DE102014112677A1

DE102014112677A1 - Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102014112677A1
Application number: DE102014112677.7A
Authority: DE
Inventors: Yoonsik Woo; Won Gyu Kim; Eun Ho Lee; Young Hong Kwak; Myungsik Choi
Original assignee: Hyundai Motor Co
Current assignee: Hyundai Motor Co
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2014-09-03
Publication date: 2015-06-18
Anticipated expiration: 2034-09-04
Also published as: US9447739B2; JP6450113B2; US20150167563A1; KR101534709B1; CN104727955B; DE102014112677B4; KR20150071806A; CN104727955A; JP2015117693A

Abstract

Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor weist auf: ein Variabel-Kammer-Gehäuse (40) in Fluidverbindung mit einer Brennkammer (30) des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger (50), der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer (42) bildet, einen Hydraulikzylinder (60), der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist, einen Hydraulikkolben (70), der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, der einen Gleitstück (72) hat, welcher hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer (62, 64) zusammen mit dem Hydraulikzylinder zu bilden, und der mit dem Kammerplunger verbunden ist, einen Steuerplunger (80), der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist, einen Steuerzylinder (90) zum Aufnehmen des Steuerplungers und der in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100), der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, sowie Hydraulikleitungen (134, 136), die gemäß Relativpositionen des Steuerzylinders den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer oder die zweite Arbeitskammer beaufschlagen, oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer oder der zweiten Arbeitskammer entlasten.

Description

Querverweis auf verwandte Anmeldung
Die vorliegende Anmeldung beansprucht die Priorität der koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0158576 , eingereicht am 18. Dezember 2013, deren gesamter Inhalt durch diese Bezugnahme hierin mitaufgenommen ist.
Hintergrund der Erfindung
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor, der Verbrennungsstöße absorbieren kann und eine Lebensdauer verbessern kann.
Beschreibung der bezogenen Technik
Im Allgemeinen wird das Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors dargestellt durch das maximale Volumen einer Brennkammer vor einer Verdichtung und das minimale Volumen der Brennkammer nach der Verdichtung in einem Verdichtungshub des Verbrennungsmotors.
Die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht sich, indem das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors erhöht wird. Wenn allerdings das Verdichtungsverhältnis zu hoch ist, tritt ein sogenanntes Klopfen auf, und dies verringert sogar die Leistung des Verbrennungsmotors und führt auch zu einer Überhitzung des Verbrennungsmotors, einem Ausfall eines Ventils oder eines Kolben des Verbrennungsmotors und so weiter.
Entsprechend wird vor dem Auftreten des Klopfens das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors auf einen spezifischen Wert innerhalb eines geeigneten Bereiches gesetzt. Da das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Leistung des Verbrennungsmotors durch geeignetes Variieren des Verdichtungsverhältnisses gemäß der Last des Verbrennungsmotors verbessert werden können, werden somit verschiedene Ansätze vorgeschlagen, um das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors zu variieren.
Diese Ansätze zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors verwenden hauptsächlich Verfahren, die während eines Verdichtungshubes das Volumen der Brennkammer variieren. Beispielsweise wurden Verfahren vorgeschlagen, die während eines Verdichtungshubes die Höhe des oberen Totpunktes (OT) eines Kolbens variieren oder das Volumen einer in einem Zylinderkopf vorgesehenen Sub-Verdichtungskammer (z.B. Nebenverdichtungskammer) erhöhen oder verringern.
Das Variieren der Höhe des oberen Totpunktes eines Kolbens neigt dazu, die Struktur des Verbrennungsmotors kompliziert zu machen. Somit ist es wünschenswert, das Verdichtungsverhältnis durch Vorsehen einer Sub-Verdichtungskammer in einem Zylinderkopf zu variieren, um die Struktur zu vereinfachen und eine große Verbesserung in einem Luft-Kraftstoff-Verhältnis zu erzielen.
Da allerdings Verbrennungsstöße in einem Verbrennungshub direkt auf Elemente einer Variables-Verdichtungsverhältnis-Vorrichtung übertragen werden, kann die Lebensdauer der Elemente verschlechtert werden.
Die Informationen, welche in diesem Hintergrund-Abschnitt offenbart sind, dienen lediglich dem besseren Verständnis des allgemeinen Hintergrunds der Erfindung und sollten nicht als Zugeständnis oder als irgendeine Andeutung angesehen werden, dass diese Informationen zum Stand der Technik, wie er dem Fachmann schon bekannt ist, gehören.
Erläuterung der Erfindung
Die vorliegende Erfindung wurde im Bestreben gemacht, einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor bereitzustellen, der die Vorteile hat, die Lebensdauer zu verbessern, die Antriebskraft zum Betätigen einer Vorrichtung zu verringern und das Ansprechverhalten zu verbessern, indem eine Hydraulikkammer (z.B. Hydraulikdruckkammer) zum Absorbieren von Verbrennungsstößen vorgesehen wird.
Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß zahlreicher Aspekte der vorliegenden Erfindung kann aufweisen: ein Variabel-Kammer-Gehäuse in Fluidverbindung mit einer Brennkammer des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger, der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer bildet, einen Hydraulikzylinder, der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist, einen Hydraulikkolben, der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück (z.B. ein Gleitsteg) hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer zusammen mit dem Hydraulikzylinder zu bilden, und der mit dem Kammerplunger verbunden ist, einen Steuerplunger, der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist, einen Steuerzylinder, in dem der Steuerplunger angeordnet ist und der in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt, der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, sowie Hydraulikleitungen, die gemäß Relativpositionen des Steuerzylinders den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer oder die zweite Arbeitskammer beaufschlagen, oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer oder der zweiten Arbeitskammer entlasten.
Der Steuerzylinder kann ausgebildet sein mit einem Zuführanschluss, der den Steuerhydraulikdruck erhält, einem ersten Auslassanschluss und einem zweiten Auslassanschluss, um den Steuerhydraulikdruck zu entlasten (z.B. durch Auslassen einer Steuerhydraulikflüssigkeit), einen ersten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer und einen zweiten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer. Der Steuerplunger kann mit einem ersten und einem zweiten Steg (z.B. Ringsteg) ausgebildet sein, und der erste und der zweite Steg können imstande sein, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders können der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sein, oder können der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sein.
Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zum Hydraulikkolben hin bewegt, können der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer zu beaufschlagen, und können der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer durch den zweiten Auslassanschluss zu entlasten. Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt, können der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck auf die zweite Arbeitskammer zu beaufschlagen, und können der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Auslassanschluss zu entlasten.
Der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt kann aufweisen: eine Steuerwelle, einen exzentrischen Nocken, der mit der Steuerwelle verbunden ist, sowie ein Verbindungselement, das mit dem Steuerzylinder verbunden ist und mit dem exzentrischen Nocken drehbar verbunden ist, wobei das Verbindungselement die Relativpositionen des Steuerzylinders gemäß der Drehung der Steuerwelle wahlweise variiert.
Der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt kann eine Kurbel-Steuerwelle aufweisen, die verbunden ist mit dem Steuerzylinder zum Variieren der Relativpositionen des Steuerzylinders durch Drehung der Kurbel-Steuerwelle. Der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt kann aufweisen: eine Steuerzylinder-Feder, die den Steuerzylinder vorspannt, und einen Steuernocken, der den Steuerzylinder wahlweise drückt.
Der Steuerzylinder kann ausgebildet ein mit einem Zuführanschluss, der den Steuerhydraulikdruck erhält, einen ersten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer, einen zweiten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer und einen Neutralanschluss. Die Hydraulikleitungen können aufweisen: eine erste Hydraulikleitung, die die erste Arbeitskammer mit dem ersten Steueranschluss verbindet, eine zweite Hydraulikleitung, die die zweite Arbeitskammer mit dem zweiten Steueranschluss verbindet, und eine dritte Hydraulikleitung, die den Neutralanschluss mit der ersten Hydraulikleitung verbindet oder die Neutralleitung mit der zweiten Hydraulikleitung verbindet. Der Steuerplunger kann mit einem ersten und einem zweiten Steg ausgebildet sein. Der erste und der zweite Steg können imstande sein (z.B. so eingerichtet sein), jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß den Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders können der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sein, oder können der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sein.
Der Verbrennungsmotor kann ferner aufweisen: ein erstes Rückschlagventil, das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der ersten Hydraulikleitung eingefügt ist, und ein zweites Rückschlagventil, das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung eingefügt ist. Der Hydraulikdruck kann vom Neutralanschluss (z.B. nur) auf die erste Hydraulikleitung beaufschlagt werden, oder der Hydraulikdruck kann vom Neutralanschluss (z.B. nur) auf die zweite Hydraulikleitung beaufschlagt werden.
Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zum Hydraulikkolben hin bewegt, können der Zuführanschluss und der Neutralanschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die erste Arbeitskammer zu beaufschlagen und um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer durch den zweiten Steueranschluss zu entlasten. Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt, können der Zuführanschluss und der Neutralanschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die zweite Arbeitskammer zu beaufschlagen und um den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer durch den ersten Steueranschluss zu entlasten.
Der Verbrennungsmotor kann ferner aufweisen: eine Hydraulikzylinder-Feder, die innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist und den Hydraulikkolben zur Brennkammer hin vorspannt. Das erste und das zweite Rückschlagventil können gemäß einem Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder und einem Druck der Brennkammer geöffnet oder geschlossen werden.
Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zum Hydraulikkolben hin bewegt und das erste Rückschlagventil geöffnet ist (bzw. wird), kann der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die erste Arbeitskammer beaufschlagt werden und kann der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer durch den zweiten Steueranschluss entlastet werden. Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt und das zweite Rückschlagventil geöffnet ist (bzw. wird), kann der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die zweite Arbeitskammer beaufschlagt werden und kann der Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Steueranschluss entlastet werden.
Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß zahlreicher anderer Aspekte der vorliegenden Erfindung kann aufweisen: ein Variabel-Kammer-Gehäuse in Fluidverbindung mit einer Brennkammer des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger, der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer bildet, einen Hydraulikzylinder, der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist, einen Hydraulikkolben, der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer zusammen mit dem Hydraulikzylinder zu bilden, und der mit dem Kammerplunger verbunden ist, einen Steuerplunger, der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist und an dem ein erster und ein zweiter Steg ausgebildet sind, einen Steuerzylinder, in dem der Steuerplunger angeordnet ist und der in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist und der ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss, der den Steuerhydraulikdruck erhält, einen ersten Auslassanschluss und einen zweiten Auslassanschluss, um den Steuerhydraulikdruck zu entlasten, einen ersten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer und einen zweiten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt, der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, sowie Hydraulikleitungen, die gemäß den Relativpositionen des Steuerzylinders den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer oder die zweite Arbeitskammer beaufschlagen, oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer oder der zweiten Arbeitskammer entlasten. Der erste und der zweite Steg können imstande sein, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders können der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sein, oder können der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sein.
Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zum Hydraulikkolben hin bewegt, können der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer zu beaufschlagen, und (z.B. können der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sein) um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer durch den zweiten Auslassanschluss zu entlasten, und wenn sich der Steuerzylinder gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt, können der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sein, um den Steuerhydraulikdruck (z.B. des Neutralanschlusses) auf die zweite Arbeitskammer zu beaufschlagen, und (z.B. können der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sein) um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Auslassanschluss zu entlasten.
Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß zahlreicher weiterer Aspekte der vorliegenden Erfindung kann aufweisen: ein Variabel-Kammer-Gehäuse in Fluidverbindung mit einer Brennkammer des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger, der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer bildet, einen Hydraulikzylinder, der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist und mit einer Hydraulikzylinder-Feder ausgestattet ist, einen Hydraulikkolben, der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück hervorsteht, um zusammen mit dem Hydraulikzylinder eine erste und eine zweite Arbeitskammer zu bilden, der mit dem Kammerplunger verbunden ist und welcher Hydraulikkolben durch die Hydraulikzylinder-Feder zur Brennkammer hin elastisch gestützt ist, einen Steuerplunger, der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist und mit einem ersten und einem zweiten Steg ausgebildet ist, einen Steuerzylinder, in dem der Steuerplunger angeordnet ist und der in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist und der ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss, der den Steuerhydraulikdruck erhält, einem ersten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer, einem zweiten Steueranschluss in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer, und einen Neutralanschluss, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt, der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, Hydraulikleitungen, die eine erste Hydraulikleitung, welche die erste Arbeitskammer mit dem ersten Steueranschluss verbindet, eine zweite Hydraulikleitung, welche die zweite Arbeitskammer mit dem zweiten Steueranschluss verbindet, und eine dritte Hydraulikleitung aufweist, welche den Neutralanschluss mit der ersten Hydraulikleitung verbindet oder den Neutralanschluss mit der zweiten Hydraulikleitung verbindet, ein erstes Rückschlagventil, das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der ersten Hydraulikleitung eingefügt ist, und ein zweites Rückschlagventil, das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung eingefügt ist. Der erste und der zweite Steg können imstande sein, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders können der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sein, oder können der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sein.
Wenn sich der Steuerzylinder gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zum Hydraulikkolben hin bewegt und das erste Rückschlagventil geöffnet ist (bzw. wird), kann der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die erste Arbeitskammer beaufschlagt werden und kann der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer durch den zweiten Steueranschluss entlastet werden, und wenn sich der Steuerzylinder gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt und das zweite Rückschlagventil geöffnet ist (bzw. wird), kann der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die zweite Arbeitskammer beaufschlagt werden und der Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Steueranschluss entlastet werden.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann die Lebensdauer verbessert werden, die Antriebskraft zum Betätigen einer Vorrichtung verringert werden und kann das Ansprechverhalten verbessert werden, indem eine Hydraulik(druck)kammer zum Absorbieren der Verbrennungsstöße vorgesehen wird.
Die Verfahren und Vorrichtungen der vorliegenden Erfindung haben andere Merkmale und Vorteile, welche aus den beiliegenden Zeichnungen, die hierin aufgenommen sind, und der folgenden detaillierten Beschreibung, die zusammen dazu dienen, bestimmte Grundsätze der vorliegenden Erfindung zu erklären, ersichtlich sind oder darin ausführlicher dargelegt werden.
Erläuterung der Zeichnungen
1 ist eine Querschnittsansicht eines beispielhaften Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 2 und 3 sind Zeichnungen, die den Betrieb eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors aus 1 zeigen.
4 ist eine Zeichnung, die einen beispielhaften Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt zeigt, welcher auf einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
Die 5 und 6 sind Zeichnungen, die eine Variante des beispielhaften Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zeigen, welcher auf einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
7 ist eine Querschnittsansicht eines weiteren beispielhaften Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der vorliegenden Erfindung.
Die 8 und 9 sind Zeichnungen, die den Betrieb eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors aus 7 zeigen.
Detaillierte Beschreibung
Es wird nun im Detail Bezug genommen auf die verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung(en), von denen Beispiele in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt und unten beschrieben sind. Während die Erfindung(en) im Zusammenhang mit den Ausführungsbeispielen beschrieben wird/werden, versteht sich, dass die vorliegende Beschreibung nicht beabsichtigt, die Erfindung(en) auf diese beispielhaften Ausführungsformen zu beschränken. Im Gegenteil ist beabsichtigt, dass die Erfindung(en) nicht nur die beispielhaften Ausführungsformen, sondern auch verschiedene Alternativen, Modifikationen, Abwandlungen und andere Ausführungsformen deckt/decken, die in den Sinn und Schutzbereich der Erfindung(en) fallen, wie in den angehängten Patentansprüchen definiert.
Ein Bauteil, das für die Erläuterung keine Rolle spielt, wird weggelassen, um die vorliegende Erfindung klar zu beschreiben, und gleiche oder ähnliche Elemente werden in der gesamten Beschreibung durch die gleichen Bezugszeichen gekennzeichnet.
Es ist verständlich, dass, wenn ein Element wie eine Schicht, ein Film, ein Bereich oder ein Substrat als „auf“ einem anderen Element (angeordnet) bezeichnet wird, es direkt auf dem anderen Element sein kann oder auch zwischengeschaltete Elemente vorhanden sein können. Wenn hingegen ein Element als „direkt auf“ einem anderen Element (angeordnet) bezeichnet wird, sind keine zwischengeschalteten Elemente vorhanden. In der gesamten Beschreibung und den Ansprüchen werden, soweit nicht explizit das Gegenteil beschrieben wird, das Wort „aufweisen“ und Variationen wie „weist auf“ oder „aufweisend“ so verstanden, den Einschluss der genannten Elemente zu implizieren, aber nicht den Ausschluss von jeglichen anderen Elementen.
1 ist eine Querschnittsansicht eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die 2 und 3 sind Zeichnungen, die den Betrieb eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. 4 ist eine Zeichnung, die einen beispielhaften Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt zeigt, welcher auf einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung angewendet ist.
Bezugnehmend auf die 1 bis 4 wird ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Der Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kann mit einer an einem Zylinderkopf montierten Zündkerze 20 ausgestattet sein.
Der Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor 10 gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung weist auf: ein Variabel-Kammer-Gehäuse (bzw. Gehäuse der variablen Kammer) 40 in Fluidverbindung mit einer Brennkammer 30 des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger 50, der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses 40 angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse 40 eine variable Kammer 42 bildet, einen Hydraulikzylinder (z.B. Hydraulikdruckzylinder) 60, der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse 40 verbunden ist, einen Hydraulikkolben 70, der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders 60 angeordnet ist, von welchem (Hydraulikkolben) ein Gleitstück (z.B. ein Gleitsteg) 72 hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer 62 und 64 zusammen mit dem Hydraulikzylinder 60 zu bilden, und welcher mit dem Kammerplunger 50 verbunden ist, einen Steuerplunger 80, der mit dem Hydraulikkolben 70 verbunden ist, einen Steuerzylinder 90, in dem der Steuerplunger 80 angeordnet ist und welcher Steuerzylinder 90 in Bezug auf den Steuerplunger 80 relativ verschiebbar ist, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt 100, der den Steuerzylinder 90 wahlweise entlang seiner Längsrichtung bewegt, sowie Hydraulikleitungen (z.B. Hydraulikdruckleitungen), die die erste Arbeitskammer 62 oder die zweite Arbeitskammer 64 mit einem Steuerhydraulikdruck beaufschlagen oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer 62 oder der zweiten Arbeitskammer 64 entlasten gemäß Relativpositionen des Steuerzylinders 90.
Ein Zuführanschluss 92, der den Steuerhydraulikdruck erhält, ein erster Auslassanschluss 93 und ein zweiter Auslassanschluss 94 zum Entlasten des Steuerhydraulikdrucks (z.B. zum Auslassen der Hydraulikflüssigkeit), ein erster Steueranschluss 96 in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer 62 und ein zweiter Steueranschluss 98 in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer 64 sind an dem Steuerzylinder 90 ausgebildet.
Ein erster und ein zweiter Steg (z.B. Ringsteg) 82 und 84 sind am Steuerplunger 80 ausgebildet. Gemäß den Relativpositionen des Steuerplungers 80 und des Steuerzylinders 90 schließt der erste und der zweite Steg 82 und 84 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 96 und 98, sind der Zuführanschluss 92 und der erste Steueranschluss 96 in Fluidverbindung sowie der zweite Steueranschluss 98 und der zweite Auslassanschluss 94 in Fluidverbindung, oder sind der Zuführanschluss 92 und der zweite Steueranschluss 98 in Fluidverbindung sowie der erste Steueranschluss 96 und der erste Auslassanschluss 93 in Fluidverbindung.
Wenn eine Hydraulikpumpe 130 durch eine Ölzuführleitung 132 ein Öl zuführt, wird ein Hydraulikdruck durch den Zuführanschluss 92 auf den Steuerzylinder 90 beaufschlagt, werden (bzw. sind) der erste Steueranschluss 96 und die erste Arbeitskammer 62 durch eine erste Ölleitung 134 fluidverbunden, und werden (bzw. sind) der zweite Steueranschluss 98 und die zweite Arbeitskammer 64 durch eine zweite Ölleitung 136 fluidverbunden.
Wie in 1 gezeigt, können gemäß den Relativpositionen des Steuerplungers 80 und des Steuerzylinders 90 der erste und der zweite Steg 82 und 84 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 96 und 98 schließen. In diesem Zustand kann der Hydraulikdruck nicht auf die erste und die zweite Arbeitskammer 62 und 64 beaufschlagt werden, oder der Hydraulikdruck kann nicht aus der ersten und der zweiten Arbeitskammer 62 und 64 entlastet werden, und die Position des Kammerplungers 50 wird fixiert.
Wenn – wie in 2 gezeigt – sich der Steuerzylinder 90 gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100 in die Hydraulikkolben(70)-Richtung bewegt, werden der Zuführanschluss 92 und der erste Steueranschluss 96 fluidverbunden, um den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer 62 zu beaufschlagen, und der zweite Steueranschluss 98 und der zweite Auslassanschluss 94 werden fluidverbunden, um den Steuerhydraulikdruck durch den zweiten Auslassanschluss 94 aus der zweiten Arbeitskammer 64 zu entlasten.
Wenn der Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer 62 beaufschlagt wird und der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer 64 entlastet wird, bewegt sich der Hydraulikkolben 70 zur Brennkammer 30 hin, bewegt sich der mit dem Hydraulikkolben 70 verbundene Kammerplunger 50 auch in die Brennkammer(30)-Richtung, sodass das Verdichtungsverhältnis erhöht wird und der Kraftstoffverbrauch verbessert werden kann.
Wenn sich der Hydraulikkolben 70 in die Brennkammer(30)-Richtung bewegt, dann bewegt sich auch der Steuerplunger 80 in die Brennkammer(30)-Richtung. So können der erste und der zweite Steg 82 und 84 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 96 und 98 schließen. In diesem Zustand kann der Hydraulikdruck nicht auf die erste und die zweite Arbeitskammer 62 und 64 beaufschlagt werden, oder der Hydraulikdruck kann nicht aus der ersten und der zweiten Arbeitskammer 62 und 64 entlastet werden, und die Position des Kammerplungers 50 wird fixiert.
Wenn – wie in 3 gezeigt – sich der Steuerzylinder 90 gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100 vom Hydraulikkolben 70 weg bewegt, werden der Zuführanschluss 92 und der zweite Steueranschluss 98 fluidverbunden, um den Steuerhydraulikdruck auf die zweite Arbeitskammer 64 zu beaufschlagen, und werden der erste Steueranschluss 96 und der erste Auslassanschluss 93 fluidverbunden, um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer 62 durch den ersten Auslassanschluss 93 zu entlasten.
Wenn der Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer 62 entlastet wird und der Steuerhydraulikdruck auf die zweite Arbeitskammer 64 beaufschlagt wird, bewegt sich der Hydraulikkolben 70 weg von der Brennkammer 30, bewegt sich der mit dem Hydraulikkolben 70 verbundene Kammerplunger 50 auch in die entgegengesetzte Richtung zur Brennkammer 30, sodass das Verdichtungsverhältnis verringert wird und das Ausgangsdrehmoment erhöht werden kann.
Wenn sich der Hydraulikkolben 70 weg von der Brennkammer 30 bewegt, dann bewegt sich auch der Steuerplunger 80 weg von der Brennkammer 30. So können der erste und der zweite Steg 82 und 84 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 96 und 98 schließen. In diesem Zustand kann der Hydraulikdruck nicht auf die erste und die zweite Arbeitskammer 62 und 64 beaufschlagt werden, oder kann der Hydraulikdruck nicht aus der ersten und der zweiten Arbeitskammer 62 und 64 entlastet werden, und die Position des Kammerplungers 50 wird fixiert.
Nachfolgend wird bezugnehmend auf die 4 der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt 100 erläutert.
Der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt 100 gemäß verschiedener Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung weist auf eine Steuerwelle 102, einen mit der Steuerwelle 102 verbundenen, exzentrischen Nocken 104 sowie ein Verbindungselement (bzw. Verbindungsglied) 106, das mit dem Steuerzylinder 90 verbunden ist, drehbar mit dem exzentrischen Nocken 104 verbunden ist und eine Relativposition des Steuerzylinders 90 gemäß einer wahlweisen Drehung der Steuerwelle 102 variiert. Das Verbindungselement 106 und der Steuerzylinder 90 können durch einen Verbindungsstift 108 verbunden sein.
Die Steuerwelle 102 ist mit einem Schneckenrad 112 ausgestattet, das im Eingriff mit einer Schnecke 114 ist, und die Steuerwelle 102 kann die Relativposition des Steuerzylinders 90 gemäß einem Betrieb eines Antriebsmotors 115 steuern, der die Schnecke 114 antreibt.
5 ist eine Zeichnung, die eine Variante des beispielhaften Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zeigt, welcher auf einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist. Bezugnehmend auf 5 kann der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt 140 eine Kurbel-Steuerwelle 146 aufweisen, die mit dem Steuerzylinder 90 verbunden ist, und kann die Position des Steuerzylinders 90 durch wahlweises Drehen steuern.
Die Steuerwelle 146 ist mit einem Schneckenrad 142 ausgestattet, das mit einer Schnecke 144 im Eingriff ist, und die Steuerwelle 146 kann die Relativposition des Steuerzylinders 90 gemäß einem Betrieb eines Antriebsmotors 116 steuern, der die Schnecke 144 antreibt.
6 ist eine Zeichnung, die eine weitere Variante des beispielhaften Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes zeigt, welcher auf einen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor gemäß der vorliegenden Erfindung angewendet ist. Bezugnehmend auf 6 kann der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt 160 eine Steuerzylinder-Feder 164, die den Steuerzylinder 90 vorspannt, und einen Steuernocken 162 aufweisen, welcher den Steuerzylinder 90 wahlweise drückt. Gemäß der Drehung des Steuernockens 162 wird die Relativposition des Steuerzylinders 90 gesteuert.
7 ist eine Querschnittsansicht eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, und die 8 und 9 sind Zeichnungen, die den Betrieb eines Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen.
Der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt, der Kammerplunger und so weiter des Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der zweiten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind die gleichen wie jene des zuvor beschriebenen Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotors gemäß der ersten beispielhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung und somit werden (nur) andersartige Elemente und Funktionen beschrieben.
Das oben erläuterte Variabel-Kammer-Gehäuse 40 und ein Hydraulikzylinder (z.B. Hydraulikdruckzylinder) 220 sind verbunden, und ein Hydraulikkolben 210, von dem ein Gleitstück 212 hervorsteht, um zusammen mit dem Hydraulikzylinder 220 eine erste und eine zweite Arbeitskammer 222 und 224 zu bilden, ist verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders 220 angeordnet.
Der Hydraulikkolben 210 ist mit einem Steuerplunger 240 verbunden, der Steuerplunger 240 ist innerhalb eines Steuerzylinders 250 angeordnet und eine Relativposition des Steuerzylinders 250 wird durch die Betätigung des oben erläuterten Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100, 140 oder 160 gesteuert.
Ein Zuführanschluss 252, der den Steuerhydraulikdruck erhält, ein erster Steueranschluss 254 in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer 222, ein zweiter Steueranschluss 256 in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer 224 und ein Neutralanschluss (bzw. Mittelanschluss) 258 sind an dem Steuerzylinder 250 ausgebildet.
Eine Hydraulikpumpe 260 führt durch eine Ölzuführleitung 262 ein Öl dem Zuführanschluss 252 zu, eine erste Hydraulikleitung (z.B. Hydraulikdruckleitung) 264 verbindet die erste Arbeitskammer 222 mit dem ersten Steueranschluss 254, eine zweite Hydraulikleitung 266 verbindet die zweite Arbeitskammer 224 mit dem zweien Steueranschluss 256, und der Neutralanschluss 258 und die erste Hydraulikleitung 264 oder der Neutralanschluss 258 und die zweite Hydraulikdruckleitung 266 sind durch eine dritte Hydraulikleitung 268 in Fluidverbindung.
Ein erster und ein zweiter Steg 242 und 244 sind am Steuerplunger 240 ausgebildet. Gemäß den Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders schließen der erste und der zweite Steg 242 und 244 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 254 und 256, oder werden der Zuführanschluss 252, der Neutralanschluss 258 und der erste Anschluss 254 fluidverbunden, oder werden der Zuführanschluss 252, der Neutralanschluss 258 und der zweite Anschluss 256 fluidverbunden.
Der Verbrennungsmotor weist ferner ein erstes Rückschlagventil 270, das zwischen der dritten Hydraulikleitung 268 und der ersten Hydraulikleitung 264 zwischengeschaltet ist, und ein zweites Rückschlagventil 272 auf, das zwischen der dritten Hydraulikleitung 268 und der zweiten Hydraulikleitung 266 zwischengeschaltet ist. Der Steuerhydraulikdruck wird nur vom Neutralanschluss 258 auf die erste Hydraulikleitung 264 beaufschlagt, oder der Steuerhydraulikdruck wird nur vom Neutralanschluss 258 auf die zweite Hydraulikleitung 266 beaufschlagt.
Wenn – wie in 9 gezeigt – sich der Steuerzylinder 250 gemäß den Betätigungen des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100, 140 oder 160 in die Hydraulikkolben(210)-Richtung bewegt, werden der Zuführanschluss 252 und der Neutralanschluss 258 fluidverbunden, wird der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschluss 258 auf die erste Arbeitskammer 222 beaufschlagt und wird der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer 224 durch den zweiten Steueranschluss 256 entlastet.
Wenn – wie in 8 gezeigt – sich der Steuerzylinder 250 durch Betätigungen des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100, 140 oder 160 weg vom Hydraulikkolben 210 bewegt, wird der Zuführanschluss 252 und der Neutralanschluss 258 fluidverbunden, wird der Steuerhydraulikdruck vom Neutralanschluss 258 auf die zweite Arbeitskammer 224 beaufschlagt und wird der Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer 222 durch den ersten Steueranschluss 254 entlastet.
Eine Hydraulikzylinder-Feder 230 ist innerhalb des Hydraulikzylinders 220 angeordnet, um den Hydraulikkolben 210 zur Brennkammer 30 hin elastisch abzustützen, und das erste und das zweite Rückschlagventil 270 und 272 werden gemäß den Drücken des gesetzten (bzw. eingestellten) Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder 230 und den Drücken der Brennkammer geöffnet und geschlossen.
Das heißt, wenn im Zustand, in dem die Hydraulikzylinder-Feder 230 den Hydraulikkolben 210 drückt, der Druck der Brennkammer 30 durch Explosion des Kraftstoffes erhöht wird, wird der Druck der ersten Arbeitskammer 222 erhöht, um das Öl in der ersten Arbeitskammer 222 entlang der Pfeilrichtung in 8 zu übertragen.
Das heißt, wenn – wie in 8 gezeigt – der Steuerzylinder 250 sich durch Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100, 140 oder 160 weg von dem Hydraulikkolben 210 bewegt, wird das zweite Rückschlagventil 272 geöffnet.
Wenn in diesem Fall der Druck der Brennkammer 30 größer wird (bzw. ist) als der Druck des gesetzten Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder 230, beispielsweise 5 bar, wird (bzw. ist) der Druck der zweiten Arbeitskammer 224 kleiner als der Druck der ersten Arbeitskammer 222, sodass sich das Öl in der ersten Arbeitskammer 222 entlang der Pfeilrichtung bewegt, der Hydraulikkolben 210 sich aufwärts bewegt und das Verdichtungsverhältnis verringert wird. Dementsprechend wird das Ausgangsdrehmoment des Verbrennungsmotors erhöht.
Wenn der Druck der Brennkammer 30 kleiner wird (bzw. ist) als der Druck des gesetzten Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder 230, beispielsweise 5 bar, sind das zweite Rückschlagventil 272 und der zweite Steueranschluss 256 geschlossen, sodass die Bewegung des Hydraulikkolbens 210 begrenzt wird.
Wenn sich der Hydraulikkolben 210 weg von der Brennkammer 30 bewegt, bewegt sich auch der Steuerplunger 240 weg von der Brennkammer 30 und dann schließen der erste und der zweite Steg 242 und 244 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 254 und 256. In diesem Zustand kann der Steuerhydraulikdruck nicht auf die erste und die zweite Arbeitskammer 222 und 224 beaufschlagt werden oder aus der ersten und der zweiten Arbeitskammer entlastet werden, und die Position des Kammerplungers 50 wird fixiert.
Wenn – wie in 9 gezeigt – sich der Steuerzylinder 250 gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes 100, 140 oder 160 zum Hydraulikkolben 210 hin bewegt, wird das erste Rückschlagventil 270 geöffnet.
Wenn in diesem Fall der Druck der Brennkammer 30 kleiner wird (bzw. ist) als der Druck des gesetzten Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder 230, beispielsweise 5 bar, wird (bzw. ist) der Druck der zweiten Arbeitskammer 224 größer als der Druck der ersten Arbeitskammer 222, sodass sich das Öl in der zweiten Arbeitskammer 224 entlang der Pfeilrichtung bewegt, sich der Hydraulikkolben 210 abwärts bewegt und das Verdichtungsverhältnis erhöht wird. Somit kann der Kraftstoffverbrauch des Verbrennungsmotors verbessert werden.
Wenn der Druck der Arbeitskammer 30 größer wird (bzw. ist) als der Druck des gesetzten Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder 230, beispielsweise 5 bar, sind das erste Rückschlagventil 270 und der erste Steueranschluss 254 geschlossen, sodass die Bewegung des Hydraulikkolbens 210 begrenzt wird.
Wenn sich der Hydraulikkolben 210 zur Brennkammer 30 hin bewegt, bewegt sich der Steuerplunger 240 auch zur Brennkammer 30 hin, und dann schließen der erste und der zweite Steg 242 und 244 jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss 254 und 256. In diesem Zustand kann der Steuerhydraulikdruck nicht auf die erste und die zweite Arbeitskammer 222 und 224 aufgebracht werden oder aus der ersten und der zweiten Arbeitskammer entlastet werden, und die Position des Kammerplungers 50 wird fixiert.
Gemäß den beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung kann die Lebensdauer durch den Druck der Brennkammer verbessert werden, indem die Hydraulikkammer im Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor vorgesehen wird. Außerdem kann durch Vorsehen des Steuerplungers und des Steuerzylinders der Verlust der Antriebskraft zum Bewegen der Elemente verringert werden, und das Ansprechverhalten kann verbessert werden.
Die vorhergehenden Beschreibungen der spezifischen beispielhaften Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung dienen dem Zweck der Darstellung und Beschreibung. Sie sollen nicht als erschöpfend oder die Erfindung auf die genaue offenbarte Form einschränkend verstanden werden, und es sind offensichtlich viele Modifikationen und Variationen möglich angesichts der obigen Lehre. Die beispielhaften Ausführungsformen wurden ausgewählt und beschrieben, um bestimmte Grundsätze der Erfindung und deren praktische Anwendung zu erläutern und dadurch dem Fachmann die Herstellung und den Gebrauch der verschiedenen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sowie von deren zahlreichen Alternativen und Modifikationen zu ermöglichen. Es ist beabsichtigt, dass der Schutzumfang der Erfindung durch die angeführten Ansprüche und deren Äquivalente definiert wird.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

KR 10-2013-0158576 [0001]

Claims

Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor, aufweisend: ein Variabel-Kammer-Gehäuse (40) in Fluidverbindung mit einer Brennkammer (30) des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger (50), der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer (42) bildet, einen Hydraulikzylinder (60), der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist, einen Hydraulikkolben (70), der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück (72) hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer (62, 64) zusammen mit dem Hydraulikzylinder zu bilden, und der mit dem Kammerplunger verbunden ist, einen Steuerplunger (80), der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist, einen Steuerzylinder (90), in dem der Steuerplunger angeordnet ist und welcher in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100), der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, und Hydraulikleitungen (134, 136), die gemäß Relativpositionen des Steuerzylinders den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer oder die zweite Arbeitskammer beaufschlagen, oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer oder der zweiten Arbeitskammer entlasten.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, wobei der Steuerzylinder (90) ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss (92), der den Steuerhydraulikdruck erhält, einem ersten Auslassanschluss (93) und einem zweiten Auslassanschluss (94), um den Steuerhydraulikdruck zu entlasten, einem ersten Steueranschluss (96) in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer (62) und einem zweiten Steueranschluss (98) in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer (64), und der Steuerplunger (80) mit einem ersten und einem zweiten Steg (82, 84) ausgebildet ist, wobei der erste und der zweite Steg imstande sind, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, und gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sind, oder der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sind.
Der Verbrennungsmotor nach 2, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (90) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) zum Hydraulikkolben (70) hin bewegt, der Zuführanschluss (92) und der erste Steueranschluss (96) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer (62) zu beaufschlagen, und der zweite Steueranschluss (98) und der zweite Auslassanschluss (94) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer (64) durch den zweiten Auslassanschluss (94) zu entlasten.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 2 oder 3, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (90) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) vom Hydraulikkolben (70) weg bewegt, der Zuführanschluss (92) und der zweite Steueranschluss (98) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck auf die zweite Arbeitskammer (64) zu beaufschlagen, und der erste Steueranschluss (96) und der erste Auslassanschluss (93) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer (62) durch den ersten Auslassanschluss zu entlasten.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100) aufweist: eine Steuerwelle (102), einen exzentrischen Nocken (104), der mit der Steuerwelle verbunden ist, und ein Verbindungselement (106), das mit dem Steuerzylinder (90) verbunden ist und mit dem exzentrischen Nocken drehbar verbunden ist, wobei das Verbindungselement die Relativpositionen des Steuerzylinders gemäß der Drehung der Steuerwelle wahlweise variiert.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100) eine Kurbel-Steuerwelle (146) aufweist, die verbunden ist mit dem Steuerzylinder (90) zum Variieren der Relativpositionen des Steuerzylinders durch Drehung der Kurbel-Steuerwelle.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei der Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100) aufweist: eine Steuerzylinder-Feder (164), die den Steuerzylinder (90) vorspannt, und einen Steuernocken (162), der den Steuerzylinder wahlweise drückt.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei der Steuerzylinder (90) ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss (252), der den Steuerhydraulikdruck erhält, einen ersten Steueranschluss (254) in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer (222), einen zweiten Steueranschluss (256) in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer (224) und einen Neutralanschluss (258), die Hydraulikleitungen aufweisen: eine erste Hydraulikleitung (264), die die erste Arbeitskammer mit dem ersten Steueranschluss verbindet, eine zweite Hydraulikleitung (266), die die zweite Arbeitskammer mit dem zweiten Steueranschluss verbindet, und eine dritte Hydraulikleitung (268), die den Neutralanschluss mit der ersten Hydraulikleitung verbindet oder die Neutralleitung mit der zweiten Hydraulikleitung verbindet, und der Steuerplunger (240) mit einem ersten und einem zweiten Steg (242, 244) ausgebildet ist, wobei der erste und der zweite Steg imstande sind, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, und gemäß den Relativpositionen des Steuerplungers (240) und des Steuerzylinders (250) der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sind, oder der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sind.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 8, ferner aufweisend: ein erstes Rückschlagventil (270), das zwischen der dritten Hydraulikleitung (268) und der ersten Hydraulikleitung (264) eingefügt ist, und ein zweites Rückschlagventil (272), das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung (266) eingefügt ist, wobei der Hydraulikdruck vom Neutralanschluss auf die erste Hydraulikleitung beaufschlagt wird, oder der Hydraulikdruck vom Neutralanschluss auf die zweite Hydraulikleitung beaufschlagt wird.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 8 oder 9, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (250) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) zum Hydraulikkolben (210) hin bewegt, der Zuführanschluss (252) und der Neutralanschluss (258) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die erste Arbeitskammer (222) zu beaufschlagen und um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer (224) durch den zweiten Steueranschluss (256) zu entlasten.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 9 oder 10, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (250) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) vom Hydraulikkolben (210) weg bewegt, der Zuführanschluss (252) und der Neutralanschluss (258) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses (258) auf die zweite Arbeitskammer (224) zu beaufschlagen und um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer (222) durch den ersten Steueranschluss (254) zu entlasten.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 11, ferner aufweisend: eine Hydraulikzylinder-Feder (230), die innerhalb des Hydraulikzylinders (220) angeordnet ist und den Hydraulikkolben (210) zur Brennkammer (30) hin vorspannt.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 12, wobei das erste und das zweite Rückschlagventil (270, 272) gemäß einem Elastizitätskoeffizienten der Hydraulikzylinder-Feder (230) und einem Druck der Brennkammer (30) geöffnet oder geschlossen werden.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 13, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (250) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) zum Hydraulikkolben (210) hin bewegt und das erste Rückschlagventil (270) geöffnet ist, der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses (258) auf die erste Arbeitskammer (222) beaufschlagt wird und der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer (224) durch den zweiten Steueranschluss (256) entlastet wird.
Der Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 9 bis 14, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (250) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) vom Hydraulikkolben (210) weg bewegt und das zweite Rückschlagventil (272) geöffnet ist, der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses (258) auf die zweite Arbeitskammer (224) beaufschlagt wird und der Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer (222) durch den ersten Steueranschluss (254) entlastet wird.
Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor, aufweisend: ein Variabel-Kammer-Gehäuse (40) in Fluidverbindung mit einer Brennkammer (30) des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger (50), der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer (42) bildet, einen Hydraulikzylinder (60), der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist, einen Hydraulikkolben (70), der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück (72) hervorsteht, um eine erste und eine zweite Arbeitskammer (62, 64) zusammen mit dem Hydraulikzylinder zu bilden, und der mit dem Kammerplunger verbunden ist, einen Steuerplunger (80), der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist und an dem ein erster und ein zweiter Steg (82, 84) ausgebildet sind, einen Steuerzylinder (90), in dem der Steuerplunger angeordnet ist und welcher in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist und welcher ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss (92), der den Steuerhydraulikdruck erhält, einen ersten Auslassanschluss (93) und einen zweiten Auslassanschluss (94), um den Steuerhydraulikdruck zu entlasten, einen ersten Steueranschluss (96) in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer und einen zweiten Steueranschluss (98) in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer, einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100), der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, und Hydraulikleitungen (134, 136), die gemäß den Relativpositionen des Steuerzylinders den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer oder die zweite Arbeitskammer beaufschlagen, oder den Steuerhydraulikdruck aus der ersten Arbeitskammer oder der zweiten Arbeitskammer entlasten, wobei der erste und der zweite Steg imstande sind, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders der Zuführanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der zweite Steueranschluss und der zweite Auslassanschluss in Fluidverbindung sind, oder der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sowie der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sind.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 16, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (90) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) zum Hydraulikkolben (70) hin bewegt, der Zuführanschluss (92) und der erste Steueranschluss (96) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck auf die erste Arbeitskammer (62) zu beaufschlagen, und der zweite Steueranschluss (98) und der zweite Auslassanschluss (94) in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer (64) durch den zweiten Auslassanschluss zu entlasten, und wenn sich der Steuerzylinder gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt, der Zuführanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck auf die zweite Arbeitskammer zu beaufschlagen, und der erste Steueranschluss und der erste Auslassanschluss in Fluidverbindung sind, um den Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Auslassanschluss zu entlasten.
Ein Variables-Verdichtungsverhältnis-Verbrennungsmotor, aufweisend: ein Variabel-Kammer-Gehäuse (40) in Fluidverbindung mit einer Brennkammer (30) des Verbrennungsmotors, einen Kammerplunger (50), der verschiebbar innerhalb des Variabel-Kammer-Gehäuses angeordnet ist und zusammen mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse eine variable Kammer (42) bildet, einen Hydraulikzylinder (220), der mit dem Variabel-Kammer-Gehäuse verbunden ist und mit einer Hydraulikzylinder-Feder (230) ausgestattet ist, einen Hydraulikkolben (210), der verschiebbar innerhalb des Hydraulikzylinders angeordnet ist, von dem ein Gleitstück (212) hervorsteht, um zusammen mit dem Hydraulikzylinder eine erste und eine zweite Arbeitskammer (222, 224) zu bilden, welcher mit dem Kammerplunger verbunden ist und welcher Hydraulikkolben durch die Hydraulikzylinder-Feder zur Brennkammer (30) hin elastisch gestützt ist, einen Steuerplunger (240), der mit dem Hydraulikkolben verbunden ist und mit einem ersten und einem zweiten Steg (242, 244) ausgebildet ist, einen Steuerzylinder (250), in dem der Steuerplunger angeordnet ist und welcher in Bezug auf den Steuerplunger relativ verschiebbar ist und welcher ausgebildet ist mit einem Zuführanschluss (252), der den Steuerhydraulikdruck erhält, einem ersten Steueranschluss (254) in Fluidverbindung mit der zweiten Arbeitskammer, einem zweiten Steueranschluss (256) in Fluidverbindung mit der ersten Arbeitskammer, und einem Neutralanschluss (258), einen Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnitt (100), der den Steuerzylinder entlang seiner Längsrichtung wahlweise bewegt, Hydraulikleitungen, die eine erste Hydraulikleitung (264), welche die erste Arbeitskammer mit dem ersten Steueranschluss verbindet, eine zweite Hydraulikleitung (266), welche die zweite Arbeitskammer mit dem zweiten Steueranschluss verbindet, und eine dritte Hydraulikleitung (268) aufweist, welche den Neutralanschluss mit der ersten Hydraulikleitung verbindet oder den Neutralanschluss mit der zweiten Hydraulikleitung verbindet, ein erstes Rückschlagventil (270), das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der ersten Hydraulikleitung eingefügt ist, und ein zweites Rückschlagventil (272), das zwischen der dritten Hydraulikleitung und der zweiten Hydraulikleitung eingefügt ist, wobei der erste und der zweite Steg imstande sind, jeweilig den ersten und den zweiten Steueranschluss wahlweise zu schließen, gemäß Relativpositionen des Steuerplungers und des Steuerzylinders der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der erste Steueranschluss in Fluidverbindung sind, oder der Zuführanschluss, der Neutralanschluss und der zweite Steueranschluss in Fluidverbindung sind.
Der Verbrennungsmotor nach Anspruch 18, wobei, wenn sich der Steuerzylinder (250) gemäß einer Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes (100) zum Hydraulikkolben (210) hin bewegt und das erste Rückschlagventil (270) geöffnet ist, der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die erste Arbeitskammer (222) beaufschlagt wird und der Steuerhydraulikdruck der zweiten Arbeitskammer (224) durch den zweiten Steueranschluss (256) entlastet wird, und wenn sich der Steuerzylinder gemäß der Betätigung des Verdichtungsverhältnis-Steuerabschnittes vom Hydraulikkolben weg bewegt und das zweite Rückschlagventil (272) geöffnet ist, der Steuerhydraulikdruck des Neutralanschlusses auf die zweite Arbeitskammer beaufschlagt wird und der Steuerhydraulikdruck der ersten Arbeitskammer durch den ersten Steueranschluss entlastet wird.