurch ein "Druckvolumen" reduziert wird,
das mit jedem Kolben assoziiert ist (wobei das "Druckvolumen" vergrößert wird, wenn man sich von
der Position "A" zur Position "B" bewegt). Weil das Verdrängungsvolumen
der Kolbenanordnungen 14 innerhalb der Zylinder 20 das
gleiche bleibt, und weil das Druckvolumen reduziert wird, wenn die
Kurbelwelle 16 sich aus der Position "B" in
die Position "A" bewegt, wird das Kompressionsverhältnis vergrößert (verringert,
wenn man sich von der Position "A" zur Position "B" bewegt).
-
Die
Verbindungsstruktur 28 (siehe 2) kann
jede exzentrischen Scheibe 26 mit mindestens einer anderen
exzentrischen Scheibe 26 verbinden, um eine simultane ungleichmäßige Drehung
von jeder exzentrischen Scheibe 26 sicher zu stellen, und um
Drehmomentbelastungen zu verteilen. Insbesondere wenn eine exzentrische
Scheibe 26 zu einem anderen Zeitpunkt gedreht wurde oder
um eine andere Größe gedreht
wurde als die andere exzentrischen Scheibe, könnten möglicherweise schädigende Drehmomentbelastungen
erzeugt werden und durch die Kurbelwelle 16 ungleichmäßig verteilt
werden.
-
Wie
ebenfalls in 3 veranschaulicht, kann die
Betätigungsvorrichtung 30 einen
Kolben 58 aufweisen, der axial mit einem Zylinder 60 ausgerichtet ist
und innerhalb diesem angeordnet ist, der innerhalb des Zylinderblockes 12 ausgeformt
ist. Eine Kolbenstange 62 kann schwenkbar jeden Kolben 58 mit einer
exzentrischen Scheibe 26 verbinden. Der Kolben 58 kann
weiter zwei gegenüber
liegende hydraulische Oberflächen
aufweisen, die selektiv einer Unausgeglichenheit der Kraft ausgesetzt
sind, die durch den Strömungsmitteldruck
erzeugt wird. Diese Unausgeglichenheit der Kraft auf den beiden
Oberflächen
kann bewirken, dass die Betätigungsvorrichtung 30 sich
axial bewegt und die assoziierte exzentrische Scheibe 26 zur
Drehung zwingt. Beispielsweise kann die Tatsache, dass eine Kraft,
die auf eine erste hydraulische Oberfläche 64 wirkt, die
größer als eine
Kraft ist, die auf eine zweite entgegengesetzte hydraulische Oberfläche 66 wirkt,
bewirken, dass der Kolben 58 sich nach unten relativ zum
Motorblock 12 verschiebt, was die assoziierte exzentrische
Scheibe dazu zwingt, sich in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn
zu drehen, wodurch die Drehachse 56 zur Position "A" hin bewegt wird. Wenn in ähnlicher
Weise eine Kraft, die auf die zweite hydraulische Oberfläche 66 wirkt,
größer als
eine Kraft ist, die auf die erste hydraulische Oberfläche 64 wirkt,
kann sich der Kolben 58 nach oben innerhalb des Zylinders 60 zurückziehen,
was die assoziierte exzentrische Scheibe 26 dazu zwingt,
sich in einer Richtung im Uhrzeigersinn zu drehen, wodurch die Rotationsachse
bzw. Drehachse 56 zur Position "B" hin
bewegt wird. Ein Dichtungsglied 68, wie beispielsweise
ein O-Ring, kann mit dem Kolben verbunden sein, um einen Strömungsmittelfluss
zwischen einer Innenwand des Zylinders 60 und einer äußeren zylindrischen
Oberfläche
des Kolbens 58 einzuschränken. Wie in 4 veranschaulicht,
kann die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 30 ein
Teil eines Hydrauliksystems 70 mit einer Vielzahl von Strömungsmittelkomponenten
sein, die zusammenarbeiten, um die Betätigungsvorrichtungen 30 zu
bewegen. Insbesondere kann das Hydrauliksystem 70 einen
Tank 72 aufweisen, der eine Strömungsmittelversorgung enthält, und eine
Quelle 74, die konfiguriert ist, um das Strömungsmittel
unter Druck zu setzen und das unter Druck gesetzte Strömungsmittel
zu allen Betätigungsvorrichtung 30 durch
ein gemeinsames Zumessventil 76 zu leiten. Das Hydrauliksystem 70 kann
auch ein (nicht gezeigtes) Steuersystem in Verbindung mit der Quelle 74 und
dem Zumessventil 76 aufweisen. Es wird in Betracht gezogen,
dass das Hydrauliksystem 70 zusätzliche und/oder andere Komponenten
aufweisen kann, wie beispielsweise Akkumulatoren, einschränkende Zumessöffnungen, Nachfüllventile,
Druckausgleichdurchgangswege und andere in der Technik bekannte
Komponenten.
-
Der
Tank 72 kann ein Reservoir bilden, dass konfiguriert ist,
um eine Strömungsmittelversorgung zu
enthalten. Das Strömungsmittel
kann beispielsweise ein extra dafür vorgesehenes Hydrauliköl, ein Motorschmieröl, ein Getriebeschmieröl oder irgendein
anderes in der Technik bekanntes Strömungsmittel aufweisen. Ein
oder mehrere Hydrauliksysteme innerhalb des Verbrennungsmotors 10 können Strömungsmittel
aus dem Tank 72 herausziehen und Strömungsmittel dorthin zurückleiten.
Es wird auch in Betracht gezogen, dass das Hydrauliksystem 70 mit
mehreren getrennten Strömungsmitteltanks verbunden
sein kann.
-
Die
Quelle 74 kann mit dem Tank 72 durch einen Strömungsmitteldurchlassweg 78 verbunden sein,
und kann konfiguriert sein, um das Strömungsmittel vom Tank 72 unter
Druck zu setzen. Die Quelle 74 kann eine Pumpe aufweisen,
wie beispielsweise eine Pumpe mit variabler Verdrängung, eine
Pumpe mit fester Verdrängung
oder irgendeine andere Quelle für
unter Druck gesetztes Strömungsmittel,
die in der Technik bekannt ist. Die Quelle 30 kann treibend mit
dem Verbrennungsmotor 10 beispielsweise durch eine Gegenwelle
bzw. Keilwelle 77, durch einen (nicht gezeigten) Riemen,
durch eine (nicht gezeigte) elektrische Schaltung oder in irgendeiner
anderen geeigneten Weise verbunden sein. Alternativ kann die Quelle 74 indirekt
mit dem Verbrennungsmotor 10 über einen Drehmomentwandler,
einen Getriebekasten bzw. ein Getriebegehäuse oder in irgendeiner anderen
geeigneten Weise verbunden sein. Es wird in Betracht gezogen, dass
mehrfache Quellen von unter Druck gesetztem Strömungsmittel angeschlossen sein
können,
um unter Druck gesetztes Strömungsmittel
an das Hydrauliksystem 70 zu liefern. Ein Druckentlastungsventil 80 kann
zwischen einem Einlass der Quelle 74 und einem Auslass
der Quelle 74 angeordnet sein, um einen vorbestimmten Druck in
dem Strömungsmittel
aufrecht zu erhalten, das an die Betätigungsvorrichtungen 30 geliefert
wird.
-
Das
Zumessventil 76 kann auch dahingehend wirken, dass es selektiv
unter Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Quelle 74 zu den Betätigungsvorrichtungen 30 zumisst
und gestattet, dass Strömungsmittel
von der Betätigungsvorrichtung 30 zum
Tank 72 abläuft.
Insbesondere kann das Zumessventil 76 in Strömungsmittelverbindung
mit der Quelle 74 über
einen Strömungsmitteldurchlassweg 82 und
mit dem Tank 72 über
die Strömungsmitteldurchlasswege 84 und 86 sein.
Das Zumessventil 76 kann einen federvorgespannten Ventilmechanismus 87 aufweisen,
der elektromagnetbetätigt
ist und konfiguriert ist, um sich zwischen einer ersten Position,
in der unter Druck gesetztes Strömungsmittel
von der Quelle 74 gegen die erste Oberfläche 64 des
Kolbens 58 wirken darf, und einer zweiten Position zu bewegen,
in der das unter Druck gesetzte Strömungsmittel von der Quelle 74 gegen
die entgegengesetzte zweite Oberfläche 66 des Kolbens 58 wirken
darf. Wenn der Ventilmechanismus 87 in der ersten Position
ist, wird gestattet, dass gleichzeitig Strömungsmittel weg von der zweiten
Oberfläche 66 zum
Tank 72 abläuft, wodurch
die Unausgeglichenheit der Kraft auf den Kolben 58 erzeugt
wird, die bewirkt, dass die Betätigungsvorrichtung 30 sich
relativ zum Zylinder 60 ausdehnt. Wenn der Ventilmechanismus 87 in
der zweiten Position ist, darf Strömungsmittel gleichzeitig weg von
der ersten Oberfläche 64 zum
Tank 72 ablaufen, wodurch eine Unausgeglichenheit der Kraft
auf dem Kolben 58 erzeugt wird, die bewirkt, dass die Betätigungsvorrichtung 30 sich
in dem Zylinder 60 zurückzieht.
Ein Rückschlagventil 88 kann
zwischen der Quelle 74 und dem Zumessventil 76 angeordnet
sein, um einen Strömungsmittelfluss
in einer Richtung sicher zu stellen. Es wird in Betracht gezogen,
dass das Zumessventil 76 alternativ hydraulisch betätigt, mechanisch
betätigt,
pneumatisch betätigt
oder in irgendeiner anderen geeigneten Weise betätigt sein kann. Es wird weiter
in Betracht gezogen, dass das Zumessventil 76 nicht vorhanden
sein kann, falls erwünscht,
und das unabhängige
Zumessventil alternativ zum Auffüllen
und zum Ablassen verwendet werden können, falls erwünscht.
-
Ein
Schublager bzw. Axiallager 32 kann innerhalb einer mittleren
Scheibe der exzentrischen Scheiben 26 angeordnet sein und
konfiguriert sein, um mit der Kurbelwelle 16 in Eingriff
zu kommen (siehe 2). Das Axiallager 32 kann
die axiale Bewegung der Kurbelwelle 16 begrenzen, indem
es die Kurbelwelle 16 mit dem Mechanismus 18 für ein variables
Kompressionsverhältnis
verbindet. Es wird in Betracht gezogen, dass zusätzliche Axiallager 32 innerhalb
des Verbrennungsmotors 10 vorgesehen sein können und/oder,
dass das Axiallager 32 in einer der exzentrischen Scheiben 26 angeordnet
sein kann, die nicht zentral gelegen ist. Es wird weiter in Betracht
gezogen, dass das Axiallager 32 nicht vorhanden sein kann,
falls erwünscht,
und dass andere Mittel zur Minimierung der axialen Bewegung der Kurbelwelle 16 vorgesehen
sind.
-
Industrielle
Anwendbarkeit
-
Der
offenbarte Mechanismus für
ein variables Kompressionsverhältnis
kann auf irgendeinen Verbrennungsmotor anwendbar sein, wo die dynamische
Veränderung
eines Kompressionsverhältnisses des
Verbrennungsmotors erwünscht
ist. Zusätzlich dazu,
dass das Kompressionsverhältnis
Abgasemissionen beeinflusst, kann das Kompressionsverhältnis auch
andere Motorleistungsfaktoren beeinflussen, wie beispielsweise die
Startfähigkeit,
den Brennstoffverbrauch und andere in der Technik bekannte Leistungsfaktoren.
-
Die
Fähigkeit,
dynamisch das Kompressionsverhältnis
eines Motors zu variieren, kann einen optimierten Betrieb des Motors
in einer Vielzahl von Umgebungsbedingungen und Betriebssituationen
erleichtern. Der Betrieb des Verbrennungsmotors 10 wird
nun erklärt.
-
Während eines
Kompressionshubes des Verbrennungsmotors 10 kann eine Luft-Brennstoff-Mischung
in einem "Druckvolumen" in Vorbereitung
für eine
Zündung
komprimiert werden, was den Leistungshub beginnt, wenn die Kolbenanordnung 14 sich
innerhalb des Zylinders 20 zwischen der unteren Totpunktposition
und der oberen Totpunktposition bewegt. Das verdrängte Volumen
(Fläche
des Kolbens multipliziert mit dem Hub des Kolbens) geteilt durch
das "Druckvolumen" ist dem Kompressionsverhältnis des
Motors äquivalent.
Höhere
Kompressionsverhältnisse
können
eine leichtere Zündung
der Brennstoff-Luft-Mischung bei kälteren Temperaturen gestatten,
während
ein niedrigeres Kompressionsverhältnis
bzw. Verdichtungsverhältnis niedrigere
Zylinderdrücke
bei hohen Belastungen gestatten kann. Eine Ausgeglichenheit der
Kompressionsverhältnisse,
des Brennstoff-Luft-Verhältnisses, des
Zündungszeitpunktes
und von anderen Motorparametern kann die Abgasemissionssteuerung
und einen optimierten Brennstoffverbrauch erleichtern.
-
Das
Kompressionsverhältnis
des Verbrennungsmotors 10 kann verändert werden durch Leiten von
unter Druck gesetztem Strömungsmittel
zu Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen 30 (4). Eine
Unausgeglichenheit der Kraft auf dem Kolben 58 der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen 30 kann
bewirken, dass die Strömungsmittelbetätigungsvorrichtung 30 sich
relativ zum Zylinder 60 entweder ausdehnt oder zurückzieht,
was einer Drehung der exzentrischen Scheiben 26 entweder
im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zur Folge hat. Wenn
die exzentrischen Scheiben 26 in einer Richtung im Uhrzeigersinn
gedreht werden, kann die Drehachse bzw. Rotationsachse 56 der
Kurbelwelle 16 sich zur Position "A" geradlinig
bewegen (siehe 4), wodurch das "Druckvolumen" der Kolbenanordnungen
verringert wird und ein Kompressionsverhältnis bzw. Verdichtungsverhältnis des
Verbrennungsmotors 10 vergrößert wird. Wenn die exzentrischen
Scheiben 26 in einer Richtung im Uhrzeigersinn gedreht
werden, kann die Drehachse 56 der Kurbelwelle 16 sich
geradlinig zur Position "B" bewegen, wodurch
das "Druckvolumen" der Kolbenanordnungen 14 vergrößert wird
und ein Kompressionsverhältnis
des Verbrennungsmotors 10 verringert wird. Es wird in Betracht
gezogen, dass eine Drehung der exzentrischen Scheibe 26 im
Uhrzeigersinn alternativ eine Steigerung des Kompressionsverhältnisses
des Verbrennungsmotors 10 zur Folge haben kann, und dass
eine Drehung der exzentrischen Scheiben 26 gegen den Uhrzeigersinn
ein Kompressionsverhältnis
des Verbrennungsmotors 10 verringern kann.
-
Weil
alle exzentrischen Scheiben 26 vollständig von dem Motorblock 12 umgeben
werden und getragen werden, hat der Mechanismus 18 für ein variables
Kompressionsverhältnis
ausreichende Festigkeit für
Anwendungen mit hoher Leistungsdichte. Weil weiterhin der Teil des
Motorblocks 12, der die exzentrischen Scheiben 26 trägt, ein
einziges integriertes Teil ist und nicht ein mehrteiliges Gehäuse, wird
die Anzahl der Teile reduziert, die erforderlich ist, um einen Motor
mit dem Mechanismus 18 für ein variables Kompressionsverhältnis herzustellen,
und die Herstellungsprozesse und Montageprozesse, die zur Herstellung
des Verbrennungsmotors 10 erforderlich sind, werden vereinfacht.
-
Weil
der Mechanismus 18 für
ein variables Kompressionsverhältnis
eine getrennte Betätigungsvorrichtung
für jede
exzentrische Scheibe aufweist, und nicht eine große mittig
angeordnete Betätigungsvorrichtung,
ist der Raum innerhalb des Verbrennungsmotors 10 offen
und für
andere Motorsysteme verfügbar.
Dieser offene verfügbare
Raum innerhalb des Verbrennungsmotors 10 steigert die Flexibilität bei der
Konstruktion, die mit den anderen Motorsystemen assoziiert ist.
Weil weiterhin der Mechanismus 18 für ein variables Kompressionsverhältnis mehrere Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen 30 verwendet,
ist eine unbegrenzte Anzahl von ausbalancierten Stellen zur Anordnung
der Strömungsmittelbetätigungsvorrichtungen 30 verfügbar, wodurch
weiter die Flexibilität
der Konstruktion des Verbrennungsmotors 10 vergrößert wird,
der den Mechanismus 18 für ein variables Kompressionsverhältnis einsetzt.
-
Es
wird dem Fachmann offensichtlich sein, dass verschiedene Modifikationen
und Variationen an dem offenbarten Verbrennungsmotor und dem Mechanismus
für ein
variables Kompressionsverhältnis
vorgenommen werden können.
Andere Ausführungsbeispiele
werden dem Fachmann aus einer Betrachtung der Beschreibung und aus
der praktischen Ausführung
des offenbarten Verbrennungsmotors und des Mechanismus für ein variables
Kompressionsverhältnis
offensichtlich werden. Es ist beabsichtigt, dass die Beschreibung
und die Beispiele nur als beispielhaft angesehen werden, wobei ein
wahrer Umfang durch die folgenden Ansprüche und ihre äquivalenten
Ausführungen
gezeigt wird.