DE102014110964B4

DE102014110964B4 - Variables-Kompressionsverhältnis-Vorrichtung

Info

Publication number: DE102014110964B4
Application number: DE102014110964.3A
Authority: DE
Inventors: Won Gyu Kim; Myungsik Choi
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-10-30
Filing date: 2014-08-01
Publication date: 2023-08-17
Anticipated expiration: 2034-08-02
Also published as: CN104595042A; US9441539B2; CN104595042B; US20150114356A1; KR101510335B1; DE102014110964A1

Abstract

Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung, welche ein Volumen einer Verbrennungskammer (20) ändert durch eine Betätigung eines Kolbens (30), welcher konfiguriert ist, um sich gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors in einem Raum hin und her zubewegen, welcher mit einem Inneren der Verbrennungskammer (20) kommuniziert, wobei die Vorrichtung aufweist eine Betätigungseinheit (40), welche durch Hydraulikdruck betrieben ist, um den Kolben (30) hin und her zu bewegen,ein Ölsteuerventil (50), welches den Hydraulikdruck steuert, der der Betätigungseinheit (40) zugeführt wird,eine Ölzuführeinheit, welche Öl speichert, welches der Betätigungseinheit (40) über das Ölsteuerventil (50) zugeführt wird, und welche das gespeicherte Öl zu dem Ölsteuerventil (50) übermittelt,einen Aktuator, welcher das Ölsteuerventil (50) betätigt, undeine Steuervorrichtung (100), welche mit dem Aktuator verbunden ist, um den Aktuator gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern,wobei die Betätigungseinheit (40) aufweisteinen Hydraulikdruckzylinder (41), welcher in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet ist, von welcher eine Endfläche und die andere Endfläche davon geschlossen sind,einen Steuerkolben (42), welcher entlang einer Längsrichtung des Hydraulikdruckzylinders (41) in einem Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders (41) hin und her bewegbar ist, undeine Betätigungsstange (44), welche durch wenigstens eine von der einen Endfläche und der anderen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders (41) hindurch passiert und den Steuerkolben (42) mit dem Kolben (30) verbindet,wobei die Betätigungsstange (44) sich zusammen mit dem Steuerkolben (42) und dem Kolben (30) integral bewegt, undwobei der Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders (41) von dem Steuerkolben (42) in eine erste Kammer (46) und eine zweite Kammer (48) unterteilt ist,dadurch gekennzeichnet, dassdas Ölsteuerventil (50) aufweist einen Ventilkörper (51), welcher mit einer Mehrzahl von Anschlüssen (SP, IP1, IP2, OP) und einem Ventilschieber (52) bereitgestellt ist, welcher in den Ventilkörper (51) eingesetzt ist, um entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers (51) verlagerbar zu sein,der Ventilschieber (52) aufweist:zwei Ringbünde (L1 und L2), welche in einen Innenabschnitt des Ventilkörpers (51) eingebaut sind, undeinen Ventilschieberschaft (54), welcher ausgebildet ist, um wesentlich dünner zu sein als die beiden Ringbünde (L1, L2), und welcher die beiden Ringbünde miteinander verbindet,die Mehrzahl von Anschlüssen jeweilig geschlossen werden durch einen von den beiden Ringbünden (L1, L2) oder jeweilig geöffnet werden durch Kommunizieren mit einem Raum, in welchem der Ventilschieberschaft (54) angeordnet ist,die Mehrzahl an Anschlüssen aufweisen:einen Zuführanschluss (SP), welcher stets geöffnet ist und welcher mit der Ölzuführeinheit kommuniziert, um Öl von der Ölzuführeinheit zu erhalten,einen Auslassanschluss (OP), welcher stets geöffnet ist und welcher ausgebildet ist, um das Öl aus dem Ventilkörper (51) herausströmen zu lassen, undeinen ersten Einlassanschluss (IP1), welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den einen der beiden Ringbünde (L1, L2) und welcher mit der ersten Kammer (46) kommuniziert, um das Öl von der ersten Kammer (46) in den Ventilkörper (51) strömen zu lassen, undeinen zweiten Eingangsanschluss (IP2), welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den anderen der beiden Ringbünde (L1, L2) und welcher mit der zweiten Kammer (48) kommuniziert, um das Öl von der zweiten Kammer (48) in den Ventilkörper (51) strömen zu lassen,eine Hydraulikdruckleitung (75), welche mit dem Auslassanschluss (OP) verbunden ist, in zwei Hydraulikdruckleitungen (76, 78) abgezweigt ist, unddie beiden abgezweigten Hydraulikdruckleitungen (76, 78) jeweilig mit einer Hydraulikdruckleitung (72), welche die erste Kammer (46) mit dem ersten Einlassanschluss (IP1) verbindet, und einer Hydraulikdruckleitung (74), welche die zweite Kammer (48) mit dem zweiten Einlassanschluss (IP2) verbindet, verbunden sind.

Description

Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung, welche ein Volumen einer Verbrennungskammer derart ändert, dass ein Verdichtungsverhältnis variiert wird.
Beschreibung bezogener Technik
Im Allgemeinen wird die thermische Effizienz eines Verbrennungsmotors vergrößert, wenn ein Verdichtungsverhältnis größer ist. Das Verdichtungsverhältnis ist ein Verhältnis eines Volumens eines Gases, welches in einen Zylinder strömt und welches von einem Kolben verdichtet wird, und wird repräsentiert durch „Zylindervolumen/Verbrennungskammervolumen am oberen Totpunkt eines Kolbens“. Das heißt, wenn der obere Totpunkt des Kolbens höher zu liegen kommt, wird das Verdichtungsverhältnis vergrößert.
Im Falle eines Zündkerzen-Zündung-Verbrennungsmotors kann die thermische Effizienz vergrößert werden durch Vorrücken eines Zündzeitpunkts, aber es kann beim Vorrücken des Zündzeitpunkts eine Beschränkung vorliegen unter Berücksichtigung unnormaler Verbrennung und dergleichen. Demgemäß ist eine Variables-Verdichtungsverhältnis (VCR)-Vorrichtung zum Verbessern der thermischen Effizienz des Verbrennungsmotors verlangt.
Die Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung ist eine Vorrichtung zum Ändern eines Verdichtungsverhältnisses eines gemischten Gases gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors. Die Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung funktioniert um die Kraftstoffeffizienz zu verbessern durch Verbessern eines Verdichtungsverhältnisses von gemischtem Gas unter einer niedrigen Lastbedingung des Verbrennungsmotors und um das Erzeugen von Klopfen zu verhindern und um die Ausgangsleistung eines Verbrennungsmotors zu verbessern durch Verringern des Verdichtungsverhältnisses des gemischten Gases unter einer hohen Lastbedingung des Verbrennungsmotors.
Eine herkömmliche Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung verwendet Typen, welche einen Zylinderblock bewegen, ein Volumen einer Verbrennungskammer ändern und einen oberen Totpunkt eines Kolbens ändern.
Jedoch sind viele mechanische Bauelemente erforderlich, und die Zusammensetzung davon ist sehr komplex zum Realisieren der herkömmlichen Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung. Ferner kann der Kraftstoffverbrauch verschlechtert sein für den Fall, dass ein Elektromotor, welcher elektrische Energie benötigt, verwendet wird, um die mechanischen Bauelemente zu betätigen. Ferner ist ein relativ starkes Antriebsdrehmoment erforderlich zum Übertragen der Leistung eines Elektromotors, im Vergleich zu einer anderen Getriebekupplung/Zahnradkupplung. Daher besteht eine Beschränkung dahingehend, die Kapazität/Leistung des Elektromotors zu verringern. Es ist ferner nicht einfach, ein schnelles Antwortverhalten einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung zu realisieren, falls die mechanischen Bauelemente in komplexer Weise miteinander verbunden sind.
Aus der KR 10 0 213 545 B1 ist eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs bekannt. Aus der JP S53 - 131 323 A ist eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung mit einem Ölsteuerventil bekannt mit einem Ventilkörper, welcher mit einer Mehrzahl von Anschlüssen und einem Ventilschieber bereitgestellt ist, welcher in den Ventilkörper eingesetzt ist, um entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers verlagerbar zu sein, wobei der Ventilschieber aufweist zwei Ringbünde, welche in einen Innenabschnitt des Ventilkörpers eingebaut sind, und einen Ventilschieberschaft, welcher ausgebildet ist, um wesentlich dünner zu sein als die beiden Ringbünde, und welcher die beiden Ringbünde miteinander verbindet, die Mehrzahl von Anschlüssen jeweilig geschlossen werden durch einen von den beiden Ringbünden oder jeweilig geöffnet werden durch Kommunizieren mit einem Raum, in welchem der Ventilschieberschaft angeordnet ist, wobei die Mehrzahl an Anschlüssen aufweisen einen ersten Einlassanschluss, welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den einen der beiden Ringbünde und welcher mit der ersten Kammer kommuniziert, um das Öl von der ersten Kammer in den Ventilkörper strömen zu lassen, und einen zweiten Eingangsanschluss, welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den anderen der beiden Ringbünde und welcher mit der zweiten Kammer kommuniziert, um das Öl von der zweiten Kammer in den Ventilkörper strömen zu lassen.
Erläuterung der Erfindung
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung zu schaffen, welche einen Vorteil des Änderns eines Verdichtungsverhältnisses gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors hat.
Ferner ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung zu schaffen, welche den weiteren Vorteil hat des Verbesserns des Kraftstoffverbrauchs und der Motorausgangsleistung bei Gewähren eines guten Antwortverhaltens.
Diese Aufgaben werden gelöst durch eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
Eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ändert ein Volumen einer Verbrennungskammer durch eine Betätigung/einen Betrieb eines (Zylinderwandungs-)Kolbens (z.B. auch Verbrennungsmotorzylinderwandungskolben), welcher angeordnet ist, um in der Lage zu sein, sich gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors in einem Raum hin und her zu bewegen, welcher mit einem Inneren/Innenraum der Verbrennungskammer kommuniziert. Die Vorrichtung kann aufweisen eine Betriebseinheit/Betätigungseinheit, welche von Hydraulikdruck betätigt ist, um den (Zylinderwandungs-)Kolben hin und her zu bewegen, ein Ölsteuerventil, welches (den) Hydraulikdruck, welcher zu der Betätigungseinheit zugeführt wird, steuert, eine Ölzuführeinheit, welche Öl speichert, welches der Betätigungseinheit über das Ölsteuerventil zugeführt wird, und welche das gespeicherte Öl zu dem Ölsteuerventil übermittelt, einen Aktuator, welcher das Ölsteuerventil betätigt, und eine Steuervorrichtung, welche mit dem Aktuator verbunden ist, um den Aktuator gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern.
Die Betätigungseinheit weist auf einen Hydraulikdruckzylinder, welcher in einer Hohlzylindergestalt ausgebildet ist, von welcher eine Fläche (z.B. die eine Endfläche bzw. Axialendfläche) und eine andere Fläche (z.B. die andere Endfläche bzw. Axialendfläche) geschlossen sind (das heißt z.B., dass die Axialenden des Zylinders geschlossen bzw. abgedichtet ausgebildet sind), einen Steuerkolben, welcher angeordnet ist, um in der Lage zu sein, sich entlang einer Längsrichtung des Hydraulikdruckzylinders im Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders hin und her zu bewegen, und eine Betätigungsstange, welche sich integral zusammen mit dem Steuerkolben bewegt und den (Zylinderwandungs-)Kolben kontaktiert, wobei der Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders von dem/durch den Steuerkolben in eine erste und in eine zweite Kammer unterteilt ist.
Das Ölsteuerventil kann den Hydraulikdruck derart steuern, dass das Öl selektiv zu der ersten Kammer oder zu der zweiten Kammer zugeführt wird.
Die Betätigungsstange, welche sich zusammen mit dem Steuerkolben bewegt, drückt bevorzugt den (Zylinderwandungs-) Kolben, wenn das Öl zu der ersten Kammer zugeführt wird, derart, dass das Volumen der Verbrennungskammer verringert wird, und die Betätigungsstange, welche sich zusammen mit dem (Zylinderwandungs-)Kolben bewegt, kann den (Zylinderwandungs-) Kolben ziehen, wenn das Öl zu der zweiten Kammer zugeführt wird, so dass das Volumen der Verbrennungskammer vergrößert wird.
Das Ölsteuerventil weist auf einen Ventilkörper, welcher mit einer Mehrzahl von Öffnungen/Anschlüssen bereitgestellt ist, einen Ventilschieber, welcher in den Ventilkörper eingesetzt ist, um in der Lage zu sein, entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers verlagerbar zu sein (z. B. gleitend verlagerbar zu sein), wobei der Ventilschieber aufweisen kann zwei Ringbünde, welche in einen Innenabschnitt des Ventilkörpers montiert (z.B. eingepasst) sind, und einen Ventilschieberschaft, welcher ausgebildet ist, um um einiges/wesentlich dünner zu sein als die beiden Ringbünde und welcher die beiden Ringbünde miteinander verbindet, und wobei die Mehrzahl von Anschlüssen jeweilig geschlossen werden kann von einem der beiden Ringbünde oder jeweilig geöffnet werden kann durch Kommunizieren mit einem Raum, in welchem der Ventilschieberschaft angeordnet ist.
Die Mehrzahl von Anschlüssen weist auf einen Zuführanschluss, welcher stets offen/geöffnet ist und welcher mit der Ölzuführeinheit kommuniziert, um Öl von der Ölzuführeinheit zu erhalten, einen Auslassanschluss/Abführanschluss, welcher stets offen/geöffnet ist und welcher ausgebildet ist, um Öl aus dem Ventilkörper heraus auszulassen/abzuführen, einen ersten Einlassanschluss, welcher selektiv geöffnet/geschlossen wird/ist von einem der beiden Ringbünde und welcher mit der ersten Kammer kommuniziert, um Öl von der ersten Kammer in den Ventilkörper strömen zu lassen, und einen zweiten Einlassanschluss, welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist von dem anderen der beiden Ringbünde und welcher mit der zweiten Kammer kommuniziert, um Öl von der zweiten Kammer in den Ventilkörper strömen zu lassen.
Eine Hydraulikdruckleitung, welche mit dem Auslassanschluss verbunden ist, ist in zwei Hydraulikdruckleitungen abgezweigt, und die zwei Hydraulikdruckleitungen sind jeweilig verbunden mit einer Hydraulikdruckleitung, welche die erste Kammer mit dem ersten Einlassanschluss verbindet, und einer Hydraulikdruckleitung, welche die zweite Kammer mit dem zweiten Einlassanschluss verbindet.
Ein Rückschlagventil kann an/in jeder der beiden Abzweighydraulikdruckleitungen angeordnet sein, und das Rückschlagventil kann geöffnet werden, um Öl nur von der Hydraulikdruckleitung, welche mit dem Auslassanschluss verbunden ist, zu einer Hydraulikdruckleitung hin strömen zu lassen, welche die erste Kammer mit dem ersten Einlassanschluss verbindet, oder zu einer Hydraulikdruckleitung hin strömen zu lassen, welche die zweite Kammer mit dem zweiten Einlassanschluss verbindet.
Der Aktuator kann ein Elektromagnet sein, welcher nur einen An- oder Aus-Betrieb (bzw. An/Aus oder An-und-Aus-Betrieb) durchführt, um das Ölsteuerventil in zwei Zustände(n) zu steuern.
Der Aktuator kann das Ölsteuerventil z.B. betätigen, um ein kontinuierlich variables Verdichtungsverhältnis zu realisieren.
Die Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung kann ferner aufweisen einen Positionssensor, welcher wenigstens eine Position des (Zylinderwandungs-)Kolbens, des Steuerkolbens oder der Betätigungsstange erfasst, und die Steuervorrichtung kann die erfasste Positionsinformation von dem Positionssensor erhalten und kann den Aktuator gemäß der erhaltenen Positionsinformation steuern.
Ein Öffnungsbetrag des ersten Einlassanschlusses und des zweiten Einlassanschlusses können ansteuertaktgesteuert sein, wenn/so wie der Ventilschieber von dem Aktuator betätigt wird, welcher gemäß einer Positionsinformation des (Zylinderwandungs-)Kolbens, des Steuerkolbens oder der Betätigungsstange gesteuert/ betätigt wird.
Die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung hat andere Merkmale und Vorteile, welche in den begleitenden Zeichnungen, welche hierin mit einbezogen sind, und der nachfolgenden Detailbeschreibung ersichtlich und weiter im Detail dargelegt sind, welche zusammen dazu dienen, bestimmte Prinzipien der vorliegenden Erfindung zu erläutern.
Figurenliste

1 ist eine schematische Darstellung einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
2 ist ein Schaubild, welches den Druck einer Verbrennungskammer in einem hohen Lastzustand oder in einem Niedriglastzustand eines Verbrennungsmotors zeigt.
3 ist eine Darstellung, welche den Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses zeigt.
4 ist ein Schaubild, welches einen Abschnitt zeigt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betätigt wird/ist, um das Verdichtungsverhältnis zu verringern in einem hohen Lastzustand eines Verbrennungsmotors.
5 ist ein Schaubild, welches einen Abschnitt zeigt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben ist, um das Verdichtungsverhältnis zu verringern in einem Niedriglastzustand des Verbrennungsmotors.
6 ist ein Schaubild, welches den Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt zum Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses.
7 ist ein Schaubild, welches einen Abschnitt zeigt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben/betätigt ist, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen in einem hohen Lastzustand eines Verbrennungsmotors.
8 ist ein Schaubild, welches einen Abschnitt zeigt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben ist/betätigt ist, um das Verdichtungsverhältnis zu erhöhen in einem niedrigen Lastzustand eines Verbrennungsmotors.
9 ist eine schematische Darstellung einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.

Es ist zu verstehen, dass die angehängten Zeichnungen nicht notwendigerweise maßstabsgetreu sind und die zahlreichen Merkmale, die für die Grundprinzipien der Erfindung illustrativ sind, in teilweise vereinfachter Darstellung zeigen. Die spezifischen Gestaltungsmerkmale der vorliegenden Erfindung, wie hierin offenbart, einschließlich z. B. spezifischer Dimensionen, Orientierungen, Positionierungen und Gestaltungen, bestimmen sich teilweise durch die besonders vorgesehene Verwendung und die Verwendungsumgebung.
In den Figuren bezeichnen gleiche Bezugszeichen die gleichen oder wesensgleichen Teile der vorliegenden Erfindung über die diversen Figuren der Zeichnungen hinweg.
Detailbeschreibung
Eine exemplarische Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend im Detail mit Bezugnahme auf die begleitenden Zeichnungen erläutert.
1 ist eine schematische Darstellung einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Wie in 1 gezeigt, weist eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auf einen (Zylinderwandungs-)Kolben 30, eine Betätigungseinheit 40, ein Ölsteuerventil 50, eine Ölwanne 60, Hydraulikdruckleitungen 70, 72, 74, 75, 76, 78 und eine Steuervorrichtung 100.
Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 ist an einem Zylinderkopf bereitgestellt, an welchem eine Einlassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 12, eine Auslassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 13, eine Einlasspassage 14, eine Auslasspassage 15 und eine Zündkerze 17 angeordnet sind.
Ein Ende der Einlassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 12 ist an der Einlasspassage 14 angeordnet und mit einem Einlassventil verbunden, um eine Einlassöffnung zu öffnen/zu schließen, welche mit einer Verbrennungskammer 20 kommuniziert. Ferner ist das andere Ende der Einlassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 12 in einem Rollenkontakt/Rollkontakt mit einer Einlassnocke 10, so dass die Einlassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 12 durch die Drehung der Einlassnocke 10 betätigt/betrieben wird.
Ein Ende der Auslassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 13 ist an der Auslasspassage 15 angeordnet und ist mit einem Auslassventil verbunden, um eine Auslassöffnung zu öffnen und zu schließen, welche mit der Verbrennungskammer 20 kommuniziert. Ferner ist das andere Ende der Auslassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 13 in einem Rollkontakt/Rollenkontakt mit einer Auslassnocke 11, so dass die Auslassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 13 durch die Drehung der Auslassnocke 11 betätigt/betrieben wird.
Die Konstruktion der Einlassnocke 10, der Auslassnocke 11, der Einlassventil-Öffnungs/ Schließ-Einheit 12, der Auslassventil-Öffnungs/Schließ-Einheit 13, der Einlasspassage 14, der Auslasspassage 15 und der Zündkerze 17 sind einem Fachmann wohlbekannt, so dass eine Detailbeschreibung davon weggelassen wird.
Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 ist angeordnet, um in der Lage zu sein, sich in einem Raum hin und her zu bewegen, welcher mit einem Innenabschnitt der Verbrennungskammer 20 kommuniziert. Ferner wird ein Volumen der Verbrennungskammer 20 verringert, wenn der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 sich in eine Richtung zu der Verbrennungskammer 20 hin bewegt, und ein Volumen der Verbrennungskammer 20 wird vergrößert, wenn der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 sich in die entgegengesetzte Richtung bewegt. Daher kann das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors variiert werden gemäß der Hin- und Her-Bewegung des (Zylinderwandungs-)Kolbens 30. Hierin ist eine Vorwärtsrichtung definiert als eine Richtung, in welche sich der (Zylinderwandungs-)Kolben zu der Verbrennungskammer 20 hin bewegt, und eine Rückwärtsbewegung ist definiert als die dazu entgegengesetzte Richtung.
Die Betätigungseinheit 40 ist mit dem (Zylinderwandungs-)Kolben 30 verbunden und bewegt den (Zylinderwandungs-)Kolben 30 selektiv in Vorwärtsrichtung oder in Rückwärtsrichtung. Die Betätigungseinheit 40 weist einen Hydraulikdruckzylinder 41, einen Steuerkolben 42 und eine Betätigungsstange 44 auf.
Der Hydraulikdruckzylinder 41 ist in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet, so dass eine (End-)Fläche und eine andere (End-)Fläche davon geschlossen sind.
Der Steuerkolben 42 ist in einer zylindrischen Gestalt ausgebildet und ist in dem Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders 41 angeordnet. Ferner ist der Steuerkolben 42 angeordnet, um in der Lage zu sein, sich entlang einer Längsrichtung des Hydraulikdruckzylinders 41 hin und her zu bewegen. Ferner ist der Durchmesser des Steuerkolbens 42 mit einer Abmessung ausgebildet, welche zu dem Durchmesser des Hydraulikdruckzylinders 41 korrespondiert, so dass ein Außenumfang des Steuerkolbens 42 einen Innenumfang des Hydraulikdruckzylinders 41 kontaktiert. Daher ist der Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders 41 von dem Steuerkolben 42 unterteilt/abgeteilt in zwei Räume.
Der eine der beiden Räume, welcher zwischen der einen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41 und der einen Fläche des Steuerkolbens 42 ausgebildet ist, ist eine erste Kammer 46, und der andere Raum der beiden Räume, welcher zwischen der anderen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41 und der anderen Fläche des Kolbens 42 ausgebildet ist, ist eine zweite Kammer 48.
Die Betätigungsstange 44 ist in einer Stabgestalt ausgebildet, welche sich entlang einer Richtung erstreckt. Ferner ist die Betätigungsstange 44 angeordnet, um die eine Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41, die eine Fläche des Steuerkolbens 42, die andere Fläche des Steuerkolbens 42 und die andere Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41 entlang der Längsrichtung davon zu durchdringen. Eine Abdichtung/Luftdichtheit ist zwischen der Betätigungsstange 44 und der einen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41, der einen Fläche des Steuerkolbens 42, der anderen Fläche des Steuerkolbens 42 und der anderen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41, welche von der Betätigungsstange 44 durchdrungen sind, gewährleistet. Ferner ist die Betätigungsstange 44 angepasst, um integral (z. B. einstückig) mit dem Steuerkolben 42 ausgebildet zu sein oder um zumindest mit diesem mitbewegbar zu sein.
Ein Ende der Betätigungsstange 44 durchdringt die eine Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41, um außerhalb des Hydraulikdruckzylinders 41 angeordnet zu sein, und das andere Ende der Betätigungsstange 44 durchdringt die andere Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41, um außerhalb des Hydraulikdruckzylinders 41 angeordnet zu sein. Ferner ist das andere Ende der Betätigungsstange 44, welche das andere Ende des Hydraulikdruckzylinders 41 durchdringt, mit dem (Zylinderwandungs-)Kolben 30 verbunden. Daher bewegen sich der Steuerkolben 42, die Betätigungsstange 44 und der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 miteinander/gemeinsam.
Die Betätigungseinheit 40 weist ferner auf eine Feder 45.
Ein Ende der Feder 45 ist an einer Endfläche des Hydraulikdruckzylinders 41 befestigt, und das andere Ende der Feder 45 ist an der einen Fläche des Steuerkolbens 42 befestigt. Ferner verhindert die Feder 45, dass der Steuerkolben 42 sich exzessiv in die Vorwärtsrichtung oder in die Rückwärtsrichtung bewegt.
Das Ölsteuerventil 50 steuert Ölfluss derart, dass das Öl selektiv in die erste Kammer 46 oder in die zweite Kammer 48 der Betätigungseinheit 40 zugeführt wird. Ferner weist das Ölsteuerventil 50 einen Ventilkörper 51 und einen Ventilschieber 52 auf.
Eine Mehrzahl von Öffnungen/Anschlüssen SP, IP1, IP2 und OP sind am/im Ventilkörper 51 ausgebildet. Ferner sind die Mehrzahl von Anschlüssen/Öffnungen SP, IP1, IP2 und OP ausgebildet, um den Ventilkörper 51 zu durchdringen, so dass die Innenseite und die Außenseite des Ventilkörpers 51 (dort hindurch) miteinander kommunizieren. Ferner ist ein Ende des Ventilkörpers 51 in einer Längsrichtung davon offen, und das andere Ende des Ventilkörpers 51 ist in einer Längsrichtung davon geschlossen.
Der Ventilschieber 52 ist in den Ventilkörper 51 eingesetzt, um in der Lage zu sein, entlang der Längsrichtung des Ventilkörpers 51 sich zu verlagern. Ferner weist der Ventilschieber 52 auf einen ersten Ringbund L1 und einen zweiten Ringbund L2, welche in einen Innenabschnitt des Ventilkörpers 51 passen/eingepasst sind. Ferner weist der Ventilschieber 52 auf einen Ventilschieberschaft 54, welcher wesentlich dünner ausgebildet ist als der erste und der zweite Ringbund L1 und L2 und welcher den ersten Ringbund L1 mit dem zweiten Ringbund L2 verbindet.
Das Ölsteuerventil 50 weist ferner auf einen Elektromagnet 58 und eine Rückstellfeder 56.
Der Elektromagnet 58 ist mit einem Ende des Ventilschiebers 52 verbunden. Ferner erstreckt sich ein Ende des Ventilschiebers 52 von einer Fläche des ersten Ringbunds L1 aus und ist mit dem Elektromagnet 58 durch ein offenes Ende/geöffnetes Ende des Ventilkörpers 51 hindurch verbunden. Ferner gleitet der Ventilschieber 52 in die eine Richtung oder in die andere Richtung entlang der Längsrichtung des Ventilkörpers 51 durch Betätigung des Elektromagneten 58. Der Ventilschieberschaft 54 verbindet die andere Fläche des ersten Ringbunds L1 mit der einen Fläche des zweiten Ringbunds L2. Das heißt, der Elektromagnet 58 führt eine Funktion eines Aktuators aus, welcher das Ölsteuerventil 50 betätigt. Der Aktuator ist nicht auf einen Elektromagneten 58 eingeschränkt und kann auch in anderer Weise ausgestaltet sein.
Die Rückstellfeder 56 ist zwischen dem anderen Ende des Ventilschiebers 52 und dem geschlossenen anderen Ende des Ventilkörpers 51 angeordnet. Das heißt, die Rückstellfeder 56 ist zwischen der anderen Fläche des zweiten Ringbunds L2 und dem anderen Ende des Ventilkörpers 51 angeordnet. Ferner ist ein Ende der Rückstellfeder 56 an der anderen Fläche des zweiten Ringbunds L2 befestigt, und das andere Ende der Rückstellfeder 56 ist an dem anderen Ende des Ventilkörpers 51 befestigt. Ferner führt die Rückstellfeder 56 eine Funktion aus, so dass der Ventilschieber 52 zu seiner ursprünglichen Position zurückgeführt wird in einem Falle, dass der Elektromagnet 58 nicht betätigt wird, um den Ventilschieber 52 in die eine Richtung oder in die andere Richtung zu verlagern.
Die Ölwanne 60 speichert Öl, welches der ersten Kammer 46 oder der zweiten Kammer 48 der Betätigungseinheit 40 durch das Ölsteuerventil 50 hindurch zugeführt wird.
Die Hydraulikdruckleitungen 70, 72, 74, 75, 76, 78 weisen auf eine erste Hydraulikdruckleitung 70, eine zweite Hydraulikdruckleitung 72, eine dritte Hydraulikdruckleitung 74, eine vierte Hydraulikdruckleitung 75, eine fünfte Hydraulikdruckleitung 76 und eine sechste Hydraulikdruckleitung 78. Ferner weisen eine Mehrzahl von Anschlüssen/Öffnungen SP, IP1, IP2 und OP, die am/im Ventilkörper 51 bereitgestellt sind, auf einen Zuführanschluss SP, einen ersten Einlassanschluss IP1, einen zweiten Einlassanschluss IP2 und einen Auslassanschluss OP.
Die erste Hydraulikdruckleitung 70 kommuniziert/verbindet die Ölwanne 60 mit dem Zuführanschluss SP. Ferner ist eine Hydraulikpumpe 62 an der ersten Hydraulikdruckleitung 70 angeordnet, und Öl, das von der Ölwanne 60 aus durch den Betrieb der Hydraulikpumpe 62 gepumpt wird, wird der Innenseite des Ventilkörpers 51 durch die erste Hydraulikdruckleitung 70 und den Zuführanschluss SP hindurch zugeführt.
Die zweite Hydraulikdruckleitung 72 verbindet den ersten Einlassanschluss IP1 mit der ersten Kammer 46. Ferner kann Öl, das zur Betätigung/zum Betrieb der Betätigungseinheit 40 in der ersten Kammer 46 verwendet wird, von der ersten Kammer 46 aus durch die zweite Hydraulikdruckleitung 72 und den ersten Einlassanschluss IP1zur Innenseite des Ventilkörpers 51 strömen.
Die dritte Hydraulikdruckleitung 74 verbindet den zweiten Einlassanschluss IP2 mit der zweiten Kammer 48. Ferner kann Öl, welches zur Betätigung/zum Betrieb der Betätigungseinheit 40 in der zweiten Kammer 48 verwendet wird, zur Innenseite des Ventilkörpers 51 von der zweiten Kammer 48 aus durch die dritte Hydraulikdruckleitung 74 und den zweiten Einlassanschluss IP2 strömen.
Die vierte Hydraulikdruckleitung 75 kommuniziert mit dem Auslassanschluss OP. Ferner ist die vierte Hydraulikdruckleitung 75, welche sich von dem Auslassanschluss OP aus erstreckt, in die fünfte Hydraulikdruckleitung 76 und in die sechste Hydraulikdruckleitung 78 abgezweigt.
Die fünfte Hydraulikdruckleitung 76 ist mit der zweiten Hydraulikdruckleitung 72 verbunden. Ferner ist die sechste Hydraulikdruckleitung 78 mit der dritten Hydraulikdruckleitung 74 verbunden.
Ein erstes Rückschlagventil 80 ist in der fünften Hydraulikdruckleitung 76 angeordnet und ist/wird geöffnet, um Öl nur in die eine Richtung von der vierten Hydraulikdruckleitung 75 aus zu der zweiten Hydraulikdruckleitung 72 hindurch zu lassen und ist gesperrt/geschlossen, um Ölfluss in die entgegengesetzte Richtung zu verhindern. Ferner ist ein zweites Rückschlagventil 82 in der sechsten Hydraulikdruckleitung 78 angeordnet und ist/wird geöffnet, um Öl in nur die eine Richtung von der vierten Hydraulikdruckleitung 75 aus zu der dritten Hydraulikdruckleitung 74 hin durchzulassen, und ist geschlossen, um Ölfluss in die entgegengesetzte Richtung zu verhindern.
Öl, das von der Ölwanne 60 aus zu der Innenseite des Ventilkörpers 51 hin zugeführt wird, Öl, das von ersten Kammer 46 aus zu der Innenseite des Ventilkörpers 51 hin strömt, und Öl, das von der zweiten Kammer 48 aus zu der Innenseite des Ventilkörpers 51 ausströmt, strömen aus der vierten Hydraulikdruckleitung 75 durch den Auslassanschluss OP aus. Ferner kann Öl, das zu der vierten Hydraulikdruckleitung 75 ausströmt, sequentiell durch die fünfte Hydraulikdruckleitung 76 und die zweite Hydraulikdruckleitung 72 hindurch passieren, um der ersten Kammer 46 zugeführt zu werden, oder kann sequentiell durch die sechste Hydraulikdruckleitung 78 und die dritte Hydraulikdruckleitung 74 hindurch passieren, um der zweiten Kammer 48 zugeführt zu werden.
Die Steuervorrichtung 100 ist mit dem Elektromagnet 58 und dem Verbrennungsmotor verbunden. Ferner steuert die Steuervorrichtung 100 den Betrieb des Elektromagneten 58 derart, dass die Betätigungseinheit 40 betätigt/betrieben wird gemäß einem Betriebszustand/Arbeitszustand des Verbrennungsmotors.
2 ist ein Schaubild, welches den Druck einer Verbrennungskammer in einem Hochlastzustand oder einem Niedriglastzustand eines Verbrennungsmotors zeigt. Im Schaubild von 2 gibt eine vertikale Achse den Druck der Verbrennungskammer 20 an und gibt eine horizontale Achse den Rotationswinkel einer Kurbelwelle an.
Wie in 2 gezeigt, haben eine Hochlastdruckkurve C1 zum Repräsentieren des Drucks der Verbrennungskammer 20 in einem Hochlastzustand eines Verbrennungsmotors und eine Niedriglastdruckkurve C2 zum Repräsentieren des Drucks der Verbrennungskammer 20 in einem Niedriglastzustand eines/des Verbrennungsmotors jeweilig/jeweils einen Abschnitt, wo der Druck hoch ist und einen anderen Abschnitt, wo der Druck niedrig ist bezüglich eines vorbestimmten Drucks P. Der vorbestimmte Druck P kann durch Experimente festgesetzt sein und ist bevorzugt etwa 5 bar. Jedoch ist der vorbestimmte Druck P hierauf nicht eingeschränkt und kann auf zahlreiche Weisen (vom Fachmann) vorbestimmt sein durch Berücksichtigung des Betriebs der Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung und der Effizienz eines Verbrennungsmotors. Ferner ist der vorbestimmte Druck P gleich der Kraft, welche die Feder 45 der Betätigungseinheit 40 auf den Steuerkolben 42 in der Vorwärtsrichtung ausübt. Der vorbestimmte Druck P wird definiert als ein Federdruck P.
Mit Bezug auf die 3 bis 8 wird der Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben.
3 ist ein Schaubild, welches den Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zum Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses zeigt, 4 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt darstellt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben ist, um das Verdichtungsverhältnis in einem Hochlastzustand eines Verbrennungsmotors abzusenken, und 5 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt zeigt, in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben/betätigt ist, um das Verdichtungsverhältnis in einem Niedriglastzustand eines Verbrennungsmotors abzusenken. Ölfluss ist angezeigt durch gestrichelte Pfeile in 3.
Wie in 3 gezeigt, betätigt die Steuervorrichtung 100 den Elektromagneten 58, um den Ventilschieber 52 zum anderen Ende des Ventilkörpers 51 hin zu bewegen, falls das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors abzusenken ist. Ferner ist der Raum, wo/in welchem der Ventilschieberschaft 54 angeordnet ist, positioniert, um mit dem Zuführanschluss SP, dem ersten Einlassanschluss IP1 und dem Auslassanschluss OP zu kommunizieren, wenn der Ventilschieberschaft 52 zum anderen Ende des Ventilkörpers 51 bewegt ist/wird. Das heißt, der Zuführanschluss SP, der erste Einlassanschluss IP1 und der Auslassanschluss OP sind geöffnet/werden geöffnet. Zu dieser Zeit ist der erste Ringbund L1 positioniert, um den zweiten Einlassanschluss IP2 zu schließen.
Die hydraulische Pumpe/Hydraulikpumpe 62 wird betrieben/betätigt, um Öl von der Ölwanne 60 aus zur Innenseite des Ventilkörpers 51 hin zuzuführen durch den geöffneten Zuführanschluss SP.
Die Hydraulikpumpe 62 wird durch Antrieb der Kurbelwelle betätigt/betrieben. Ferner, wenn die Hydraulikpumpe 62 betrieben ist durch Antrieb der Kurbelwelle, führt die Hydraulikpumpe 62 durch das Ölsteuerventil 50 hindurch ohne zusätzlich Steuerung so viel Öl zu wie ein Flussrateverlust in der Betätigungseinheit 40 (verlangt). Das heißt, die Hydraulikpumpe 62 muss nicht von der Steuervorrichtung 100 gesteuert werden. Obwohl 1, 3, 6 und 9 darstellen, dass die Hydraulikpumpe 62 mit der Steuervorrichtung 100 verbunden ist, ist dies hierauf nicht beschränkt.
In diesem Falle ist die Steuervorrichtung 100 mit der Hydraulikpumpe 62 verbunden. Ferner steuert die Steuervorrichtung 100, welche mit der Hydraulikpumpe 62 verbunden ist, die Hydraulikpumpe 62 gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors.
Wenn der Betrieb der Hydraulikpumpe 62 von der Steuervorrichtung 100 gesteuert wird, betätigt die Steuervorrichtung 100 die Hydraulikpumpe 62 derart, dass Öl von der Ölwanne 60 aus zur Innenseite des Ventilkörpers 51 durch die geöffnete Zuführöffnung SP zugeführt wird. Daher wird Öl, welches von der Betätigung/vom Betrieb der Betätigungseinheit 40 verbraucht wird, durch das Ölsteuerventil 50 hindurch zugeführt.
Der Fall, dass das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu verringern ist, ist ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der zu dem Abschnitt HS1 korrespondiert, in welchem Druck der Verbrennungskammer 20 größer ist als der Federdruck P in einem Hochlastzustand des Verbrennungsmotors, wie in 4 gezeigt, oder der zu dem Abschnitt HS2 korrespondiert, in welchem der Druck der Verbrennungskammer 20 größer ist als der Federdruck P in einem Niedriglastzustand des Verbrennungsmotors wie in 5 gezeigt.
Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 und der Steuerkolben 42 werden durch den Druck der Verbrennungskammer 20 in die Rückwärtsrichtung gedrückt, wenn der Druck der Verbrennungskammer 20 größer wird als der Federdruck P. Ferner wird Öl von der ersten Kammer 46 aus zu dem offenen ersten Einlassanschluss IP1 durch die zweite Hydraulikdruckleitung 72 bewegt durch Druck der ersten Kammer 46, welche von dem Steuerkolben 42 unter Druck gesetzt wird. Daher ist das erste Rückschlagventil 80 geschlossen, welches in der fünften Hydraulikdruckleitung 76 angeordnet ist, welche mit der zweiten Hydraulikdruckleitung 72 verbunden ist. Ferner strömen Öl, das durch den ersten Einlassanschluss IP1 in den Ventilkörper 51 einströmt, und Öl, das durch den Zuführanschluss SP zu dem Ventilkörper 51 zugeführt wird, aus dem Ventilkörper 51 aus durch den geöffneten Auslassanschluss OP hindurch, und Öl, welches von dem Ventilkörper 51 aus ausströmt, passiert sequentiell durch die vierte Hydraulikdruckleitung 75, die sechste Hydraulikdruckleitung 78 und die dritte Hydraulikdruckleitung 74 und wird der zweiten Kammer 48 zugeführt. Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 und der Steuerkolben 42 werden durch die Betätigung in die Rückwärtsrichtung bewegt.
Zu dieser Zeit wird der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 in die Vorwärtsrichtung gedrückt durch Druck der Feder 45, falls der Druck der Verbrennungskammer 20 kleiner wird als der Federdruck P. Jedoch ist das zweite Rückschlagventil 82 geschlossen, falls Öl versucht, durch die dritte Hydraulikdruckleitung 74 von der zweiten Kammer 48 aus zu passieren durch Druck der zweiten Kammer 48. Die Bewegung des Steuerkolbens 42 in die Vorwärtsrichtung ist beschränkt, weil der Zustand, dass der zweite Einlassanschluss IP2 geschlossen ist, aufrechterhalten wird.
6 ist ein Schaubild, welches den Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt zum Erhöhen des Verdichtungsverhältnisses, 7 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt zeigt, wo/in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben/betätigt wird, um das Verdichtungsverhältnis in einem Hochlastzustand des Verbrennungsmotors zu erhöhen, und 8 ist ein Graph, welcher einen Abschnitt zeigt, wo/in welchem eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrieben wird/betätigt wird, um das Verdichtungsverhältnis im Niedriglastzustand des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Der Ölfluss ist durch gestrichelte Pfeile in 6 angezeigt.
Wie in 6 gezeigt, betätigt die Steuervorrichtung 100 den Elektromagneten 58, um den Ventilschieber 52 zu dem einen Ende des Ventilkörpers 51 hin zu bewegen, falls das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu erhöhen ist. Ferner ist der Raum, in welchem/wo der Ventilschieberschaft 54 angeordnet ist, derart positioniert, dass er mit dem Zuführanschluss SP, dem zweiten Einlassanschluss IP2 und dem Auslassanschluss OP kommuniziert, wenn der Ventilschieber 52 zu dem einen Ende des Ventilkörpers 51 hin bewegt wird. Das heißt, der Zuführanschluss SP, der zweite Einlassanschluss IP2 und der Auslassanschluss OP sind geöffnet. Zu dieser Zeit ist der zweite Ringbund L2 derart positioniert, um den ersten Einlassanschluss IP1 zu schließen.
Die Steuervorrichtung 100 betätigt die Hydraulikpumpe 62 derart, dass Öl von der Ölwanne 60 zur Innenseite des Ventilkörpers 51 durch den geöffneten Zuführanschluss SP zugeführt wird. Daher wird Öl, welches durch den Betrieb/die Betätigung der Betätigungseinheit 40 verbraucht wird, durch das Ölsteuerventil 50 hindurch zugeführt.
Der Fall, dass das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu erhöhen ist, ist ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors, der korrespondiert zu dem Abschnitt LS1, in welchem Druck der Verbrennungskammer 20 kleiner ist als der Federdruck P in einem Hochlastzustand des Verbrennungsmotors wie in 7 gezeigt, oder zu dem Abschnitt LS2, in welchem Druck der Verbrennungskammer 20 kleiner ist als der Federdruck P in einem Niedriglastzustand des Verbrennungsmotors wie in 8 gezeigt.
Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 und der Steuerkolben 42 werden in die Vorwärtsrichtung gedrückt durch Druck P der Feder 45, wenn der Druck der Verbrennungskammer 20 kleiner wird als der Federdruck P. Ferner wird Öl von der zweiten Kammer 48 aus durch die dritte Hydraulikdruckleitung 74 zu dem geöffneten zweiten Einlassanschluss IP2 bewegt durch Druck der zweiten Kammer 48, welche durch den Steuerkolben 42 unter Druck gesetzt wird. Daher wird das zweite Rückschlagventil 82, welches in der sechsten Hydraulikdruckleitung 78 angeordnet ist, welche mit der dritten Hydraulikdruckleitung 74 verbunden ist, geschlossen. Ferner strömen Öl, das durch den zweiten Einlassanschluss IP2 in den Ventilkörper 51 einströmt, und Öl, das durch den Zuführanschluss SP zu dem Ventilkörper 51 zugeführt wird, aus dem Ventilkörper 51 aus durch den geöffneten Auslassanschluss OP, und Öl, welches aus dem Ventilkörper 51 ausströmt, passiert sequentiell durch die vierte Hydraulikdruckleitung 75, die fünfte Hydraulikdruckleitung 76 und die zweite Hydraulikdruckleitung 72, um in die erste Kammer 46 zugeführt zu werden. Der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 und der Steuerkolben 42 werden in die Vorwärtsrichtung bewegt durch diese Betätigung/durch diesen Betrieb.
Zu dieser Zeit wird der (Zylinderwandungs-)Kolben 30 durch Druck der Verbrennungskammer 20 in die Rückwärtsrichtung gedrückt, falls der Druck der Verbrennungskammer 20 größer wird als der Federdruck P. Jedoch ist das erste Rückschlagventil 80 geschlossen, falls das Öl bewegt wird, um durch den Druck der ersten Kammer 46 von der ersten Kammer 46 aus durch die zweite Hydraulikdruckleitung 72 zu passieren. Die Bewegung des Steuerkolbens 42 in die Rückwärtsrichtung ist beschränkt, weil der Zustand, in welchem der erste Einlassanschluss IP1 geschlossen ist, aufrechterhalten wird.
Der Elektromagnet 58 wird gesteuert durch die Steuervorrichtung 100, um eine An-/Aus- (z. B. An- oder Aus-) Betätigung/einen An- oder Aus-Betrieb einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der Erfindung durchzuführen. Der Ventilschieber 52 wird zu dem einen Ende des Ventilkörpers 51 hin bewegt durch eine Betätigung/einen Betrieb von An oder Aus des Elektromagneten 58 derart, dass der Zuführanschluss SP, der zweite Einlassanschluss IP2 und der Auslassanschluss OP geöffnet werden und der erste Einlassanschluss IP1 geschlossen wird. Ferner wird der Ventilschieber 52 zu dem anderen Ende des Ventilkörpers 51 hin bewegt durch die andere Betätigung von An oder Aus (bzw. An und Aus alternierend) des Elektromagneten 58, so dass der Zuführanschluss SP, der erste Einlassanschluss IP1 und der Auslassanschluss OP geöffnet werden und der zweite Einlassanschluss IP2 geschlossen wird. Eine Ursprungsposition des Ventilschiebers 52 ist eine Position, in welcher der Ventilschieber 52 festgesetzt ist durch die Elastikkraft der Rückstellfeder 56, wenn der Elektromagnet 58 eine Aus-Betätigung erfährt bzw. einen Aus-Betrieb durchführt.
Mit Bezug auf 9 wird eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben.
9 ist eine schematische Darstellung einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
In der Beschreibung sind bezüglich einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche in 9 dargestellt ist, wiederholte Beschreibungen bezüglich der Bauelemente, welche die gleichen sind wie bei der Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer vorhergehenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, weggelassen.
Wie in 9 gezeigt, weist eine Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß der momentanen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ferner auf einen Positionssensor 90, ungleich einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung gemäß einer vorhergehenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Der Positionssensor 90 ist angeordnet, um wenigstens eine Position (bzw. die Position) von dem (Zylinderwandungs-)Kolben 30, dem Steuerkolben 42 oder der Betätigungsstange 44 zu erfassen. Ferner ist der Positionssensor 90 verbunden mit der Steuervorrichtung 100, um die erfasste Positionsinformation an die Steuervorrichtung 100 zu übermitteln.
Ein Elektromagnet 59 gemäß der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung steuert das Ölsteuerventil 50 via Ansteuertaktverhältnissteuerung durch die Positionsinformation (bzw. basierend auf der Positionsinformation), die von dem Positionssensor 90 zu der Steuervorrichtung 100 übertragen wird/wurde. Im Detail werden der Zuführanschluss SP und der Auslassanschluss OP kontinuierlich geöffnet nicht nur in der vorliegenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, sondern auch in der vorhergehenden exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Elektromagnet 59 gemäß einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann die Bewegung des Ventilschiebers 52 derart steuern, dass der erste Ringbund L1 und der zweite Ringbund L2 des Ventilschiebers 52 jeweils einen Öffnungsbetrag des zweiten Einlassanschlusses IP2 und des ersten Einlassanschlusses IP1 steuern gemäß einem Ansteuertaktverhältnis. Daher wird das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors gesteuert in Stufen gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um in zwei Stufen variiert zu werden bzw. variierbar zu sein gemäß einer An/Aus-Betätigung bzw. eines An/Aus-Betriebs des Elektromagneten 58, aber das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors wird gesteuert durch Sequenzen in einer anderen exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, um kontinuierlich variierbar zu sein gemäß einem Hochlastzustand oder einem Niedriglastzustand eines Verbrennungsmotors.
Gemäß einer exemplarischen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann das Antwortverhalten beim Wechseln eines Verdichtungsverhältnisses gemäß einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors gewährleistet werden, und können der Kraftstoffverbrauch und die Ausgangsleistung des Verbrennungsmotors verbessert werden. Zusätzlich können die Herstellungskosten reduziert werden, da mechanische Elemente, welche zum Betrieb erforderlich wären, weggelassen werden können. Ferner kann die Haltbarkeit durch Verwenden von Hydraulikdruck verbessert werden.
Zur Erleichterung in der Erklärung und akkuraten Definition in den angehängten Ansprüchen werden Ausdrücke wie „oberer“, „unterer“, „innerer“ und „äußerer“ dazu verwendet, um Merkmale der exemplarischen Ausführungsformen mit Bezug auf die Positionen solcher Merkmale wie in den Figuren dargestellt zu beschreiben.

Claims

Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung, welche ein Volumen einer Verbrennungskammer (20) ändert durch eine Betätigung eines Kolbens (30), welcher konfiguriert ist, um sich gemäß einem Betriebszustand eines Verbrennungsmotors in einem Raum hin und her zubewegen, welcher mit einem Inneren der Verbrennungskammer (20) kommuniziert, wobei die Vorrichtung aufweist eine Betätigungseinheit (40), welche durch Hydraulikdruck betrieben ist, um den Kolben (30) hin und her zu bewegen, ein Ölsteuerventil (50), welches den Hydraulikdruck steuert, der der Betätigungseinheit (40) zugeführt wird, eine Ölzuführeinheit, welche Öl speichert, welches der Betätigungseinheit (40) über das Ölsteuerventil (50) zugeführt wird, und welche das gespeicherte Öl zu dem Ölsteuerventil (50) übermittelt, einen Aktuator, welcher das Ölsteuerventil (50) betätigt, und eine Steuervorrichtung (100), welche mit dem Aktuator verbunden ist, um den Aktuator gemäß dem Betriebszustand des Verbrennungsmotors zu steuern, wobei die Betätigungseinheit (40) aufweist einen Hydraulikdruckzylinder (41), welcher in einer hohlzylindrischen Gestalt ausgebildet ist, von welcher eine Endfläche und die andere Endfläche davon geschlossen sind, einen Steuerkolben (42), welcher entlang einer Längsrichtung des Hydraulikdruckzylinders (41) in einem Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders (41) hin und her bewegbar ist, und eine Betätigungsstange (44), welche durch wenigstens eine von der einen Endfläche und der anderen Endfläche des Hydraulikdruckzylinders (41) hindurch passiert und den Steuerkolben (42) mit dem Kolben (30) verbindet, wobei die Betätigungsstange (44) sich zusammen mit dem Steuerkolben (42) und dem Kolben (30) integral bewegt, und wobei der Hohlraum des Hydraulikdruckzylinders (41) von dem Steuerkolben (42) in eine erste Kammer (46) und eine zweite Kammer (48) unterteilt ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölsteuerventil (50) aufweist einen Ventilkörper (51), welcher mit einer Mehrzahl von Anschlüssen (SP, IP1, IP2, OP) und einem Ventilschieber (52) bereitgestellt ist, welcher in den Ventilkörper (51) eingesetzt ist, um entlang einer Längsrichtung des Ventilkörpers (51) verlagerbar zu sein, der Ventilschieber (52) aufweist: zwei Ringbünde (L1 und L2), welche in einen Innenabschnitt des Ventilkörpers (51) eingebaut sind, und einen Ventilschieberschaft (54), welcher ausgebildet ist, um wesentlich dünner zu sein als die beiden Ringbünde (L1, L2), und welcher die beiden Ringbünde miteinander verbindet, die Mehrzahl von Anschlüssen jeweilig geschlossen werden durch einen von den beiden Ringbünden (L1, L2) oder jeweilig geöffnet werden durch Kommunizieren mit einem Raum, in welchem der Ventilschieberschaft (54) angeordnet ist, die Mehrzahl an Anschlüssen aufweisen: einen Zuführanschluss (SP), welcher stets geöffnet ist und welcher mit der Ölzuführeinheit kommuniziert, um Öl von der Ölzuführeinheit zu erhalten, einen Auslassanschluss (OP), welcher stets geöffnet ist und welcher ausgebildet ist, um das Öl aus dem Ventilkörper (51) herausströmen zu lassen, und einen ersten Einlassanschluss (IP1), welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den einen der beiden Ringbünde (L1, L2) und welcher mit der ersten Kammer (46) kommuniziert, um das Öl von der ersten Kammer (46) in den Ventilkörper (51) strömen zu lassen, und einen zweiten Eingangsanschluss (IP2), welcher selektiv geöffnet/geschlossen ist durch den anderen der beiden Ringbünde (L1, L2) und welcher mit der zweiten Kammer (48) kommuniziert, um das Öl von der zweiten Kammer (48) in den Ventilkörper (51) strömen zu lassen, eine Hydraulikdruckleitung (75), welche mit dem Auslassanschluss (OP) verbunden ist, in zwei Hydraulikdruckleitungen (76, 78) abgezweigt ist, und die beiden abgezweigten Hydraulikdruckleitungen (76, 78) jeweilig mit einer Hydraulikdruckleitung (72), welche die erste Kammer (46) mit dem ersten Einlassanschluss (IP1) verbindet, und einer Hydraulikdruckleitung (74), welche die zweite Kammer (48) mit dem zweiten Einlassanschluss (IP2) verbindet, verbunden sind.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, wobei das Ölsteuerventil (50) den Hydraulikdruck derart steuert, dass das Öl selektiv der ersten Kammer (46) oder der zweiten Kammer (48) zugeführt wird.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei die Betätigungsstange (44), welche sich zusammen mit dem Steuerkolben (42) bewegt, den Kolben (30) drückt, wenn Öl der ersten Kammer (46) zugeführt wird, so dass das Volumen der Verbrennungskammer (20) verringert wird, und die Betätigungsstange (44), welche sich zusammen mit dem Steuerkolben (42) bewegt, den Kolben (30) zieht, wenn das Öl der zweiten Kammer (48) zugeführt wird, so dass das Volumen der Verbrennungskammer (20) vergrößert wird.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei ein Rückschlagventil (80, 82) in jeder der beiden abgezweigten Hydraulikleitungen (76, 78) angeordnet ist, und wobei das Rückschlagventil geöffnet ist, um das Öl nur von der Hydraulikleitung aus, welche mit dem Auslassanschluss (OP) verbunden ist, zu einer Hydraulikdruckleitung hin strömen zu lassen, welche die erste Kammer (46) mit dem ersten Einlassanschluss (IP1) verbindet, oder zu einer Hydraulikdruckleitung strömen zu lassen, welche die zweite Kammer (48) mit dem zweiten Einlassanschluss (IP2) verbindet.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Aktuator ein Elektromagnet (58) ist, der nur einen An/Aus-Betrieb durchführt, um das Ölsteuerventil (50) in den zwei Stufen zu betätigen.
Vorrichtung gemäß einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Aktuator das Ölsteuerventil (50) betätigt, um ein kontinuierlich variables Verdichtungsverhältnis zu realisieren.
Vorrichtung gemäß Anspruch 1, ferner aufweisend einen Positionssensor (90), welcher wenigstens eine Position des Kolbens (30), des Steuerkolbens (42) oder der Betätigungsstange (44) erfasst, wobei die Steuervorrichtung (100) eine erfasste Positionsinformation von dem Positionssensor (90) erhält und den Aktuator gemäß der erhaltenen Positionsinformation steuert.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7, wobei ein Öffnungsbetrag des ersten Einlassanschlusses (IP1) und des zweiten Einlassanschlusses (IP2) taktgesteuert ist, wenn der Ventilschieber (54) von dem Aktuator betrieben ist, welcher gemäß der erfassten Positionsinformation des Kolbens (30), des Steuerkolbens (24) oder der Betätigungsstange (44) betrieben ist.
Vorrichtung gemäß Anspruch 7 oder 8, wobei ein Rückschlagventil (80, 82) in jeder der beiden abgezweigten Hydraulikdruckleitungen (76, 78) angeordnet ist, und wobei das Rückschlagventil geöffnet ist, um Öl nur von einer Hydraulikdruckleitung (75), welche mit dem Auslassanschluss (OP) verbunden ist, zu einer Hydraulikdruckleitung (72), welche die erste Kammer (46) mit dem ersten Einlassanschluss (IP1) verbindet, oder zu einer Hydraulikdruckleitung (74), welche die zweite Kammer (48) mit dem zweiten Einlassanschluss (IP2) verbindet, strömen zu lassen.