DE102015122393B4

DE102015122393B4 - Längenvariable pleuelstange, verbrennungskraftmaschine mit variabler verdichtung und verfahren zur herstellung der längenvariablen pleuelstange

Info

Publication number: DE102015122393B4
Application number: DE102015122393.7A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Ezaki; Akio Kidooka; Yoshiro Kamo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2014-12-22
Filing date: 2015-12-21
Publication date: 2019-05-09
Anticipated expiration: 2035-12-22
Also published as: DE102015122393A1

Abstract

Längenvariable Pleuelstange (6), aufweisend:
ein exzentrisches Element (32) mit einer Hülse (321), die mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) versehen ist, die einen Kolbenbolzen (21) aufnimmt, einer ersten Platte (322), die an einem Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) versehen ist, einer zweiten Platte (323), die am anderen Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) versehen ist, und Verbindungsstiften (324), die die erste Platte (322) und die zweite Platte (323) in einem Zustand, in dem sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) und den zweiten Verbindungsstiftaufhahmeöffnungen (323a) aufgenommen sind, verbinden;
einen Pleuelstangenkörper (31), der aufweist: einen Endabschnitt (31a) mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) versehen ist, die einen Kurbelzapfen (22) der Kurbelwelle aufnimmt, einen Endabschnitt (31b) mit kleinem Durchmesser, der mit einer ersten Hülsenaufnahmeöffnung (42) versehen ist, welche die Hülse (321) schwenkbar aufnimmt, und einen Stangenabschnitt (31c), der sich zwischen dem Endabschnitt (31a) mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt (31b) mit dem kleinen Durchmesser erstreckt;
einen Hydraulikzylinder (33a, 34a), der am Stangenabschnitt (31c) ausgebildet ist;
einen Hydraulikkolben (33b, 34b), der im Hydraulikzylinder (33a, 34a) gleitet; und
ein Verbindungselement (45, 46), das den Verbindungsstift (324) und den Hydraulikkolben (33b, 34b) verbindet,
wobei eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) exzentrisch zu einer Schwenkachse der Hülse (321) ist,
dadurch gekennzeichnet, dass
die Hülse (321) und die erste Platte (322) einteilig aus einem gemeinsamen Werkstoff hergestellt sind.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenvariable Pleuelstange, eine Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung, die mit einer längenvariablen Pleuelstange ausgestattet ist, und ein Verfahren zur Herstellung einer längenvariablen Pleuelstange.
Allgemeiner Stand der Technik
Bereits bekannt ist eine Verbrennungskraftmaschine, die mit einem verdichtungsvariierenden Mechanismus ausgestattet ist, der eine mechanische Verdichtung in der Verbrennungskraftmaschine ändern kann. Als solch ein verdichtungsvariierender Mechanismus wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen. Als einer davon kann einer genannt werden, der die effektive Länge einer in der Verbrennungskraftmaschine verwendeten Pleuelstange ändern kann (beispielsweise JP 2015 - 45 409 A und WO 2014/ 019 683 A1 ). In diesem Zusammenhang bedeutet „effektive Länge einer Pleuelstange“ die Länge zwischen einer Mitte einer Kurbelaufnahmeöffnung, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, und einer Mitte einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung, die einen Kolbenbolzen aufnimmt. Wenn die effektive Länge einer Pleuelstange länger wird, wird ein Volumen einer Brennkammer, wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs steht, kleiner, und daher wird die mechanische Verdichtung größer. Wenn die effektive Länge einer Pleuelstange kürzer wird, wird das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs steht, dagegen größer, und daher wird die mechanische Verdichtung geringer.
Als längenvariable Pleuelstange, deren effektive Länge geändert werden kann, ist eine bekannt, die mit einem Pleuelstangenkörper versehen ist, der ein kleines Ende aufweist, an dem ein exzentrisches Element (ein exzentrischer Arm oder eine exzentrische Hülse) vorgesehen ist, das in Bezug auf den Pleuelstangenkörper schwenkbar ist (beispielsweise JP 2015 - 45 409 A und WO 2014/ 019 683 A1 ). Das exzentrische Element weist eine Kolbenbolzenaufnahmeöffnung auf, die den Kolbenbolzen aufnimmt. Diese Kolbenbolzenaufnahmeöffnung ist so vorgesehen, dass sie in Bezug auf eine Schwenkachse des exzentrischen Elements versetzt ist. Bei einer solchen längenvariablen Pleuelstange kann die effektive Länge der Pleuelstange entsprechend geändert werden, wenn die Schwenkposition des exzentrischen Elements geändert wird.
Bei der in der JP 2015 - 45 409 A und der WO 2014/ 019 683 A1 beschriebenen längenvariablen Pleuelstange bewirkt ein Hydraulikkolbenmechanismus, der am Pleuelstangenkörper vorgesehen ist, dass ein exzentrisches Element verschwenkt wird, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange geändert wird. Bei dieser längenvariablen Pleuelstange weist das exzentrische Element auf: eine Hülse, die schwenkbar an einer Hülsenöffnung aufgenommen ist, die an einem einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitt des Pleuelstangenkörpers vorgesehen ist, und zwei Platten, die an den beiden Enden der Hülse angebracht sind. Ferner ist der Hydraulikkolbenmechanismus mit dem exzentrischen Element über Verbindungsbolzen bzw. -stifte verbunden, die in Stiftaufnahmeöffnungen aufgenommen werden, die an den beiden Platten des exzentrischen Elements vorgesehen sind.
Darüber hinaus offenbart die nachveröffentlichte Druckschrift DE 10 2013 014 090 A1 einen Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit mindestens einem Zylinder und mit einer Kurbelwelle, an der mindestens eine Pleuelstange angreift, wobei die oder jede Pleuelstange ein Hublagerauge zur Anbindung derselben an der Kurbelwelle, ein Pleuellagerauge zur Anbindung derselben an einem Kolben eines Zylinders und eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge aufweist, und wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter und an dem Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen aufweist, die von einem in mit den Exzenterstangen zusammenwirkenden Hydraulikkammern herrschenden Hydraulikdruck beaufschlagt sind, wobei der Exzenterhebel mindestens ein Exzenterhebelsegment aufweist, wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment in Axialrichtung des Exzenters gesehen vor und/oder hinter dem Pleuellagerauge positioniert ist, und wobei das oder jedes Exzenterhebelsegment mit dem Exzenter fest verbunden ist.
Weiterer relevanter Stand der Technik ist in den Druckschriften DE 31 48 193 A1 und US 2003 / 0 075 125 A1 offenbart.
Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Jedoch sind bei der in der JP 2015 - 45 409 A und der WO 2014/ 019 683 A1 beschriebenen längenvariablen Pleuelstange die Hülse und die beiden Platten des exzentrischen Elements separate Teile, und wenn die Platten durch Schweißen usw. an der Hülse befestigt werden, kommt es leicht zu einer Abweichung der relativen Lagebeziehung zwischen der Schwenkachse des exzentrischen Elements und den Achsen der Stiftaufnahmeöffnungen. Falls es zu einer Abweichung der Lagebeziehung kommt, ändert sich die Schwenkposition des exzentrischen Elements, wenn sich ein Hydraulikkolben bewegt, und damit auch die Position der Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung. Infolgedessen weichen die effektive Länge der Pleuelstange und dadurch auch die mechanische Verdichtung in der Verbrennungskraftmaschine am Ende von den Auslegungswerten ab.
Angesichts des oben genannten Problems ist daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung einer längenvariablen Pleuelstange, deren effektive Länge durch Verschwenken eines exzentrischen Elements mit einem Hydraulikkolbenmechanismus geändert werden kann, wobei es möglich ist, die Abweichung der effektiven Länge der Pleuelstange vom Auslegungswert zu verringern.
Lösung des Problems
Das vorstehende Problem bzw. die vorstehende Aufgabe wird durch die Gegenstände der Ansprüche 1, 5 und 6 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
Ein erster Aspekt der vorliegenden Erfindung betrifft eine längenvariable Pleuelstange, die aufweist: ein exzentrisches Element, das eine Hülse aufweist, die mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, eine erste Platte, die an einem Endabschnitt der Hülse angeordnet ist und mit ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen versehen ist, eine zweite Platte, die am anderen Endabschnitt der Hülse angeordnet ist und mit zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen versehen ist, und Verbindungsstifte, die in einem Zustand, in dem sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen und den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen aufgenommen sind, die erste Platte und die zweite Platte miteinander verbinden; einen Pleuelstangenkörper, der aufweist: einen Endabschnitt mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, einen Endabschnitt mit kleinem Durchmesser, der mit einer ersten Hülsenaufnahmeöffnung versehen ist, in der die Hülse schwenkbar aufgenommen wird, und einen Stangenabschnitt, der sich zwischen dem Endabschnitt mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt mit dem kleinen Durchmesser erstreckt; einen Hydraulikzylinder, der am Stangenabschnitt ausgebildet ist; einen Hydraulikkolben, der im Hydraulikzylinder gleitet; und ein Verbindungselement, das den Verbindungsstifte und den Hydraulikkolben verbindet, wobei eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung exzentrisch zu einer Schwenkachse der Hülse ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse und die erste Platte einteilig aus einem gemeinsamen Werkstoff ausgebildet sind.
Gemäß einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann die erste Platte zusätzlich zu dem vorstehenden ersten Aspekt eine Steifigkeit aufweisen, die größer ist als die der zweiten Platte.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung können zusätzlich zum ersten oder zweiten Aspekt die Verbindungsstifte in einem Zustand, wo sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen aufgenommen sind, an der ersten Platte durch kaltes Umformen befestigt werden oder sie können in die ersten Verbindungsstiftaufhahmeöffnungen pressgepasst werden, und werden in einem Zustand, wo sie in den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen aufgenommen sind, durch kaltes Umformen an der zweiten Platte befestigt, oder sie werden in die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen pressgepasst.
Gemäß einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung kann zusätzlich zu jedem der ersten bis dritten Aspekte eine zweite Hülsenaufnahmeöffnung in der zweiten Platte vorgesehen sein, die Hülse kann einen Abschnitt mit großem Durchmesser, der an dem einen Endabschnitt positioniert ist, und einen Abschnitt mit kleinem Durchmesser aufweisen, der am anderen Endabschnitt positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Abschnitts mit dem großen Durchmesser, der Abschnitt mit dem großen Durchmesser kann in der ersten Hülsenaufnahmeöffnung aufgenommen werden, und der Abschnitt mit dem kleinen Durchmesser kann in der zweiten Hülsenaufnahmeöffnung aufgenommen werden.
Gemäß einem fünften Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung angegeben, die in der Lage ist, eine mechanische Verdichtung zu ändern und die die längenvariable Pleuelstange der ersten bis fünften Aspekte aufweist und die mechanische Verdichtung durch Ändern einer Länge zwischen einer Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung und einer Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung mit der längenvariablen Pleuelstange ändert.
Gemäß einem sechsten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren angegeben zur Herstellung einer längenvariablen Pleuelstange, die aufweist: ein exzentrisches Element, das eine Hülse aufweist, die mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, eine erste Platte, die an einem Endabschnitt der Hülse angeordnet ist und mit ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen versehen ist, eine zweite Platte, die am anderen Endabschnitt der Hülse angeordnet ist und mit zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen versehen ist, und Verbindungsstifte, die in einem Zustand, in dem sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen und den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen aufgenommen sind, die erste Platte und die zweite Platte miteinander verbinden, einen Pleuelstangenkörper mit einem Endabschnitt mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, einem Endabschnitt mit kleinem Durchmesser, der mit einer Hülsenaufnahmeöffnung versehen ist, welche die Hülse so aufnimmt, dass diese schwenkbar ist, und einem Stangenabschnitt, der sich zwischen dem Endabschnitt mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt mit dem kleinen Durchmesser erstreckt, einen Hydraulikzylinder, der am Stangenabschnitt ausgebildet ist, einen Hydraulikkolben, der im Hydraulikzylinder gleitet, und ein Verbindungselement, das den Verbindungsstift und den Hydraulikkolben verbindet, wobei eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung exzentrisch zu einer Schwenkachse der Hülse ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren einen Schritt des einstückigen Ausbildens bzw. einteiligen Herstellens der Hülse und der ersten Platte aus einem gemeinsamen Werkstoff, einen Schritt des Einführens der Hülse in die Hülsenaufnahmeöffnung, einen Schritt des Anordnens der zweiten Platte am anderen Endabschnitt der Hülse und einen Schritt des Verbindens der ersten Platte, der zweiten Platte und des Verbindungselements durch die Verbindungsstifte beinhaltet.
Zusätzlich zum sechsten Aspekt kann in einem siebten Aspekt der Schritt des Verbindens der ersten Platte, der zweiten Platte und des Verbindungselements durch die Verbindungsstifte einen Schritt des Einführens der Verbindungsstifte in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen und des Befestigens der Verbindungsstifte an der ersten Platte durch kaltes Umformen oder einen Schritt des Presspassens der Verbindungsstifte in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen und einen Schritt des Einführens der Verbindungsstifte in die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen und des Befestigens der Verbindungsstifte an der zweiten Platte durch kaltes Umformen oder einen Schritt des Presspassens der Verbindungsstifte beinhalten.
Gemäß der vorliegenden Erfindung kann bei einer längenvariablen Pleuelstange, deren effektive Länge durch Verschwenken eines exzentrischen Elements mit dem Hydraulikkolbenmechanismus geändert werden kann, die Abweichung der effektiven Länge der Pleuelstange vom Auslegungswert verringert werden.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts eines Pleuelstangenkörpers.
5 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts eines Pleuelstangenkörpers.
6 ist eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie A-A von 3.
7 ist eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie B-B von 3.
8 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange, in der die Region, in der ein Strömungsrichtungsumkehrmechanismus vorgesehen ist, vergrößert dargestellt ist.
9A ist eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie VIII-VIII von 8, während 9B eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie IX-IX von 8 ist.
10A und 10B sind seitliche Querschnittsdarstellungen, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform zeigen.
11 ist eine schematische Darstellung, die den Betrieb eines Strömungsrichtungswechselmechanismus zeigt, wenn Öldruck von einer Öldruckversorgungsquelle zu Schaltstiften geliefert wird.
12 ist eine schematische Darstellung, die den Betrieb eines Strömungsrichtungswechselmechanismus zeigt, wenn kein Öldruck von einer Öldruckversorgungsquelle zu Schaltstiften geliefert wird.
13 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.
14 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts eines Pleuelstangenkörpers.
15 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung eines einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts eines Pleuelstangenkörpers.
16 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch ein anderes Beispiel für eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer zweiten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert. Man beachte, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Komponenten gleiche Bezugszeichnen zugeordnet sind.
<Erste Ausführungsform>
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1-12 eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
<Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung>
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Verbrennungskraftmaschine mit variabler Verdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Es wird auf 1 Bezug genommen, wo bei 1 eine Verbrennungskraftmaschine gezeigt ist. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist auf: ein Kurbelwellengehäuse 2, einen Zylinderblock 3, einen Zylinderkopf 4, Kolben 5, Pleuelstangen von variierender Länge 6, Brennkammern 7, in den mittleren Abschnitten der Oberseiten der Brennkammern 7 angeordnete Zündkerzen 8, Ansaugventile 9, eine Ansaugnockenwelle 10, Ansaugöffnungen 11, Auslassventile 12, eine Auslassnockenwelle 13 und Auslassöffnungen 14. Der Zylinderblock 3 besteht aus Zylindern 15. Die Kolben 5 bewegen sich innerhalb der Zylinder 15 auf und ab.
Die längenvariable Pleuelstange 6 ist an einem ihrer Endabschnitte, der einen kleinen Durchmesser aufweist, durch einen Kolbenbolzen 21 mit dem Kolben 5 verbunden und ist an einem ihrer Endabschnitte, der einen großen Durchmesser aufweist, mit einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle verbunden. Die längenvariable Pleuelstange 6 kann den Abstand von der Achse des Kolbenbolzens 21 zur Achse des Kurbelzapfens 22, das heißt die effektive Länge ändern, wie weiter unten erläutert wird.
Wenn die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 länger wird, ist die Länge vom Kurbelzapfen 22 zum Kolbenbolzen 21 länger, und daher ist das Volumen der Brennkammer 7, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt steht, kleiner, wie von der durchgezogenen Linie in der Figur dargestellt ist. Aber obwohl sich die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 ändert, ändert sich die Hublänge des Kolbens 5, der sich im Zylinder auf- und abbewegt, nicht. Daher ist zu dieser Zeit die mechanische Verdichtung in der Verbrennungskraftmaschine 1 größer.
Wenn die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 dagegen kürzer wird, ist die Länge vom Kurbelzapfen 22 zum Kolbenbolzen 21 kürzer, und daher ist das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt steht, größer, wie von der gestrichelten Linie in der Figur dargestellt ist. Wie oben erläutert, ist jedoch die Hublänge des Kolbens 5 konstant. Daher ist zu dieser Zeit die mechanische Verdichtung in der Verbrennungskraftmaschine 1 geringer.
<Gestaltung der längenvariablen Pleuelstange>
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, wohingegen 3 eine seitliche Querschnittsdarstellung ist, die eine längenvariable Pleuelstange 6 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 2 und 3 dargestellt ist, weist die längenvariable Pleuelstange 6 auf: einen Pleuelstangenkörper 31, ein exzentrisches Element 32, das verschwenkbar am Pleuelstangenkörper 31 befestigt ist, einen ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 und einen zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34, die am Pleuelstangenkörper 31 vorgesehen sind, ein erstes Verbindungselement 45, welches das exzentrische Element 32 und den ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 miteinander verbindet, ein zweites Verbindungselement 46, welches das exzentrische Element 32 und den zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 miteinander verbindet, und einen Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 zum Umkehren des Ölstroms zum ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 und zum zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34.
<Pleuelstangenkörper>
Zunächst wird ein Pleuelstangenkörper 31 erläutert. Der Pleuelstangenkörper 31 weist auf: einen Endabschnitt 31a mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung 41 versehen ist, die den Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle aufnimmt, einen Endabschnitt 31b mit kleinem Durchmesser, der mit einer ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 versehen ist, welche die Hülse 321 des weiter unten erläuterten exzentrischen Elements 32 schwenkbar aufnimmt, und einen Stangenabschnitt 31c, der sich zwischen dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser erstreckt. Der Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist auf der Seite angeordnet, wo der Kolben 5 liegt, und ist an dem Ende positioniert, das dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser entgegengesetzt ist.
Man beachte, dass in der vorliegenden Beschreibung die Linie X, die zwischen der Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 (das heißt der Achse des Kurbelzapfens 22, der in der Kurbelaufnahmeöffnung 41 aufgenommen ist) und der Mittelachse der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 (das heißt der Achse der Hülse 321, die in der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 aufgenommen ist) (3) verläuft, das heißt die Linie, die durch die Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 verläuft, als „Achse der Pleuelstange 6“ bezeichnet wird. Ferner wird die Länge der Pleuelstange 6 in einer Richtung, die vertikal ist zur Achse X der Pleuelstange 6 und die vertikal ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41, als „Breite der Pleuelstange 6“ bezeichnet. Ferner wird die Länge der Pleuelstange 6 in einer Richtung, die parallel ist zur Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 als „Dicke der Pleuelstange 6“ bezeichnet.
Wie aus 2 und 3 hervorgeht, ist die Breite des Pleuelstangenkörpers 31 am Stangenabschnitt 31c zwischen dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser am kleinsten, abgesehen von der Region, wo die Hydraulikkolbenmechanismen 33 und 34 vorgesehen sind. Ferner ist die Breite des Endabschnitts 31a mit dem großen Durchmesser größer als die Breite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser. Dagegen ist die Dicke des Pleuelstangenkörpers 31 als im Wesentlichen konstante Dicke gestaltet, abgesehen von der Region, wo die Hydraulikkolbenmechanismen 33 und 34 vorgesehen sind.
<Exzentrisches Element>
Nun wird unter Bezugnahme auf 2 bis 7 das exzentrische Element 32 erläutert. 4 und 5 sind schematische perspektivische Darstellungen der Umgebung des den kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts 31b des Pleuelstangenkörpers 31. In 4 und 5 ist das exzentrische Element 32 in einem zerlegten Zustand dargestellt. 6 ist eine Querschnittsdarstellung der Pleuelstange 6 entlang der Linie A-A von 3. 7 ist eine Querschnittsdarstellung der Pleuelstange 6 entlang der Linie B-B von 3. Das exzentrische Element 32 ist so an dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31 befestigt, dass es verschwenkbar ist, um die effektive Länge der Pleuelstange 6 variabel zu machen.
Wie in 4 und 5 dargestellt ist, weist das exzentrische Element 32 auf: eine Hülse 321, eine erste Platte 322 und eine zweite Platte 323, die jeweils an beiden Enden der Hülse 321 angeordnet sind, sowie erste Verbindungsstifte 324, die die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 miteinander verbinden. Die Hülse 321 weist eine zylindrische Form auf und wird verschwenkbar in einer ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 des Pleuelstangenkörpers 31 aufgenommen. Infolgedessen wird das exzentrische Element 32 an dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31 so am Pleuelstangenkörper 31 befestigt, dass es in der Umfangsrichtung des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser verschwenkbar ist. Die Schwenkachse des exzentrischen Elements 32 entspricht der Mittelachse der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42.
Wie aus 4 bis 6 hervorgeht, weist die Hülse 321 ferner auf: einen Abschnitt 321a mit großem Durchmesser, der auf einer Endabschnittsseite der Hülse 321 positioniert ist, sowie einen Abschnitt 321b mit kleinem Durchmesser, der auf der anderen Endabschnittsseite der Hülse 321 positioniert ist und der einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Abschnitts 321a mit dem großen Durchmesser. Der Abschnitt 321a mit dem großen Durchmesser und der Abschnitt 321b mit dem kleinen Durchmesser sind in der axialen Richtung der Hülse 321 benachbart. Die Länge des Abschnitts 321a mit dem großen Durchmesser in der axialen Richtung ist länger als die Länge des Abschnitts 321b mit dem kleinen Durchmesser in der axialen Richtung. Ferner ist die Länge des Abschnitts 321a mit dem großen Durchmesser in der axialen Richtung länger als die Dicke des den kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts 31b des Pleuelstangenkörpers 31. Infolgedessen wird der Abschnitt 321a mit dem großen Durchmesser in der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser aufgenommen, und der Abschnitt 321b mit dem kleinen Durchmesser ragt aus dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser hervor.
Die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 sind plattenförmig und weisen die gleichen äußeren Formen und Dicken auf. Die erste Platte 322 ist in der axialen Richtung der Hülse 321 gesehen an einem Endabschnitt der Hülse 321 angeordnet, während die zweite Platte 323 am anderen Endabschnitt der Hülse 321 angeordnet ist. Die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 werden so angeordnet, dass der den kleinen Durchmesser aufweisende Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31 in der Dickenrichtung der Pleuelstange 6 (der axialen Richtung der Hülse 321) zwischen ihnen angeordnet wird.
Die erste Platte 322 ist mit zwei ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a versehen, die zwei erste Verbindungsstifte 324 aufnehmen. Ebenso ist die zweite Platte 323 mit zwei zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a versehen, die zwei erste Verbindungsstifte 324 aufnehmen. Die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a sind in der Breitenrichtung gesehen an den beiden Endabschnitten der ersten Platte 322 angeordnet. Die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a sind in der Breitenrichtung gesehen an den beiden Endabschnitten der zweiten Platte 323 angeordnet.
Die erste Platte 322 bildet eine Einheit mit der Hülse 321. Das heißt, die Hülse 321 und die erste Platte 322 sind ein als Einheit ausgebildetes Teil, das durch Gießen usw. als Einheit ausgebildet worden ist. Daher muss die erste Platte 322 in der vorliegenden Ausführungsform nicht durch Schweißen usw. an der Hülse 321 angebracht werden.
Dagegen ist die zweite Platte 323 ein Element, das getrennt von der Hülse 321 vorliegt und getrennt von der Hülse 321 ausgebildet worden ist. Die zweite Platte 323 ist mit einer zweiten Hülsenaufnahmeöffnung 323b versehen, während der den kleinen Durchmesser aufweisende Abschnitt 321b der Hülse 321 in der zweiten Hülsenaufnahmeöffnung 323b aufgenommen wird. Die Position der zweiten Platte 323 in der axialen Richtung der Hülse 321 wird davon bestimmt, dass die zweite Platte 323 an dem den großen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 321 a der Hülse 321 anstößt. Infolgedessen ist es möglich, die Lageabweichung der zweite Platte 323 in Bezug auf die erste Platte 322 und die Hülse 321 in der axialen Richtung der Hülse 322 zu verringern.
Die ersten Verbindungsstifte 324 weisen zylindrische Formen auf. Die ersten Verbindungsstifte 324 erstrecken sich zwischen der ersten Platte 322 und der zweiten Platte 323 in der axialen Richtung der Hülse 321 und werden in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a und den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a aufgenommen. Die ersten Verbindungsstifte 324 werden in dem Zustand, wo sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a und den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a aufgenommen sind, durch kaltes Umformen an der ersten Platte 322 und der zweiten Platte 323 befestigt. In diesem Fall sind die Lochdurchmesser der ersten Verbindungsstiftaufhahmeöffnungen 322a und der zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a größer gestaltet als die Außendurchmesser der ersten Verbindungsstifte 324. Man beachte, dass die Lochdurchmesser der ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a und der zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a kleiner gestaltet sein können als die Außendurchmesser der ersten Verbindungsstifte 324 und dass die ersten Verbindungsstifte 324 in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a und die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 323a pressgepasst werden können. Ferner kann ein Endabschnitt der ersten Verbindungsstifte 324 kalt umgeformt werden, und der andere Endabschnitt der ersten Verbindungsstifte 324 kann pressgepasst werden. Man beachte, dass in dieser Beschreibung das Befestigen eines Bolzens an einer Platte „durch kaltes Umformen“ bedeutet, dass der Endabschnitt eines Bolzens plastisch so umgeformt wird, dass der Bolzen nicht aus der Stiftaufnahmeöffnung der Platte herausgezogen werden kann.
Daher werden die erste Platte 322, die eine Einheit mit der Hülse 321 bildet, und die zweite Platte 323 durch die ersten Verbindungsstifte 324 miteinander verbunden. Man beachte, dass dabei die zweite Platte 323 in den einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 321b der Hülse 321 pressgepasst wird oder durch Einpassen mit einem Spiel mit dem Abschnitt 321b mit dem kleinen Durchmesser in Eingriff gebracht wird.
Ferner sind die Hülse 321 und die erste Platte 322 mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c versehen, die den Kolbenbolzen 21 aufnimmt. Die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c weist einen Lochdurchmesser auf, der kleiner ist als die erste Hülsenaufnahmeöffnung 42 und die zweite Hülsenaufnahmeöffnung 323b. Die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c weist eine Achse auf, die parallel ist zur Achse der Hülse 321, die aber so ausgebildet ist, dass sie nicht koaxial wird. Daher ist die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c exzentrisch zur Schwenkachse der Hülse 321, das heißt zur Schwenkachse des exzentrischen Elements 32.
Aus diesem Grund ändert sich die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c innerhalb der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42, wenn das exzentrische Element 32 verschwenkt wird. Wenn die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c innerhalb der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 auf der Seite des Endabschnitts 31a mit dem großen Durchmesser liegt, wird die effektive Länge der Pleuelstange kürzer. Wenn die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c innerhalb der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 dagegen auf der Seite liegt, die dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser entgegengesetzt ist, das heißt auf der Seite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser, wird die effektive Länge der Pleuelstange länger. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Schwenken des exzentrischen Elements 32 die effektive Länge der Pleuelstange 6 geändert werden.
<Kolbenmechanismus>
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 der erste Hydraulikkolbenmechanismus 33 erläutert. Der erste Hydraulikkolbenmechanismus 33 weist auf: einen ersten Hydraulikzylinder 33a, der am Stangenabschnitt 31c des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist, einen ersten Hydraulikkolben 33b, der innerhalb des ersten Hydraulikzylinders 33a gleitet, und eine erste Öldichtung 33c, die das Öl einschließt, das zur Innenseite des ersten Hydraulikzylinders 33a geliefert wird. Die erste Öldichtung 33c weist eine Ringform auf und ist am Umfang des unteren Endabschnitts des ersten Hydraulikkolbens 33b befestigt.
Der erste Hydraulikzylinder 33a ist von der Achse X der Pleuelstange 6 aus gesehen zum größten Teil oder ganz auf der Seite der Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c angeordnet. Ferner ist der erste Hydraulikzylinder 33a in der X-Achsenrichtung der Pleuelstange 6 gesehen auf der Seite des Endabschnitts 31a mit dem großen Durchmesser angeordnet. Ferner erstreckt sich der erste Hydraulikzylinder 33a bis zu einem gewissen Grad schräg angewinkelt in Bezug auf die X-Achse, so dass er in der Breitenrichtung umso weiter über den Pleuelstangenkörper 31 vorsteht, je näher er dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist. Ferner steht der erste Hydraulikzylinder 33a über den ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 mit dem Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 in Verbindung.
Der erste Hydraulikkolbenmechanismus 33 weist ferner einen zweiten Verbindungsstift 33d auf. Der erste Hydraulikkolben 33b ist über den zweiten Verbindungsstift 33d drehfähig mit dem ersten Verbindungselement 45 verbunden. Dagegen sind die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 des exzentrischen Elements 32 über den ersten Verbindungsstift 324 drehfähig mit dem ersten Verbindungselement 45 verbunden. Daher verbindet das erste Verbindungselement 45 das exzentrische Element 32 und den ersten Hydraulikkolben 33b miteinander. Infolgedessen wird die lineare Bewegung des ersten Hydraulikkolbens 33b in eine Drehbewegung des exzentrischen Elements 32 umgewandelt, während das exzentrische Element 32 an dem ersten Hydraulikkolben 33b angelenkt ist.
Nun wird der zweite Hydraulikkolbenmechanismus 34 erläutert. Der zweite Hydraulikkolbenmechanismus 34 weist auf: einen zweiten Hydraulikzylinder 34a, der am Stangenabschnitt 31c des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist, einen zweiten Hydraulikkolben 34b, der innerhalb des zweiten Hydraulikzylinders 34a gleitet, und eine zweite Öldichtung 34c, die das Öl einschließt, das zur Innenseite des zweiten Hydraulikzylinders 34a geliefert wird. Die zweite Öldichtung 34c weist eine Ringform auf und ist am Umfang des unteren Endabschnitts des zweiten Hydraulikkolbens 34b befestigt.
Der zweite Hydraulikzylinder 34a ist von der Achse X der Pleuelstange 6 aus gesehen zum größten Teil oder ganz auf der Seite, die der Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c entgegengesetzt ist, angeordnet. Ferner ist der zweite Hydraulikzylinder 34a in der X-Achsenrichtung der Pleuelstange 6 gesehen auf der Seite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser angeordnet. Daher ist der zweite Hydraulikzylinder 34a in der X-Achsenrichtung der Pleuelstange 6 gesehen näher an der Seite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser angeordnet als der erste Hydraulikzylinder 33a. Ferner erstreckt sich der zweite Hydraulikzylinder 34a bis zu einem gewissen Grad schräg angewinkelt in Bezug auf die X-Achse, so dass er in der Breitenrichtung umso weiter über den Pleuelstangenkörper 31 vorsteht, je näher er dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist. Ferner steht der zweite Hydraulikzylinder 34a über den zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 mit dem Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 in Verbindung.
Der zweite Hydraulikkolbenmechanismus 34 weist ferner einen dritten Verbindungsstift 34d auf. Der zweite Hydraulikkolben 34b ist über den dritten Verbindungsstift 34d drehfähig mit dem zweiten Verbindungselement 46 verbunden. Dagegen sind die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 des exzentrischen Elements 32 über einen ersten Verbindungsstift 324 drehfähig mit dem zweiten Verbindungselement 46 verbunden. Daher verbindet das zweite Verbindungselement 46 das exzentrische Element 32 und den zweiten Hydraulikkolben 34b miteinander. Infolgedessen wird die lineare Bewegung des zweiten Hydraulikkolbens 34b in eine Drehbewegung des exzentrischen Elements 32 umgewandelt, und das exzentrische Element 32 ist am zweiten Hydraulikkolben 34 angelenkt.
<Strömungsrichtungswechselmechanismus>
Nun wird unter Bezugnahme auf 8 und 9 die Gestaltung des Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 erläutert. 8 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange, in der die Region, wo der Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 vorgesehen ist, vergrößert dargestellt ist. 9A eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie VIII-VIII von 8, während 9B eine Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange entlang der Linie IX-IX von 8 ist. Wie oben erläutert, ist der Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 ein Mechanismus, der umschaltet zwischen einem ersten Zustand, in dem der Ölfluss vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a nicht zugelassen ist und der Ölfluss vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a zugelassen ist, und einem zweiten Zustand, in dem der Ölfluss vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a zugelassen ist und der Ölfluss vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a nicht zugelassen ist.
Wie in 8 dargestellt ist, weist der Strömungsrichtungswechselmechanismus 35 zwei Schaltstifte 61, 62 und ein Rückschlagventil 63 auf. Diese beiden Schaltstifte 61, 62 und das Rückschlagventil 63 sind in der X-Achsenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 gesehen zwischen dem Hydraulikzylinder 33a und der Kurbelaufnahmeöffnung 41 angeordnet. Ferner ist das Rückschlagventil 63 in der X-Achsenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 gesehen, von den beiden Schaltstiften 61, 62 aus zur Seite der Kurbelaufnahmeöffnung 41 hin angeordnet.
Ferner sind die beiden Schaltstifte 61, 62 zu beiden Seiten der X-Achse des Pleuelstangenkörpers 31 angeordnet, während das Rückschlagventil 63 auf der X-Achse vorgesehen ist. Somit ist es möglich, einen Verlust des Gleichgewichts zwischen der linken und der rechten Seite des Pleuelstangenkörpers 31 aufgrund der Bereitstellung der Schaltstifte 61, 62 und des Rückschlagventils 63 im Pleuelstangenkörper 31 zu vermeiden.
Die beiden Schaltstifte 61, 62 werden jeweils in den zylindrischen Stiftekammern 64, 65 gehalten. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Stiftekammern 64, 65 so ausgebildet, dass ihre Achsen parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 verlaufen. Die Schaltstifte 61, 62 können in den Stiftekammern 64, 65 in der Richtung gleiten, in der sich die Stiftekammer 64 erstreckt. Das heißt, die Schaltstifte 61, 62 sind so im Pleuelstangenkörper 31 angeordnet, dass ihre Betätigungsrichtungen parallel werden zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41.
Ferner ist von den beiden Stiftekammern 64, 65 die erste Stiftekammer 64, wo der erste Schaltstift 61 untergebracht ist, wie in 9A dargestellt, als Stiftaufnahmeloch ausgebildet, das zu einer Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin offen ist und zur anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin geschlossen ist. Außerdem ist von den beiden Stiftekammern 64, 65 die zweite Stiftekammer 65, wo der zweite Schaltstift 62 untergebracht ist, wie in 9A dargestellt, als Stiftaufnahmeloch ausgebildet, das zur anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin offen ist und zur einen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin geschlossen ist.
Der erste Schaltstift 61 weist zwei Umfangsnuten 61a und 61b auf, die in seiner Umfangsrichtung verlaufen. Die Umfangsnuten 61a und 61b sind so gefertigt, dass sie über einen Durchlass 61c, der innerhalb des ersten Schaltstifts 61 ausgebildet ist, miteinander in Verbindung stehen. Ferner sind innerhalb der ersten Stiftekammer 64 eine erste Vorspannfeder 67 und ein erstes Trägerelement 76, das die erste Vorspannfeder 67 trägt, aufgenommen. Das erste Trägerelement 76 ist beispielsweise ein C-Ring, ein E-Ring oder ein anderer Schnappring und ist an einer Umfangsnut angeordnet, die in der ersten Stiftekammer 64 ausgebildet ist. Der erste Schaltstift 61 wird von der ersten Vorspannfeder 67 in einer Richtung vorgespannt, die parallel ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Genauer wird der erste Schaltstift 61 in dem in 9A dargestellten Beispiel in Richtung auf den geschlossenen Endabschnitt der ersten Stiftekammer 64 vorgespannt.
Auf die gleiche Weise weist auch der zweite Schaltstift 62 zwei Umfangsnuten 62a, 62b auf, die in seiner Umfangsrichtung verlaufen. Die Umfangsnuten 62a und 62b sind so gefertigt, dass sie über einen Durchlass 62c, der innerhalb des zweiten Schaltstifts 62 ausgebildet ist, miteinander in Verbindung stehen. Ferner sind innerhalb der zweiten Stiftekammer 65 eine zweite Vorspannfeder 68 und ein zweites Trägerelement 77, das die zweite Vorspannfeder 68 trägt, untergebracht. Das zweite Trägerelement 77 ist beispielsweise ein C-Ring, ein E-Ring oder ein anderer Schnappring und ist an einer Umfangsnut angeordnet, die in der zweiten Stiftekammer 65 ausgebildet ist. Der zweite Schaltstift 62 wird von der zweiten Vorspannfeder 68 in einer Richtung vorgespannt, die parallel ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Genauer wird der zweite Schaltstift 62 in dem in 9A dargestellten Beispiel in Richtung auf den geschlossenen Endabschnitt der zweiten Stiftekammer 65 vorgespannt. Infolgedessen wird dieser zweite Schaltstift 62 in der zum ersten Schaltstift 61 entgegengesetzten Richtung vorgespannt.
Außerdem sind der erste Schaltstift 61 und der zweite Schaltstift 62 in einander entgegengesetzten Richtungen in Richtungen angeordnet, die parallel sind zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Außerdem wird dieser zweite Schaltstift 62 in der zum ersten Schaltstift 61 entgegengesetzten Richtung vorgespannt. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Ausführungsform die Betätigungsrichtungen dieses ersten Schaltstifts 61 und dieses zweiten Schaltstifts 62, wenn dieser erste Schaltstift und dieser zweite Schaltstift 62 mit Öldruck beaufschlagt werden, entgegengesetzt zueinander.
Das Rückschlagventil 63 ist in einer zylindrischen Rückschlagventilkammer 66 untergebracht. In der vorliegenden Ausführungsform ist die Rückschlagventilkammer 66 so ausgebildet, dass sie sich parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 erstreckt. Das Rückschlagventil 63 kann sich in der Rückschlagventilkammer 66 in der Richtung bewegen, in der sich die Rückschlagventilkammer 66 erstreckt. Daher ist das Rückschlagventil 63 so im Pleuelstangenkörper 31 angeordnet, dass seine Betätigungsrichtungen parallel ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Ferner ist die Rückschlagventilkammer 66 als Rückschlagventilaufnahmeloch ausgebildet, das zu einer Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin offen ist und zur anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 hin geschlossen ist. Das Rückschlagventil 63 ist so gestaltet, dass es einen Fluss von einer Primärseite (in 9B der oberen Seite) zur Sekundärseite (in 9B zur unteren Seite) zulässt und den Fluss von der Sekundärseite zur Primärseite nicht zulässt.
Die erste Stiftekammer 64, wo der erste Schaltstift 61 untergebracht ist, steht über den ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 mit dem ersten Zylinder 33a in Verbindung. Wie in 9A dargestellt ist, steht der erste kolbenverbindende Ölweg 51 in der Dickenrichtung gesehen nahe der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 mit der ersten Stiftekammer 64 in Verbindung. Ferner steht die zweite Stiftekammer 65, wo der zweite Schaltstift 62 untergebracht ist, über den zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 mit dem zweiten Zylinder 34a in Verbindung. Wie in 9A dargestellt ist, steht der zweite kolbenverbindende Ölweg 52 außerdem in der Dickenrichtung gesehen nahe der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 mit der zweiten Stiftekammer 65 in Verbindung.
Man beachte, dass der erste kolbenverbindende Ölweg 51 und der zweite kolbenverbindende Ölweg 52 dadurch ausgebildet werden, dass sie durch einen Bohrer usw. von der Kurbelaufnahmeöffnung 41 aus eingeschnitten werden. Daher sind auf den Seiten des ersten kolbenverbindenden Ölwegs 51 und des zweiten kolbenverbindenden Ölwegs 52, an denen die Kurbelaufnahmeöffnung 41 liegt, der erste verlängerte Ölweg 51a und der zweite verlängerte Ölweg 52a, die koaxial mit diesen kolbenverbindende Ölwegen 51 und 52 sind, ausgebildet. Anders ausgedrückt sind der erste kolbenverbindende Ölweg 51 und der zweite kolbenverbindende Ölweg 52 so ausgebildet, dass die Kurbelaufnahmeöffnung 41 an ihren Verlängerungen positioniert ist. Dieser erste verlängerte Ölweg 51a und dieser zweite verlängerte Ölweg 52a werden beispielsweise durch ein Lagermetall 71 verschlossen, das innerhalb der Kurbelaufnahmeöffnung 41 vorgesehen ist.
Die erste Stiftekammer 64, wo der erste Schaltstift 61 untergebracht ist, steht über zwei kammerverbindende Ölwege 53 und 54 mit der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung. Von diesen ist der erste kammerverbindende Ölweg 53, wie in 9A dargestellt ist, so gestaltet, dass er in der Dickenrichtung von der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 aus gesehen auf einer Seitenfläche (unten in 9B) mit der ersten Stiftekammer 64 und der Sekundärseite der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung steht. Der andere, zweite kammerverbindende Ölweg 54 ist so gestaltet, dass er in der Dickenrichtung von der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 aus gesehen auf der anderen Seitenfläche (oben in 9B) mit der ersten Stiftekammer 64 und der Primärseite der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung steht. Ferner sind der erste kammerverbindende Ölweg 53 und der zweite kammerverbindende Ölweg 54 so ausgebildet, dass der Abstand zwischen dem ersten kammerverbindenden Ölweg 53 und dem ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers und der Abstand zwischen dem zweiten kammerverbindenden Ölweg 54 und dem ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers dem Abstand zwischen den Umfangsnuten 61a und 61b in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers gleich sind. Infolgedessen wird der Ölweg, mit dem der erste kolbenverbindende Ölweg 51 in Verbindung steht, durch Verschieben des ersten Schaltstifts 61 innerhalb des ersten Stiftgehäuses 64 zwischen dem ersten kammerverbindenden Ölweg 53 und dem zweiten kammerverbindenden Ölweg 54 umgeschaltet.
Ferner steht die zweite Stiftekammer 65, wo der zweite Schaltstift 62 aufgenommen ist, über zwei kammerverbindende Ölwege 55 und 56 mit der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung. Von diesen ist der dritte kammerverbindende Ölweg 55, wie in 9A dargestellt ist, so gestaltet, dass er in der Dickenrichtung von der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 aus gesehen auf einer Seitenfläche (unten in 9B) mit der ersten Stiftekammer 64 und der Sekundärseite der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung steht. Der andere, vierte gehäuseverbindende Ölweg 56 ist so gestaltet, dass er in der Dickenrichtung von der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 aus gesehen auf der anderen Seitenfläche (oben in 9B) mit der ersten Stiftekammer 64 und der Primärseite der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung steht. Ferner sind der dritte kammerverbindende Ölweg 55 und der vierte kammerverbindende Ölweg 56 so ausgebildet, dass der Abstand zwischen dem dritten kammerverbindenden Ölweg 55 und dem zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers und der Abstand zwischen dem vierten kammerverbindenden Ölweg 56 und dem zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers dem Abstand zwischen den Umfangsnuten 62a und 62b in der Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers gleich sind. Infolgedessen wird der Ölweg, mit dem der zweite kolbenverbindende Ölweg 52 in Verbindung steht, durch Verschieben des dritten Schaltstifts 62 innerhalb des zweiten Stiftgehäuses 65 zwischen dem dritten kammerverbindenden Ölweg 55 und dem vierten kammerverbindenden Ölweg 56 umgeschaltet.
Diese kammerverbindende Ölwege 53 bis 56 werden durch Schneiden mittels eines Bohrers usw. von der Kurbelaufnahmeöffnung 41 aus ausgebildet. Daher sind an diesen kammerverbindenden Ölwegen 53 bis 56 auf den Seiten, wo die Kurbelaufnahmeöffnung 41 liegt, verlängerte Ölwege 53a bis 56a ausgebildet, die koaxial sind mit diesen gehäuseverbindenden Ölwegen 53 bis 56. Anders ausgedrückt sind die kammerverbindenden Ölwege 53 bis 56 so ausgebildet, dass die Kurbelaufnahmeöffnung 41 an ihren Verlängerungen positioniert ist. Die verlängerten Ölwege 53a bis 56a werden beispielsweise durch das Lagermetall 71 verschlossen.
Wie oben erläutert worden ist, werden all diese verlängerten Ölwege 51a bis 56a durch Lagermetall 71 verschlossen. Aus diesem Grund können durch die Verwendung von Lagermetall 71 beim Anbau der Pleuelstange 6 am Kurbelzapfen 22 diese verlängerten Ölwege 51a bis 56a geschlossen werden, ohne einen separaten Arbeitsschritt zum Schließen dieser erweiterten Ölwege 51a bis 56a durchführen zu müssen.
Ferner sind innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 ein erster der Steuerung dienender Ölweg 57 zum Anlegen eines Öldrucks an den ersten Schaltstift 61 und ein zweiter der Steuerung dienender Ölweg 58 zum Anlegen eines Öldrucks an den zweiten Schaltstift 62 ausgebildet. Der erste der Steuerung dienende Ölweg 57 steht mit der ersten Stiftekammer 64 an dem Endabschnitt in Verbindung, der auf der Seite liegt, die dem Endabschnitt entgegengesetzt ist, an dem die erste Vorspannfeder 67 vorgesehen ist. Der zweite der Steuerung dienende Ölweg 58 steht mit der zweiten Stiftekammer 65 an dem Endabschnitt in Verbindung, der auf der Seite liegt, die dem Endabschnitt entgegengesetzt ist, an dem die erste Vorspannfeder 68 vorgesehen ist. Diese der Steuerung dienenden Ölwege 57 und 58 sind so ausgebildet, dass sie mit der Kurbelaufnahmeöffnung 41 in Verbindung stehen, und stehen mit einer Ölzufuhrvorrichtung außerhalb der Pleuelstange 6 über Ölwege in Verbindung, die innerhalb des Kurbelzapfens 22 ausgebildet sind.
Wenn kein Öldruck von der Ölzufuhrvorrichtung geliefert wird, werden der erste Schaltstift 61 und der zweite Schaltstift 62 daher von der ersten Vorspannfeder 67 und der zweiten Vorspannfeder 68 vorgespannt und, wie in 9A dargestellt, in den Stiftekammern 64 und 65 auf Seiten der geschlossenen Endabschnitte positioniert. Wenn dagegen ein Öldruck mit einem vorgegebenen oder noch höheren Druck von der Ölzufuhrvorrichtung geliefert wird, wird bewirkt, dass sich der erste Schaltstift 61 und der zweite Schaltstift 62 entgegen der Vorspannkraft der ersten Vorspannfeder 67 bzw. der zweiten Vorspannfeder 68 bewegen und in den Stiftekammern 64 und 65 auf Seiten der offenen Endabschnitte positioniert werden.
Ferner ist innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 ein zum Auffüllen dienender Ölweg 59 ausgebildet, um Öl auf der Primärseite des Rückschlagventils 63 in der Rückschlagventilkammer 66 aufzufüllen. Ein Endabschnitt des zum Auffüllen dienenden Ölwegs 59 steht an der Primärseite des Rückschlagventils 63 mit der Rückschlagventilkammer 66 in Verbindung. Der andere Endabschnitt des zum Auffüllen dienenden Ölwegs 59 steht mit der Kurbelaufnahmeöffnung 41 in Verbindung. Ferner ist in dem Lagermetall 71 eine Durchgangsbohrung 71a ausgebildet, die mit dem zum Auffüllen dienenden Ölweg 59 zusammenpasst. Der zum Auffüllen dienende Ölweg 59 steht über diese Durchgangsbohrung 71a mit der Ölzufuhrvorrichtung in Verbindung. Daher steht die Primärseite des Rückschlagventils 63 wegen des zum Auffüllen dienenden Ölwegs 59 konstant oder periodisch entsprechend der Drehung der Kurbelwelle mit der Ölzufuhrvorrichtung in Verbindung.
<Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange>
Nun wird unter Bezugnahme auf 10 bis 12 die Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6 erläutert. 10A zeigt den Zustand, wo Öl in den ersten Hydraulikzylinder 33a des ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 geliefert wird und kein Öl in den zweiten Hydraulikzylinder 34a des zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 geliefert wird. Dagegen zeigt 10B den Zustand, wo kein Öl in den ersten Hydraulikzylinder 33a des ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 geliefert wird und Öl in den zweiten Hydraulikzylinder 34a des zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 geliefert wird. 11 ist eine schematische Darstellung, die die Funktionsweise des Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 zeigt, wenn ein Öldruck mit einem vorgegebenen oder noch höheren Druck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 zu den Schaltstiften 61 und 62 geliefert wird. Ferner ist 12 eine schematische Darstellung, die die Funktionsweise des Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 zeigt, wenn kein Öldruck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 zu den Schaltstiften 61 und 62 geliefert wird. Man beachte, dass in 11 und 12 die Ölzufuhrvorrichtung 75, die Öldruck zum ersten Schaltstift 61 und zum zweiten Schaltstift 62 liefert, und die Ölzufuhrvorrichtung 75, die Öl zu dem zum Auffüllen dienenden Ölweg 59 liefert, separat gezeichnet sind, dass aber in der vorliegenden Ausführungsform Öldruck von derselben Ölzufuhrvorrichtung geliefert wird.
Wenn ein vorgegebener oder noch höherer Öldruck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 geliefert wird, werden die Schaltstifte 61 und 62, wie in 11 dargestellt ist, jeweils an den ersten Positionen positioniert, zu denen sie sich entgegen der Vorbelastung durch die Vorspannfedern 67 und 68 hin bewegen. Infolgedessen stellt der Durchlass 61c des ersten Schaltstifts 61 eine Verbindung zwischen dem ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 und dem ersten kammerverbindenden Ölweg 53 her, während der Durchlass 62c des zweiten Schaltstifts 62 eine Verbindung zwischen dem zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 und dem vierten kammerverbindenden Ölweg 56 herstellt. Daher wird der erste Hydraulikzylinder 33a mit der Sekundärseite des Rückschlagventils 63 verbunden, während der zweite Hydraulikzylinder 34a mit der Primärseite des Rückschlagventils 63 verbunden wird.
Hierbei ist das Rückschlagventil 63 so gestaltet, dass es den Ölfluss von der Primärseite, wo der zweite kammerverbindende Ölweg 54 und der vierte kammerverbindende Ölweg 56 miteinander in Verbindung stehen, zur Sekundärseite, wo der erste kammerverbindende Ölweg 53 und der dritte kammerverbindende Ölweg 55 miteinander in Verbindung stehen, zulässt, aber den entgegengesetzten Fluss nicht zulässt. Daher fließt in dem in 11 dargestellten Zustand Öl aus dem vierten kammerverbindenden Ölweg 56 in den ersten kammerverbindenden Ölweg 53, aber in der umgekehrten Richtung fließt kein Öl.
Infolgedessen kann in dem in 11 dargestellten Zustand das Öl im zweiten Hydraulikzylinder 34a nacheinander durch den Ölweg aus dem zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52, dem vierten kammerverbindenden Ölweg 56, dem ersten kammerverbindenden Ölweg 53 und dem ersten kolbenverbindenden Ölweg 51 strömen und zum ersten Hydraulikzylinder 33a geliefert werden. Jedoch kann das Öl im ersten Hydraulikzylinder 33a nicht zum zweiten Hydraulikzylinder 34a geliefert werden. Wenn ein Öldruck mit einem vorgegebenen oder noch höheren Druck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 geliefert wird, kann man daher sagen, dass der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 in einem ersten Zustand ist, wo er den Ölfluss vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a nicht zulässt und den Ölfluss vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a zulässt.
Zu dieser Zeit wird Öl, wie in 10A dargestellt ist, in den ersten Hydraulikzylinder 33a geliefert, und aus dem zweiten Hydraulikzylinder 34a wird Öl abgeführt. Aus diesem Grund steigt der erste Hydraulikkolben 33b und der zweite Hydraulikkolben 34b sinkt. Infolgedessen wird in dem in 10A dargestellten Beispiel das exzentrische Element 32, das mit dem ersten Hydraulikkolben 33b und dem zweiten Hydraulikkolben 34b verbunden ist, in Richtung des Pfeils in der Figur verschwenkt, und die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c wird angehoben. Daher wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6 länger und wird in der Figur zu L1. Das heißt, wenn der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 in den ersten Zustand gebracht wird, wird die effektive Länge der Pleuelstange 6 länger.
Wenn dagegen kein Öldruck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 geliefert wird, wie in 12 dargestellt ist, dann werden die Schaltstifte 61 und 62 jeweils in zweiten Positionen positioniert, wo sie von den Vorspannfedern 67 und 68 vorgespannt werden. Infolgedessen werden aufgrund des Durchlasses 61c des ersten Schaltstifts 61 der erste kolbenverbindende Ölweg 51, der mit dem ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 in Verbindung steht, und der zweite kammerverbindende Ölweg 54 miteinander in Verbindung gebracht. Infolgedessen werden aufgrund des Durchlasses 62c des zweiten Schaltstifts 62 der zweite kolbenverbindende Ölweg 52, der mit dem zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 in Verbindung steht, und der dritte kammerverbindende Ölweg 55 miteinander in Verbindung gebracht. Daher wird der erste Hydraulikzylinder 33a mit der Primärseite des Rückschlagventils 63 verbunden, während der zweite Hydraulikzylinder 34a mit der Sekundärseite des Rückschlagventils 63 verbunden wird.
Aufgrund der Wirkung des oben genannten Rückschlagventils 63 kann in dem in 12 dargestellten Zustand das Öl im ersten Hydraulikzylinder 33a nacheinander durch den Ölweg aus dem ersten kolbenverbindenden Ölweg 51, dem zweiten kammerverbindenden Ölweg 54, dem dritten kammerverbindenden Ölweg 55 und dem zweiten kolbenverbindenden Ölweg 52 strömen und zum zweiten Hydraulikzylinder 34a geliefert werden. Jedoch kann das Öl im zweiten Hydraulikzylinder 34a nicht zum ersten Hydraulikzylinder 33a geliefert werden. Wenn kein Öldruck von der Ölzufuhrvorrichtung 75 geliefert wird, kann man daher sagen, dass der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 in einem zweiten Zustand ist, wo er den Ölfluss vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a zulässt und den Ölfluss vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a nicht zulässt.
Zu dieser Zeit wird Öl, wie in 10B dargestellt ist, in den zweiten Hydraulikzylinder 34a geliefert, und aus dem ersten Hydraulikzylinder 33a wird Öl abgeführt. Aus diesem Grund steigt der zweite Hydraulikkolben 34b und der erste Hydraulikkolben 33b sinkt. Infolgedessen wird in dem in 10B dargestellten Beispiel das exzentrische Element 32 in Richtung des Pfeils in der Figur (in entgegengesetzter Richtung zum Pfeil in 10A) verschwenkt, und die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c wird gesenkt. Daher wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6 in der Figur zu L2, was kürzer ist als L1. Das heißt, wenn der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 in den zweiten Zustand gebracht wird, wird die effektive Länge der Pleuelstange 6 kürzer.
Daher kann der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 in der Pleuelstange 6 gemäß der vorliegenden Erfindung zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschalten, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange 6 zwischen L1 und L2 umgeschaltet wird. Infolgedessen kann in der Verbrennungskraftmaschine 1, in der die Pleuelstange 6 verwendet wird, die mechanische Verdichtung geändert werden.
<Verfahren zur Herstellung der längenvariablen Pleuelstange>
Nachstehend wird ein Verfahren zur Herstellung der oben genannten längenvariablen Pleuelstange 6 erläutert. Die längenvariable Pleuelstange 6 wird dadurch hergestellt, dass man einen Pleuelstangenkörper 31, ein exzentrisches Element 32, einen ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33, einen zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34, ein erstes Verbindungselement 45, ein zweites Verbindungselement 46 und einen Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 herstellt und zusammenbaut.
Bei der Herstellung des exzentrischen Elements 32 werden die Hülse 321 und die erste Platte 322 als Einheit ausgebildet. Die Hülse 321 und die erste Platte 322 werden beispielsweise durch Gießen oder Sintern hergestellt. In diesem Fall bestehen die Hülse 321 und die erste Platte 322 beispielsweise aus einem gegossenen Material oder einem gesinterten Material auf Eisenbasis. Dagegen wird die zweite Platte 323 getrennt von der Hülse 321 und der ersten Platte 322 ausgebildet. Die zweite Platte 323 wird beispielsweise durch Formpressen ausgebildet. In diesem Fall besteht die zweite Platte 323 beispielsweise aus einem Kohlestahl wie SCM415 (Chrommolybdänstahl).
Wenn das exzentrische Element 32 am Pleuelstangenkörper 31 befestigt wird, wird zuerst die Hülse 321, die eine Einheit mit der ersten Platte 322 bildet, in die erste Hülsenaufnahmeöffnung 42 des Pleuelstangenkörpers 31 eingeführt. Dann wird die zweite Platte 323 an dem Endabschnitt auf der zur ersten Platte 322 entgegengesetzten Seite der Hülse 321 angeordnet. Genauer wird die zweite Platte 323 an dem den kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 321b der Hülse 321 angeordnet. Dann werden die erste Platte 322, die zweite Platte 323 und das erste Verbindungselement 45 durch einen ersten Verbindungsstift 324 miteinander verbunden, während die erste Platte 322, die zweite Platte 323 und das zweite Verbindungselement 46 durch einen ersten Verbindungsstift 324 miteinander verbunden werden. Dabei wird der erste Verbindungsstift 324 in die erste Verbindungsstiftaufnahmeöffnung 322a der ersten Platte 322 und die zweite Verbindungsstiftaufnahmeöffnung 323a der zweiten Platte 323 eingeführt und durch kaltes Umformen an der ersten Platte 322 und der zweiten Platte 323 befestigt. Man beachte, dass der erste Verbindungsstift 324 in die erste Verbindungsstiftaufnahmeöffnung 322a der ersten Platte 322 und die zweite Verbindungsstiftaufnahmeöffnung 323a der zweiten Platte 323 auch pressgepasst werden kann. Ferner kann ein Endabschnitt des ersten Verbindungsstifts 324 kalt umgeformt werden, und der andere Endabschnitt des ersten Verbindungsstifts 324 kann pressgepasst werden.
<Wirkung der ersten Ausführungsform>
Wenn also in dem exzentrischen Element 32 der längenvariablen Pleuelstange 6 die Lagebeziehung zwischen der Achse der Hülse 321 und den Achsen der Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a und 323a von den Auslegungswerten abweichen, so können die Schwenkposition des exzentrischen Elements 32 in dem in 10A und 10B dargestellten Zustand und dadurch auch die effektiven Längen L1 und L2 der Pleuelstange 6 am Ende von den Auslegungswerten abweichen. Wenn ferner die Position der Achse der Verbindungsstiftaufnahmeöffnung 321c zur Achse der Hülse 321 vom Auslegungswert abweicht, weichen am Ende die effektiven Längen L1 und L2 der Pleuelstange 6 von den Auslegungswerten ab. Falls die effektiven Längen L1 und L2 der Pleuelstange 6 von den Auslegungswerten abweichen, kann die mechanische Verdichtung der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht auf den gewünschten Wert geregelt werden. Ferner kann es leicht sein, dass in einer Verbrennungskraftmaschine mit einer Mehrzahl von Zylindern die Werte der mechanischen Verdichtung, die von den verschiedenen längenvariablen Pleuelstangen verwirklicht werden, zwischen den Zylindern variieren.
Im Gegensatz dazu sind in der vorliegenden Ausführungsform, wie oben erläutert, die Hülse 321 und die erste Platte 322 ein als Einheit ausgebildetes Teil. Das heißt, die Hülse 321 ist als Einheit mit der ersten Platte 322 ausgebildet. In diesem Fall können die äußeren Formen der Hülse 321 und der ersten Platte 322 und der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c und der ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a gleichzeitig ausgebildet werden, und daher ist es möglich, die Abweichung der Positionen der Achsen der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c und der ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a in Bezug auf die Achse der Hülse 321, das heißt der Schwenkachse des exzentrischen Elements 32 zu verringern. Daher ist es gemäß der vorliegenden Erfindung möglich, die Abweichung der durch Verschwenken des exzentrischen Elements 32 geänderten effektiven Länge der Pleuelstange 6 vom Auslegungswert zu reduzieren.
Ferner wird in der vorliegenden Ausführungsform die Hülse 321, die eine Einheit mit der ersten Platte 322 bildet, in die erste Hülsenaufnahmeöffnung 42 des Pleuelstangenkörpers 31 eingeführt, während die ersten Verbindungsstifte 324 kalt umgeformt oder pressgepasst werden, um sie an der ersten Platte 322 und der zweiten Platte 323 zu fixieren und dadurch die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 zu verbinden. Daher wird kein Schweißen angewendet, um das exzentrische Element 32 zusammenzubauen und das exzentrische Element 32 am Pleuelstangenkörper 31 zu befestigen. Infolgedessen wird beim Zusammenbauen der längenvariablen Pleuelstange 6 keine Wärme an das exzentrische Element 32 angelegt, und daher ist es möglich, eine Verformung des exzentrischen Elements 32 aufgrund von Wärmeschrumpfung zu vermeiden. Daher ist es möglich, die Positionsabweichung der Achsen der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c und der ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen 322a in Bezug auf die Schwenkachse des exzentrischen Elements 32 weiter zu reduzieren. Ferner können auch die Gleitreibung der ersten Verbindungsstifte 324 in Bezug auf das erste Verbindungselement 45 und das zweite Verbindungselement 46, die Gleitreibung der Hülse 321 in Bezug auf den einen kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31 usw. verringert werden.
<Andere Ausführungsformen>
Wenn sich der Kolben 5 in einem Zylinder der Verbrennungskraftmaschine 1 auf- und abbewegt, wirkt ferner eine nach oben und nach unten gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenbolzen 21. Wenn eine Luft-Kraftstoff-Mischung in einer Brennkammer 7 der Verbrennungskraftmaschine 1 verbrannt wird, wirkt ferner eine abwärts gerichtete Explosionskraft auf den Kolbenbolzen 21, so dass der Kolben 5 zum Sinken gebracht wird. Dabei ist in der vorliegenden Ausführungsform der einen großen Durchmesser aufweisende Abschnitt 321a der Hülse 321 in der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 des Pleuelstangenkörpers 31 aufgenommen, und daher wird der größte Teil der Trägheitskraft und der Explosionskraft durch den Abschnitt 321a mit dem großen Durchmesser auf den Pleuelstangenkörper 31 übertragen.
Jedoch ist die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c exzentrisch zur Schwenkachse der Hülse 321, und daher werden ein Teil der Trägheitskraft und ein Teil der Explosionskraft über das exzentrische Element 32 auf das erste Verbindungselement 45 und das zweite Verbindungselement 46 übertragen. Der größte Teil der übertragenen Trägheitskraft und der größte Teil der übertragenen Explosionskraft wirken über die erste Platte 322, die als Einheit mit der Hülse 321 ausgebildet ist, und die ersten Verbindungsstifte 324 auf das erste Verbindungselement 45 und das zweite Verbindungselement 46. Aus diesem Grund ist in der vorliegenden Ausführungsform die erste Platte 322 vorzugsweise so gestaltet, dass sie eine höhere Steifigkeit aufweist als die zweite Platte 323, um die Verformung des exzentrischen Elements 32 durch die Trägheitskraft und die Explosionskraft gering zu halten. Zum Beispiel kann durch Ausbilden der Hülse 321 und der ersten Platte 322 durch Sintern und durch Ausbilden der zweiten Platte 323 durch Formpressen die Steifigkeit der ersten Platte 322 gegenüber derjenigen der zweiten Platte 323 erhöht werden. Man beachte, dass die Dicke der zweiten Platte 323 auch dünner gestaltet werden kann als die der ersten Platte 322. In diesem Fall kann das Gesamtgewicht des exzentrischen Elements 32 und dadurch auch das der längenvariablen Pleuelstange 6 verringert werden. Ferner kann ein Material mit einer geringeren Steifigkeit als das Material der ersten Platte 322 für die zweite Platte 323 verwendet werden. In diesem Fall können die Herstellungskosten für das exzentrische Elements 32 und dadurch auch für die längenvariablen Pleuelstange 6 verringert werden.
<Zweite Ausführungsform>
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 13 bis 15 eine längenvariable Pleuelstange 6' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Gestaltung, die Funktionsweise und das Herstellungsverfahren der längenvariablen Pleuelstange 6' gemäß der zweiten Ausführungsform sind denen der längenvariablen Pleuelstange 6 gemäß der ersten Ausführungsform grundsätzlich gleich, außer in den nachstehend erläuterten Punkten.
<Gestaltung der längenvariablen Pleuelstange>
13 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6' gemäß der zweiten Ausführungsform zeigt. 14 und 15 sind schematische perspektivische Darstellungen der Umgebung des den kleinen Durchmesser aufweisenden Endabschnitts 31b des Pleuelstangenkörpers 31. In 14 und 15 ist das exzentrische Element 32 in einem zerlegten Zustand dargestellt.
In der zweiten Ausführungsform ist die längenvariable Pleuelstange 6', anders als in der ersten Ausführungsform, mit nur einem Kolbenmechanismus 33 und nur einem Verbindungselement 45 ausgestattet. In der zweiten Ausführungsform bewirken die Zufuhr von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder des Kolbenmechanismus 33 und die Abgabe von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder, dass der Kolben gleitet. In Verbindung mit der gleitenden Betätigung des Hydraulikkolbens wird eine Verschwenkung des exzentrischen Elements 32 bewirkt. Daher ist in der zweiten Ausführungsform der Strömungsrichtungsumkehrmechanismus 35 so gestaltet, dass er umgeschaltet wird zwischen einem ersten Zustand, in dem er die Zufuhr von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder zulässt und die Abgabe von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder nicht zulässt, und einem zweiten Zustand, in dem er die Zufuhr von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder nicht zulässt und die Abgabe von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder zulässt. Man beachte, dass das Hydrauliköl, das zum Hydraulikzylinder geliefert wird, von einer Öldruckzufuhrquelle außerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 geliefert wird.
Das exzentrische Element 32 der längenvariablen Pleuelstange 6' weist ebenso wie dasjenige der ersten Ausführungsform auf: eine Hülse 321, eine erste Platte 322 und eine zweite Platte 323, die jeweils an beiden Enden der Hülse 321 angeordnet sind, sowie erste Verbindungsstifte 324, die die erste Platte 322 und die zweite Platte 323 miteinander verbinden. Ein erster Verbindungsstift 324 ist mit dem ersten Verbindungselement 45 verbunden. Ferner weist das exzentrische Element 32 der längenvariablen Pleuelstange 6' ferner ein Verschwenkungsbeschränkungselement 47 auf. Das Verschwenkungsbeschränkungselement 47 beschränkt die Schwenkbetätigung des exzentrischen Elements 32 dadurch, dass es an den Pleuelstangenkörper 31 anstößt, wenn Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder geliefert wird und bewirkt wird, dass das exzentrische Element 32 zu einer Seite schwenkt.
In der vorliegenden Ausführungsform bildet das Verschwenkungsbeschränkungselement 47 eine Einheit mit der zweiten Platte 323. Das heißt, das Verschwenkungsbeschränkungselement 47 und die zweite Platte 323 sind ein als Einheit ausgebildetes Teil, das durch Sintern oder Gießen ausgebildet wird. Wenn die erste Platte 322 und das Verschwenkungsbeschränkungselement 47 eine Einheit bilden, ist hierbei eine hoch präzise Bearbeitung des Außendurchmessers der Hülse 321 (insbesondere des Abschnitts 321a mit dem großen Durchmesser) wegen der Behinderung durch das Verschwenkungsbeschränkungselements 47 schwierig. Im Gegensatz dazu ist es in der vorliegenden Ausführungsform dadurch, dass das Verschwenkungsbeschränkungselement 47 als Einheit mit der zweiten Platte 323 ausgebildet wird, problemlos möglich, den Außendurchmesser der Hülse 321 zu bearbeiten.
Man beachte, dass die längenvariable Pleuelstange 6', wie in 16 dargestellt ist, ferner eine Anschlagvorrichtung 36 aufweisen kann, die so gestaltet ist, dass sie die Anschlagposition für die Verschwenkung des exzentrischen Elements 32 in einer Richtung durch den Öldruck, der von außerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 geliefert wird, in zwei Stufen umschaltet. Die Anschlagvorrichtung 36 kann zwischen einem ausgefahrenen Zustand, wo sie aus dem Pleuelstangenkörper 31 vorsteht, und einem eingefahrenen Zustand, wo sie im Pleuelstangenkörper 31 verstaut ist, geschaltet werden.
Vorstehend wurden geeignete Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Wortsinns der Ansprüche auf verschiedene Weise modifiziert und geändert werden. Zum Beispiel kann die Hülse 321 einen in der axialen Richtung unveränderten Außendurchmesser aufweisen, ohne einen Abschnitt 321a mit großem Durchmesser und ohne einen Abschnitt 321b mit kleinem Durchmesser. In diesem Fall wird die Position der zweiten Platte 323 in der axialen Richtung der Hülse 321 beispielsweise dadurch bestimmt, dass die zweite Platte 323 an den einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31 anstößt. Ferner kann die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 321c in der Breitenrichtung der Pleuelstange 6 von der Schwenkachse des exzentrischen Elements 32 aus gesehen zur Seite des zweiten Hydraulikzylinders 34a versetzt sein. Ferner kann der erste Hydraulikzylinder 33a in X-Achsenrichtung der Pleuelstange 6 gesehen auf der Seite des einen kleinen Durchmesser aufweisenden Abschnitts 31b angeordnet sein, während der zweite Hydraulikzylinder 34a in X-Achsenrichtung der Pleuelstange 6 gesehen auf der Seite des einen großen Durchmesser aufweisenden Abschnitts 31a angeordnet sein kann.
Bezugszeichenliste

1.: Verbrennungskraftmaschine
5.: Kolben
6, 6'.: Pleuelstange
21.: Kolbenbolzen
31.: Pleuelstangenkörper
31a.: Endabschnitt mit großem Durchmesser
31b.: Endabschnitt mit kleinem Durchmesser
31c.: Stangenabschnitt
32.: exzentrisches Element
321.: Hülse
321c.: Kolbenbolzenaufnahmeöffnung
322.: erste Platte
322a.: erste Verbindungsstiftaufnahmeöffnung
323.: zweite Platte
323a.: zweite Verbindungsstiftaufnahmeöffnung
324.: erster Verbindungsstift
33.: erster Hydraulikkolbenmechanismus
33a.: erster Hydraulikzylinder
33b.: erster Hydraulikkolben
34.: zweiter Hydraulikkolbenmechanismus
34a.: zweiter Hydraulikzylinder
34b.: zweiter Hydraulikkolben
42.: erste Hülsenaufnahmeöffnung
45.: erstes Verbindungselement
46.: zweites Verbindungselement

Claims

Längenvariable Pleuelstange (6), aufweisend: ein exzentrisches Element (32) mit einer Hülse (321), die mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) versehen ist, die einen Kolbenbolzen (21) aufnimmt, einer ersten Platte (322), die an einem Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) versehen ist, einer zweiten Platte (323), die am anderen Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) versehen ist, und Verbindungsstiften (324), die die erste Platte (322) und die zweite Platte (323) in einem Zustand, in dem sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) und den zweiten Verbindungsstiftaufhahmeöffnungen (323a) aufgenommen sind, verbinden; einen Pleuelstangenkörper (31), der aufweist: einen Endabschnitt (31a) mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) versehen ist, die einen Kurbelzapfen (22) der Kurbelwelle aufnimmt, einen Endabschnitt (31b) mit kleinem Durchmesser, der mit einer ersten Hülsenaufnahmeöffnung (42) versehen ist, welche die Hülse (321) schwenkbar aufnimmt, und einen Stangenabschnitt (31c), der sich zwischen dem Endabschnitt (31a) mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt (31b) mit dem kleinen Durchmesser erstreckt; einen Hydraulikzylinder (33a, 34a), der am Stangenabschnitt (31c) ausgebildet ist; einen Hydraulikkolben (33b, 34b), der im Hydraulikzylinder (33a, 34a) gleitet; und ein Verbindungselement (45, 46), das den Verbindungsstift (324) und den Hydraulikkolben (33b, 34b) verbindet, wobei eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) exzentrisch zu einer Schwenkachse der Hülse (321) ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Hülse (321) und die erste Platte (322) einteilig aus einem gemeinsamen Werkstoff hergestellt sind.
Längenvariable Pleuelstange (6) nach Anspruch 1, wobei die erste Platte (322) eine Steifigkeit aufweist, die höher ist als die der zweiten Platte (323).
Längenvariable Pleuelstange (6) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Verbindungsstifte (324) in einem Zustand, wo sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) aufgenommen sind, durch kaltes Umformen an der ersten Platte befestigt oder in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen pressgepasst worden sind und in einem Zustand, wo sie in den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) aufgenommen sind, durch kaltes Umformen an der zweiten Platte befestigt oder in die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) pressgepasst worden sind.
Längenvariable Pleuelstange (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei eine zweite Hülsenaufnahmeöffnung (323b) in der zweiten Platte (323) vorgesehen ist, die Hülse (321) einen Abschnitt (321a) mit großem Durchmesser, der an dem einen Endabschnitt positioniert ist, und einen Abschnitt (321b) mit kleinem Durchmesser aufweist, der am anderen Endabschnitt positioniert ist und einen Außendurchmesser aufweist, der kleiner ist als der des Abschnitts (321a) mit dem großen Durchmesser, der Abschnitt (321a) mit dem großen Durchmesser in der ersten Hülsenaufnahmeöffnung (42) aufgenommen ist und der Abschnitt (321b) mit dem kleinen Durchmesser in der zweiten Hülsenaufnahmeöffnung (323b) aufgenommen ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) mit variabler Verdichtung, die in der Lage ist, eine mechanische Verdichtung zu ändern und die die längenvariable Pleuelstange (6) nach einem der Ansprüche 1 bis 4 aufweist und die mechanische Verdichtung durch Ändern einer Länge zwischen einer Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) und einer Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung (41) mit der längenvariablen Pleuelstange (6) ändert.
Verfahren zur Herstellung einer längenvariablen Pleuelstange (6), die aufweist: ein exzentrisches Element (32) mit einer Hülse (321), die mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) versehen ist, die einen Kolbenbolzen (21) aufnimmt, einer ersten Platte (322), die an einem Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) versehen ist, einer zweiten Platte (323), die am anderen Endabschnitt der Hülse (321) angeordnet ist und mit zweiten Verbindungsstiftaufhahmeöffnungen (323a) versehen ist, und Verbindungsstifte (324), die die erste Platte (322) und die zweite Platte (323) in einem Zustand, in dem sie in den ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) und den zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) aufgenommen sind, verbinden, einen Pleuelstangenkörper (31), der aufweist: einen Endabschnitt (31a) mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) versehen ist, die einen Kurbelzapfen (22) der Kurbelwelle aufnimmt, einen Endabschnitt (31b) mit kleinem Durchmesser, der mit einer Hülsenaufnahmeöffnung (42) versehen ist, welche die Hülse (321) schwenkbar aufnimmt, und einen Stangenabschnitt (31c), der sich zwischen dem Endabschnitt (31a) mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt (31b) mit dem kleinen Durchmesser erstreckt, einen Hydraulikzylinder (33a, 34a), der am Stangenabschnitt (31c) ausgebildet ist, einen Hydraulikkolben (33b, 34b), der im Hydraulikzylinder (33a, 34a) gleitet, und ein Verbindungselement (45, 46), das den Verbindungsstift (324) und den Hydraulikkolben (33b, 34b) verbindet, wobei eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (321c) exzentrisch zu einer Schwenkachse der Hülse (321) ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Verfahren beinhaltet: einen Schritt des einteiligen Herstellens der Hülse (321) und der ersten Platte (322) aus einem gemeinsamen Werkstoff, einen Schritt des Einführens der Hülse (321) in die Hülsenaufnahmeöffnung (42), einen Schritt des Anordnens der zweiten Platte (323) am anderen Endabschnitt der Hülse (321), und einen Schritt des Verbindens der ersten Platte (322), der zweiten Platte (323) und des Verbindungselements (45, 46) durch die Verbindungsstifte (324).
Verfahren zur Herstellung einer längenvariablen Pleuelstange (6) nach Anspruch 6, wobei der Schritt des Verbindens der ersten Platte (322), der zweiten Platte (323) und des Verbindungselements (45, 46) durch die Verbindungsstifte (324) beinhaltet: einen Schritt des Einführens der Verbindungsstifte (324) in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) und des Befestigens der Verbindungsstifte (324) an der ersten Platte (322) durch kaltes Umformen oder einen Schritt des Presspassens der Verbindungsstifte (324) in die ersten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (322a) und einen Schritt des Einführens der Verbindungsstifte (324) in die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a) und des Befestigens des Verbindungsstiftes an der zweiten Platte (323) durch kaltes Umformen oder einen Schritt des Presspassens der Verbindungsstifte (324) in die zweiten Verbindungsstiftaufnahmeöffnungen (323a).