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Für die Anmeldung wird die Priorität der am 30. Dezember 2013 eingereichten
koreanischen Patentanmeldung Nr. 10-2013-0167811 beansprucht, deren gesamter Inhalt durch Bezugnahme hierin einbezogen ist.
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Die Erfindung betrifft einen Motor mit variablem Kompressionsverhältnis, und insbesondere einen Motor mit variablem Kompressionsverhältnis, bei dem der Verbrennungsstoß absorbiert werden kann und die Haltbarkeit verbessert werden kann.
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Im Allgemeinen wird das Kompressionsverhältnis eines Verbrennungsmotors durch das größte Volumen einer Brennkammer vor der Kompression und das kleinste Volumen der Brennkammer nach der Kompression bei einem Kompressionshub des Verbrennungsmotors gebildet.
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Die Leistung des Verbrennungsmotors erhöht sich, wie das Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors erhöht wird. Jedoch tritt, wenn das Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors zu hoch ist, ein sogenanntes Klopfen auf, und dies verringert sogar die Leistung des Verbrennungsmotors und führt auch zu einer Überhitzung des Verbrennungsmotors, einem Defekt an einem Ventil oder einem Kolben des Verbrennungsmotors usw.
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Dementsprechend wird das Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors auf einen bestimmten Wert innerhalb eines geeigneten Bereichs vor dem Auftreten des Klopfens gesetzt. Es gibt verschiedene Methoden, um das Luft-Kraftstoff-Verhältnis und die Leistung des Verbrennungsmotors durch angemessenes Variieren des Kompressionsverhältnisses entsprechend der Belastung des Verbrennungsmotors zu verbessern.
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Bei den häufigsten Methoden zum Variieren des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors wird das Volumen der Brennkammer während eines Kompressionshubes variiert.
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Zum Beispiel gibt es Methoden, bei denen die Höhe des oberen Totpunktes eines Kolbens während eines Kompressionshubes variiert wird oder das Volumen einer in einem Zylinderkopf vorgesehenen Nebenkompressionskammer erhöht oder verringert wird.
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Das Variieren der Höhe des oberen Totpunktes eines Kolbens führt zu einer Verkomplizierung der Struktur des Verbrennungsmotors. Daher ist es erwünscht, das Kompressionsverhältnis durch Vorsehen einer Nebenkompressionskammer in einem Zylinderkopf zu variieren, um die Struktur zu vereinfachen und eine große Verbesserung des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses zu erzielen.
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Jedoch kann, da der Verbrennungsstoß bei einem Verbrennungshub direkt an die Bauteile einer Vorrichtung für ein variables Kompressionsverhältnis übertragen wird, die Haltbarkeit der Bauteile verschlechtert werden.
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Mit der Erfindung wird ein Motor mit variablem Kompressionsverhältnis geschaffen, bei dem die Haltbarkeit verbessert wird, die Leistung zum Betreiben einer Vorrichtung reduziert wird und das Ansprechverhalten durch Vorsehen einer Hydraulikdruckkammer zum Absorbieren eines Verbrennungsstoßes verbessert wird.
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Gemäß der Erfindung kann ein Motor mit variablem Kompressionsverhältnis ein Gehäuse, das mit einer Brennkammer des Motors verbunden ist, einen Kolben, der innerhalb des Gehäuses gleitend angeordnet ist, eine variable Kammer, die mit der Brennkammer verbunden ist, innerhalb des Gehäuses bildet, eine Hydraulikdruckkammer zwischen dem Kolben und dem Gehäuse bildet und eine Leckageleitung zum Fließen von aus der Hydraulikdruckkammer leckendem Öl aufweist, einen Verbindungsschaft, der mit dem Kolben verbunden ist und eine Ölabflussleitung zum Entweichen des Öls in der Leckageleitung aufweist, eine Ölzuführvorrichtung, die Öl zu der Hydraulikdruckkammer führt, und eine Kompressionsverhältnis-Steuereinrichtung aufweisen, die mit dem Verbindungsschaft verbunden ist und eine relative Position des Kolbens steuert.
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Ein Kolbenring kann zwischen dem Kolben und dem Gehäuse angeordnet sein.
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Eine Leckagenut kann in dem Kolben derart ausgebildet sein, dass das aus der Hydraulikdruckkammer leckende Öl temporär gespeichert werden kann.
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Eine Ölöffnung kann in dem Gehäuse ausgebildet sein, und die Ölzuführvorrichtung kann eine Hydraulikpumpe und ein Ölsteuerventil aufweisen, welches das von der Hydraulikpumpe zugeführte Öl über die Ölöffnung wahlweise zu der Hydraulikdruckkammer führt.
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Die Ölzuführvorrichtung kann ferner einen Speicher aufweisen, der mit dem Ölsteuerventil in Verbindung steht.
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Die Ölzuführvorrichtung kann ferner ein Rückschlagventil aufweisen, das zwischen der Hydraulikpumpe und dem Ölsteuerventil angeordnet ist.
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Die Kompressionsverhältnis-Steuereinrichtung kann eine Steuerwelle, einen Exzenternocken, der mit der Steuerwelle verbunden ist, ein Verbindungsstück, das den Exzenternocken mit dem Verbindungsschaft verbindet, und eine Antriebseinheit aufweisen, welche die Steuerwelle wahlweise dreht.
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Die Antriebseinheit kann ein Schneckenrad, das mit der Steuerwelle verbunden ist, und einen Antriebsmotor aufweisen, der eine Schnecke antreibt, die mit dem Schneckenrad im Eingriff steht.
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Die Kompressionsverhältnis-Steuereinrichtung kann eine Kurbelsteuerwelle, die mit dem Verbindungsschaft verbunden ist, und eine Antriebseinheit aufweisen, welche die Kurbelsteuerwelle wahlweise dreht.
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Die Antriebseinheit kann ein Schneckenrad, das mit der Kurbelsteuerwelle verbunden ist, und einen Antriebsmotor aufweisen, der eine Schnecke antreibt, die mit dem Schneckenrad im Eingriff steht.
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Ein Motor mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß der Erfindung kann die Haltbarkeit verbessern, die Leistung zum Betreiben einer Vorrichtung reduzieren und das Ansprechverhalten durch Vorsehen einer Hydraulikdruckkammer zum Absorbieren eines Verbrennungsstoßes verbessern.
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Die Erfindung wird mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:
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1 einen Schnitt eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung;
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2 eine perspektivische Teilansicht eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung; und
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3 eine perspektivische Teilansicht eines Motors mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer anderen beispielhaften Ausführungsform der Erfindung.
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In den Figuren sind gleiche oder äquivalente Teile mit denselben Bezugszeichen bezeichnet.
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Mit Bezug auf die 1 und 2 weist ein Motor 10 mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung ein Gehäuse 40, das mit einer Brennkammer 50 verbunden ist, einen Kolben 50, der innerhalb des Gehäuses 40 gleitend angeordnet ist und eine variable Kammer 80 bildet, die mit der Brennkammer 30 verbunden ist, einen Verbindungsschaft 60, der mit dem Kolben 50 verbunden ist, eine Ölzuführvorrichtung 150 und eine Steuereinrichtung 110 zur Steuerung eines Kompressionsverhältnisses auf.
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Der Kolben 50 bildet zusammen mit dem Gehäuse 40 eine Hydraulikdruckkammer 100 und weist darin eine Leckageleitung 52 zum Fließen von aus der Hydraulikdruckkammer (100) leckendem Öl auf.
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In dem Verbindungsschaft 60 ist eine Ölabflussleitung 62 zum Entweichen des Öls in der Leckageleitung 52 ausgebildet, und die Ölzuführvorrichtung 150 führt Öl zu der Hydraulikdruckkammer 100.
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Zwischen dem Kolben 50 und dem Gehäuse 40 ist ein Kolbenring 57 zum Unterdrücken der Leckage des Öls in der Hydraulikdruckkammer 100 angeordnet.
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In dem Kolben 50 ist eine Leckagenut 55 ausgebildet, in der das aus der Hydraulikdruckkammer 100 zwischen dem Kolbenring 57 und dem Gehäuse 40 leckende Öl temporär gespeichert werden kann.
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Der Motor 10 mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß der Erfindung kann mit einer Zündkerze 20 und dem Gehäuse 40 an einem Zylinderkopf versehen werden und somit durch eine einfache Gestaltungsänderung realisiert werden.
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In dem Gehäuse 40 ist eine Ölöffnung 42 ausgebildet, und die Ölzuführvorrichtung 150 weist eine Hydraulikpumpe (P) 154 und ein Ölsteuerventil (OCV) 152 auf, welches das von der Hydraulikpumpe 154 zugeführte Öl über die Ölöffnung 42 wahlweise zu der Hydraulikdruckkammer 100 führt.
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Die Ölzuführvorrichtung 150 kann ferner einen Speicher 156, der mit dem Ölsteuerventil 152 verbunden ist, und ein Rückschlagventil 158 aufweisen, das zwischen der Hydraulikpumpe 154 und dem Ölsteuerventil 152 angeordnet ist. Das Rückschlagventil 158 kann verhindern, dass das Öl zu der Hydraulikpumpe 154 zurückfließt.
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Die Steuereinrichtung 110 weist eine Steuerwelle 112, einen Exzenternocken 114, der mit der Steuerwelle 112 verbunden ist, ein Verbindungsstück 116, das den Exzenternocken 114 mit dem Verbindungsschaft 60 verbindet, und eine Antriebseinheit 120 auf, welche die Steuerwelle 112 wahlweise dreht. Der Verbindungsschaft 60 und das Verbindungsstück 116 sind über einen Verbindungsbolzen 118 miteinander verbunden.
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Die Antriebseinheit 120 weist ein Schneckenrad 122, das mit der Steuerwelle 112 verbunden ist, und einen Antriebsmotor 126 auf, der eine Schnecke 124 antreibt, die mit dem Schneckenrad 122 im Eingriff steht.
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Nachfolgend wird mit Bezug auf die 1 und 2 der Betrieb des Motors 10 mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer beispielhaften Ausführungsform der Erfindung beschrieben.
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Entsprechend den Betriebszuständen eines Motors bestimmt eine Motorsteuereinheit (ECU) ein Kompressionsverhältnis.
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Zum Beispiel wird der Motor 10 mit variablem Kompressionsverhältnis in einem Teillastbereich mit einem hohen Kompressionsverhältnis betrieben, um den Kraftstoffverbrauch zu verbessern, und in einem Volllastbereich mit einem niedrigen Kompressionsverhältnis betrieben, um das Drehmoment zu erhöhen.
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Das heißt, im Teillastbereich steuert die Motorsteuereinheit den Betrieb des Antriebsmotors 126 zur Drehung der Steuerwelle 112 derart, dass der Kolben 50 in Richtung zu der Brennkammer 30 bewegt wird.
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Dann wird das Volumen der variablen Kammer 80 derart reduziert, dass das Kompressionsverhältnis des Motors 10 erhöht wird, so dass eine Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs realisiert werden kann.
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Im Volllastbereich steuert die Motorsteuereinheit den Betrieb des Antriebsmotors 126 zur Drehung der Steuerwelle 112 derart, dass der Kolben 50 von der Brennkammer 30 weg bewegt wird.
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Dann wird das Volumen der variablen Kammer 80 derart erhöht, dass das Kompressionsverhältnis des Motors 10 reduziert wird, so dass das Drehmoment des Motors 10 erhöht werden kann.
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In diesem Falle wird der Verbrennungsdruck der Brennkammer 30 an den Kolben 50 und dann an das Öl in der Hydraulikdruckkammer 100 übertragen. Der an das Öl übertragene Verbrennungsdruck breitet sich auf das Gehäuse 40 und den mit dem Gehäuse 40 verbundenen Zylinderkopf aus.
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Daher wird der Explosionsstoß infolge der Verbrennung des Kraftstoffs nicht an ein bestimmtes Bauteil, sondern an die gesamten Bauteile des Motors übertragen, so dass die gesamte Haltbarkeit verbessert werden kann.
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Bei diesem Prozess kann infolge des Stoßes, der an die Hydraulikdruckkammer 100 übertragen wird, teilweise Öl aus dieser lecken.
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Der Kolbenring 57, der zwischen dem Kolben 50 und dem Gehäuse 40 angeordnet ist, kann die Leckage des Öls in der Hydraulikdruckkammer 100 unterdrücken. Selbst wenn eine Leckage des Öls zwischen dem Kolbenring 57 und dem Gehäuse 40 auftritt, kann die Leckagenut 55 das Lecköl temporär speichern.
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Das Lecköl kann über die Leckageleitung 52 und die Ölabflussleitung 62 entweichen. Der Druck innerhalb der Hydraulikdruckkammer 100 wird infolge des Explosionsstoßes während der Verbrennung erhöht und kann das Öl ausstoßen.
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Wenn die Motorsteuereinheit den Betrieb der Steuereinrichtung 110 steuert, um den Kolben 50 zu bewegen, steuert die Motorsteuereinheit auch den Betrieb des Ölsteuerventils 152.
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Das heißt, wenn das Kompressionsverhältnis des Motors 10 reduziert wird, gibt das Ölsteuerventil 152 durch die Steuerung der Motorsteuereinheit das Öl innerhalb der Hydraulikdruckkammer 100 frei. Im Gegensatz dazu führt, wenn das Kompressionsverhältnis des Motors 10 erhöht wird, das Ölsteuerventil 152 durch die Steuerung der Motorsteuereinheit das Öl zu der Hydraulikdruckkammer 100.
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Wenn das Ölsteuerventil 152 das Öl in der Hydraulikdruckkammer 100 freigibt, kann das Öl in dem Speicher 156 gespeichert werden, und wenn das Ölsteuerventil 152 das Öl zu der Hydraulikdruckkammer 100 führt, kann das in dem Speicher 156 gespeicherte Öl zu der Hydraulikdruckkammer 100 geführt werden. Auf diese Weise kann das Zuführen und Freigeben des Öls problemlos erreicht werden.
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Bei einem Motor mit variablem Kompressionsverhältnis gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung weist eine Steuereinrichtung 130 zur Steuerung eines Kompressionsverhältnisses eine Kurbelsteuerwelle 132, die mit dem Verbindungsschaft 60 verbunden ist, und eine Antriebseinheit 140 auf, welche die Kurbelsteuerwelle 132 wahlweise dreht.
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Die Antriebseinheit 140 weist ein Schneckenrad 142, das mit der Kurbelsteuerwelle 132 verbunden ist, und einen Antriebsmotor 146 auf, der eine Schnecke 144 antreibt, die mit dem Schneckenrad 142 im Eingriff steht.
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Wenn die Antriebseinheit 140 betrieben wird, um die Kurbelsteuerwelle 132 zu drehen, wird die relative Position des Kolbens 50 geändert, um das Kompressionsverhältnis des Motors zu variieren.
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Die in 3 gezeigte beispielhafte Ausführungsform der Erfindung ist mit Ausnahme der Steuereinrichtung 130 gleich der in den 1 und 2 gezeigten beispielhaften Ausführungsform der Erfindung, so dass eine wiederholte Beschreibung weggelassen wird.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- KR 10-2013-0167811 [0001]
