DE102011055641B4

DE102011055641B4 - Variables-verdichtungsverhältnis-vorrichtung mit dualen exzentrischen verbindungen

Info

Publication number: DE102011055641B4
Application number: DE102011055641.9A
Authority: DE
Inventors: Yoonsik Woo; Dongseok LEE; Jeichoon Yang; Changho Yang; Eunho LEE; Jinkook Kong; Soohyung Woo
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2011-08-18
Filing date: 2011-11-23
Publication date: 2021-10-28
Anticipated expiration: 2031-11-24
Also published as: CN102953845A; CN102953845B; US8720394B2; DE102011055641A1; KR101210021B1; US20130042837A1; JP2013040607A

Abstract

Eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen, welche in einen Verbrennungsmotor eingebaut ist, die Verbrennungsenergie eines Kraftstoff-Luft-Gemischs über einen Kolben aufnimmt, um eine Kurbelwelle (10) zu drehen, und ein Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs ändert, wobei die VCR-Vorrichtung aufweist:eine Pleuelstange (20), an deren einem Ende ein großer Endabschnitt (22) ausgebildet ist, welcher mit der Kurbelwelle (10) verbunden ist, um ein Drehmoment des Verbrennungsmotors aufzunehmen, und an deren anderem Ende ein kleiner Endabschnitt (21) ausgebildet ist, wobei der kleine Endabschnitt ein darin ausgebildetes Verbindungsloch aufweist,ein Paar von exzentrischen Verbindungen (40), die mit einem Ende davon mit dem Verbindungsloch von beiden Seiten her einander zugewandt verbunden sind und sich integral drehen, undeine Exzenterstange (30), welche mit dem anderen Ende einer der exzentrischen Verbindungen (40) verbunden ist und sich innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs dreht,wobei die eine exzentrische Verbindung (41) aufweist einen Einsetzvorsprung (41a), welcher an dem einen Ende davon ausgebildet ist und in welchem ein Durchgangsloch ausgebildet ist, so dass ein Kolbenbolzen (50) des Kolbens (60) exzentrisch in den Einsetzvorsprung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dassdie Exzenterstange (30) auch mit dem anderen Ende der anderen exzentrischen Verbindung (40) verbunden ist,die andere exzentrische Verbindung (42) aufweist eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen (421), welche an dem einen Ende davon ausgebildet sind, so dass die Befestigungsvorsprünge in die äußere Umfangsfläche des Einsetzvorsprungs (41a) hineinpassen, unddie Exzenterstange (30) und die exzentrischen Verbindungen aufweisen Durchgangslöcher (412, 422), welche an den jeweiligen Enden davon ausgebildet sind, an denen Exzenterstange (30) und exzentrische Verbindungen (40) verbunden sind, und parallel zur Richtung der Kurbelwelle (10) hindurchverlaufen, und wobei ein Aktuator, der den Drehwinkel der Exzenterstange steuert, mittels der Exzenterstange mit den Durchgangslöchern (412, 422) verbunden ist.

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung (VCR für „variable compression ratio“), und genauer eine VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen.
Beschreibung bezogener Technik
Im Allgemeinen steigt der thermische Wirkungsgrad eines (Verbrennungs-)Motors an, wenn das Verdichtungsverhältnis hoch ist. Im Fall eines Motors mit Zündkerze, z.B. eines Ottomotors (im Folgenden Motor genannt), wenn der Zündzeitpunkt auf einen vorbestimmten Wert vorverlegt wird, steigt der thermische Wirkungsgrad davon.
Wenn jedoch bei dem Ottomotor der Zündzeitpunkt bei hohem Verdichtungsverhältnis vorverlegt wird, kann eine abnormale Zündung auftreten und den Motor beschädigen. Darum gibt es eine Höchstgrenze bezüglich der Vorverlegung des Zündzeitpunkts, was zu einer unweigerlichen Leistungsreduzierung führt.
Eine VCR-Vorrichtung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses eines Treibstoff-LuftGemisches in Abhängigkeit von dem Betriebszustand eines Motors.
Die VCR-Vorrichtung erhöht das Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs um die Treibstoffeffizienz zu verbessern, wenn ein Niederlastzustand des Motors vorliegt. Darüber hinaus verringert die VCR-Vorrichtung das Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs um zu verhindern, dass Klopfen auftritt, und um die Motorleistung zu verbessern, wenn ein Hochlastzustand des Motors vorliegt.
Die VCR-Vorrichtung gemäß bezogener Technik weist auf eine Pleuelstange, welche mit einem Kolben verbunden ist und welche die Verbrennungsenergie des Kraftstoff-Luft-Gemischs aufnimmt, eine Bolzenverbindung, welche die Verbrennungsenergie des Kraftstoff-Luft-Gemischs von der Pleuelstange erhält und eine Kurbelwelle antreibt, und eine Steuervorrichtung, welche die Drehspur der Bolzenverbindung in Abhängigkeit von dem Betriebszustand des Motors verändert.
Bei einer VCR-Vorrichtung gemäß bezogener Technik wird das Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs geändert, wenn die Drehspur der Bolzenverbindung geändert wird.
1 zeigt eine VCR-Vorrichtung zur Änderung eines Verdichtungsverhältnisses wie oben beschrieben, welche einer in der US 6 581 552 B2 bzw. in der DE 100 58 206 A1 offenbarten VCR-Vorrichtung ähnelt. Bezug nehmend auf 1 wird ein exzentrisches Bauteil 3 in Bezug auf eine Seitenfläche der Pleuelstange 1 gedreht von einer exzentrischen Steuerverbindung 2, und ein exzentrischer Ring 3a, welcher am kleinen Endabschnitt 1a der Pleuelstange 1 ausgebildet ist, ist exzentrisch ausgebildet. Dementsprechend ändert ein mit dem exzentrischen Ring 3a verbundener Kolbenbolzen die Höhe des Kolbenbolzens durch die Steuerung des exzentrischen Bauteils 3, wodurch das Verdichtungsverhältnis geändert wird.
Bei der bekannten VCR-Vorrichtung wird ein Führungselement 4 an einer Fläche auf einer Seite des exzentrischen Bauteils 3 gebildet, und eine Führungsnut ist mit der Pleuelstange 1 verbunden, so dass sie an das Führungselement 4 angepasst ist. Das heißt, da die VCR-Vorrichtung eine Freitragender-Arm-Struktur hat, innerhalb derer das Führungselement 4 ausgebildet ist, hat die VCR-Vorrichtung ein Problem, dass eine Verdrehung in vertikaler Richtung gegenüber dem Mittelpunkt einer rotierenden Welle auftreten kann während der Drehung um den exzentrischen Ring 3a.
Aus der DE 100 58 206 A1 ist ferner eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bekannt. Aus der nach veröffentlichten DE 10 2010 060 783 A1 ist eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen bekannt, bei der eine Exzenterstange mit Enden beider exzentrischen Verbindungen verbunden ist. Aus der DE 10 2005 055 199 A1 ist eine durch ein Durchgangsloch einer Pleuelstange gehende Verbindung bekannt, die eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen aufweist, so dass die Befestigungsvorsprünge in die äußere Umfangsfläche eines Kopplungselementes hineinpassen.
KURZE ERLÄUTERUNG DER ERFINDUNG
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine VCR-Vorrichtung bereitzustellen, welche eine Struktur hat, welche im Wesentlichen links-rechts-symmetrisch in Bezug auf die Pleuelstange ist.
Diese Aufgabe wird gelöst durch eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche. Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen bereitgestellt, welche in einen Motor eingebaut ist, die Verbrennungsenergie eines Kraftstoff-Luft-Gemischs über einen Kolben aufnimmt, um eine Kurbelwelle zu drehen, und die ein Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs ändert. Die VCR-Vorrichtung weist auf eine Pleuelstange, an deren einem Ende ein großer Endabschnitt ausgebildet ist, welcher mit der Kurbelwelle verbunden ist, um das Drehmoment des Motors aufzunehmen, und an deren anderem Ende ein kleiner Endabschnitt ausgebildet ist, wobei der kleine Endabschnitt ein darin ausgebildetes Verbindungsloch aufweist, ein Paar von exzentrischen Verbindungen, die mit einem Ende davon mit dem Verbindungsloch von beiden Seiten einander zugewandt verbunden sind und die sich integral (als Einheit) drehen, und eine Exzenterstange, welche mit den anderen Enden der exzentrischen Verbindungen verbunden ist und sich innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs dreht. Die Exzenterstange kann ein Paar von Exzenterstangen sein.
Die eine exzentrische Verbindung weist an ihrem einen Ende auf einen Einsetzvorsprung, in welchem ein Durchgangsloch ausgebildet ist, so dass ein Kolbenbolzen des Kolbens exzentrisch in den Einsetzvorsprung eingesetzt ist, und die andere exzentrische Verbindung kann aufweisen eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen, welche an ihrem einen Ende ausgebildet sind, so dass die Befestigungsvorsprünge in die äußere Umfangsfläche des Einsetzvorsprungs hineinpassen.
Die Exzenterstange weist auf ein Durchgangsloch, welches an seinem einen Ende ausgebildet und in Richtung der Welle hindurchverläuft, und einen Aktuator, der den Drehwinkel der Exzenterstange steuert, ist mit dem Durchgangsloch über die Exzenterstange verbunden.
Der Aktuator kann mit der Kurbelwelle durch ein separates, mit dem Durchgangsloch verbundenes Verbindungsteil verbunden sein.
Die Pleuelstange kann aufweisen Vorsprünge, die an beiden Seitenflächen davon ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge entlang der Ränder der jeweiligen Flächen vorstehen.
Gemäß der oben beschriebenen VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen, da die exzentrischen Verbindungen, welche im kleinen Endabschnitt der Pleuelstange angebracht sind, auf beiden Seiten verbunden sind, kann die Last gleichmäßig auf die exzentrischen Verbindungen, den Kolbenbolzen und den kleinen Endabschnitt der Pleuelstange verteilt werden.
Da darüber hinaus ein Führungselement, welches bei einer Freitragender-Arm-Struktur ausgebildet ist, weggelassen werden kann, ist es möglich, einen Einspareffekt zu erzielen.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat andere Eigenschaften und Vorzüge, welche anhand der beigefügten Zeichnungen ersichtlich sind, bzw. genauer erläutert werden. Zusammen mit der „Detaillierten Beschreibung“ dienen sie der Erläuterung bestimmter Prinzipien der vorliegenden Erfindung.
Figurenliste

1 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer VCR-Vorrichtung gemäß bezogener Technik.
2 ist eine perspektivische Zusammenbauansicht einer beispielhaften VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung.
3 ist eine perspektivische Explosionsansicht einer beispielhaften VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß vorliegender Erfindung.

Es ist zu verstehen, dass die beigefügten Zeichnungen nicht zwangsläufig maßstabsgerecht sind und dass sie eine etwas vereinfachte Darstellung der Eigenschaften bilden, die die Grundprinzipien der Erfindung veranschaulichen. Spezifische Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie z.B. spezifische Abmessungen, Ausrichtungen, Positionierungen und Formen, werden teilweise auch durch die geplante Nutzung und Anwendungsumgebung bestimmt.
In den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugszeichen durchgängig gleiche oder ähnliche Teile der vorliegenden Erfindung.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert Bezug genommen auf verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. Beispiele werden durch die beigefügten Zeichnungen und den Text unten erläutert. Auch wenn die Erfindung im Zusammenhang mit beispielhaften Ausführungen erläutert wird, wird damit in keiner Weise die Erfindung auf die Ausführungsbeispiele eingeschränkt. Sondern die Erfindung soll abgesehen von den als Beispiel angeführten Ausführungsformen auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Entsprechungen und andere Ausführungsformen abdecken, insofern innerhalb des von den Ansprüchen definierten Schutzumfangs liegend.
Bezug nehmend auf 2 und 3 weist die VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auf eine Kurbelwelle 10, eine Pleuelstange 20, ein Paar exzentrischer Stangen 30, ein Paar exzentrischer Verbindungen 40 und einen Kolben 60.
Die Kurbelwelle 10 empfängt die Verbrennungsenergie des Kraftstoff-Luft-Gemischs durch die Pleuelstange 20. Die Pleuelstange 20 weist auf zwei Endabschnitte, welche aus einem kleinen Endabschnitt 21 und einem großen Endabschnitt 22 bestehen. Der kleine Endabschnitt 21 ist so ausgebildet, dass er einen kleineren Durchmesser als der große Endabschnitt hat, so dass der Kolben 60 durch einen Kolbenbolzen 50 damit verbunden ist, und der große Endabschnitt 22 ist so ausgebildet, dass er einen größeren Durchmesser als der kleine Endabschnitt hat und mit der Kurbelwelle 10 verbunden ist.
Die Pleuelstange 20 weist auf Vorsprünge 20a, die an ihren beiden Seitenflächen ausgebildet sind. Die Vorsprünge 20a sind so entlang der Ränder der beiden Seitenflächen der Pleuelstange 20 ausgebildet, dass die Ränder vorstehen. Dadurch können die Vorsprünge 20a dazu dienen, die Verdrehung der exzentrischen Verbindungen 40, die unten beschrieben werden, in vertikaler Richtung bezüglich einer rotierenden Welle zu verhindern
Der Kolben 60 bewegt sich vertikal innerhalb eines Zylinders vor und zurück, und eine Brennkammer ist zwischen dem Kolben 60 und dem Zylinder ausgebildet.
Die Kurbelwelle 10 wandelt die Pendelbewegung des Kolbens 60 in eine Drehkraft um, und überträgt die Drehkraft an ein Getriebe. Die Kurbelwelle 10 ist in ein Kurbelgehäuse eingebaut, welches unter dem Zylinder ausgebildet ist.
Der kleine Endabschnitt 21 der Pleuelstange 20 ist mit einem Ende der exzentrischen Verbindung 40 verbunden. Das Paar exzentrischer Verbindungen 40 ist einander gegenüberliegend verbunden, wobei der kleine Endabschnitt 21 zwischen ihnen eingeschoben ist.
Die eine exzentrische Verbindung 41 hat einen Einsetzvorsprung 41a, welcher so daran ausgebildet ist, dass die exzentrische Verbindung eng an der inneren Umfangsfläche des kleinen Endabschnitts 21 anliegt und damit verbunden ist. Da in diesem Fall ein exzentrisches Loch 411 in der Mitte des Einsetzvorsprungs derart ausgebildet ist, dass es sich in Richtung der Welle dorthin durcherstreckt, kann der Kolbenbolzen 50 zum Kuppeln des Kolbens 60 in das exzentrische Loch 411 eingesetzt werden. Das exzentrische Loch 411 ist in einer exzentrischen Form (exzentrischen Position) ausgebildet, so dass die Mitte des Kolbenbolzens 50 von der Mitte eines Einsetzlochs 21 des kleinen Endabschnitts 21 abweicht.
Die andere exzentrische Verbindung 42 hat innen davon eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen 421 angeformt, so dass die Befestigungsvorsprünge 421 so verbunden sind, dass sie die äußere Umfangsfläche des Einsetzvorsprungs 41a umgeben in einem Zustand, in welchem der Einsetzvorsprung 41a durch den kleinen Endabschnitt 21 hindurchverbunden/gekuppelt ist. Die Befestigungsvorsprünge 421 können also zahnradzahnförmig ausgeführt sein, wobei die Zähne jeweils in einem vorbestimmten Abstand zueinander entlang der äußeren Umfangsfläche des Einsetzvorsprungs 41a verteilt sind und in Richtung zum Drehmittelpunkt weisen.
Das Paar exzentrischer Stangen 30 hat jeweils ein Ende verbunden mit dem Paar exzentrischer Verbindungen 40 und Durchgangslöcher 412 und 422, welche jeweils an ihrem anderen Ende ausgebildet sind, und die Durchgangslöcher 412 und 422 gehen durch das Paar exzentrischer Stangen 30 hindurch. Darüber hinaus sind die Durchgangslöcher 412 und 422 der Exzenterstangen 30 verbunden mit einem Aktuator, um die Drehbewegung der exzentrischen Verbindungen 40 durch die Steuerung der Drehung der Exzenterstangen 30 zu steuern. In diesem Fall kann eine getrennte Steuervorrichtung als Aktuator eingebaut sein.
In der oben beschriebenen VCR-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind die exzentrischen Verbindungen 40 im Allgemeinen symmetrisch um den Verbindungsstab 20 eingebaut. Dadurch steigt die Zuverlässigkeit der VCR-Vorrichtung im Hinblick auf den Lastausgleich.
Im Fall der Freitragender-Arm-Struktur, bei welcher die exzentrischen Verbindungen 40 in Bezug auf die eine Seitenfläche der Pleuelstange 20 gedreht werden, sollte eine Führungsvorrichtung getrennt eingebaut werden. Da jedoch, wie oben beschrieben, die exzentrischen Verbindungen 40 an beiden Seitenflächen gedreht werden, kann das Führungselement weggelassen werden. Dadurch ist es möglich, einen Einspareffekt zu erzielen.
Um die Erklärung zu vereinfachen und eine genaue Definition in den beigefügten Ansprüchen zu ermöglichen, werden die Begriffe „über“, „unter“, etc. verwendet, um Elemente der beispielhaften Ausführung zu bezeichnen mit Bezug auf die Positionierung dieser Elemente wie in den Zeichnungen dargestellt.

Claims

Eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung mit dualen exzentrischen Verbindungen, welche in einen Verbrennungsmotor eingebaut ist, die Verbrennungsenergie eines Kraftstoff-Luft-Gemischs über einen Kolben aufnimmt, um eine Kurbelwelle (10) zu drehen, und ein Verdichtungsverhältnis des Kraftstoff-Luft-Gemischs ändert, wobei die VCR-Vorrichtung aufweist: eine Pleuelstange (20), an deren einem Ende ein großer Endabschnitt (22) ausgebildet ist, welcher mit der Kurbelwelle (10) verbunden ist, um ein Drehmoment des Verbrennungsmotors aufzunehmen, und an deren anderem Ende ein kleiner Endabschnitt (21) ausgebildet ist, wobei der kleine Endabschnitt ein darin ausgebildetes Verbindungsloch aufweist, ein Paar von exzentrischen Verbindungen (40), die mit einem Ende davon mit dem Verbindungsloch von beiden Seiten her einander zugewandt verbunden sind und sich integral drehen, und eine Exzenterstange (30), welche mit dem anderen Ende einer der exzentrischen Verbindungen (40) verbunden ist und sich innerhalb eines vorbestimmten Winkelbereichs dreht, wobei die eine exzentrische Verbindung (41) aufweist einen Einsetzvorsprung (41a), welcher an dem einen Ende davon ausgebildet ist und in welchem ein Durchgangsloch ausgebildet ist, so dass ein Kolbenbolzen (50) des Kolbens (60) exzentrisch in den Einsetzvorsprung eingesetzt ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Exzenterstange (30) auch mit dem anderen Ende der anderen exzentrischen Verbindung (40) verbunden ist, die andere exzentrische Verbindung (42) aufweist eine Mehrzahl von Befestigungsvorsprüngen (421), welche an dem einen Ende davon ausgebildet sind, so dass die Befestigungsvorsprünge in die äußere Umfangsfläche des Einsetzvorsprungs (41a) hineinpassen, und die Exzenterstange (30) und die exzentrischen Verbindungen aufweisen Durchgangslöcher (412, 422), welche an den jeweiligen Enden davon ausgebildet sind, an denen Exzenterstange (30) und exzentrische Verbindungen (40) verbunden sind, und parallel zur Richtung der Kurbelwelle (10) hindurchverlaufen, und wobei ein Aktuator, der den Drehwinkel der Exzenterstange steuert, mittels der Exzenterstange mit den Durchgangslöchern (412, 422) verbunden ist.
Die VCR-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei der Aktuator mit der Kurbelwelle (10) durch ein separates, mittels der Exzenterstange (30) mit den Durchgangslöchern (412, 422) verbundenes Verbindungsteil (D) verbunden ist.
Die VCR-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Pleuelstange Vorsprünge (20a) aufweist, die an ihren beiden Seitenflächen ausgebildet sind, wobei die Vorsprünge (20a) entlang der Ränder der jeweiligen Seitenflächen vorstehen.
Die VCR-Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei die Exzenterstange (30) ein Paar exzentrischer Stangen (31, 32) ist.