DE102016106345A1

DE102016106345A1 - Verbrennungskraftmaschine mit variablem verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE102016106345A1
Application number: DE102016106345.2A
Authority: DE
Inventors: Yoshiro Kamo; Shuichi Ezaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2015-05-22
Filing date: 2016-04-07
Publication date: 2016-11-24
Also published as: JP2016217296A; CN106168162A; US20160341118A1

Abstract

Verbrennungskraftmaschine 1 weist einen Zylinder 15, einen Kolben 5 und einen Verbindungsstab 6 auf. Der Verbindungsstab weist einen Verbindungsstabkörper 31 und ein Exzenterteil 32 auf. Das Exzenterteil ist so eingerichtet, dass eine Achse der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d von einer Drehachse des Exzenterteils versetzt wird, und ist eingerichtet, um den Kolben zu veranlassen, bezüglich des Verbindungsstabkörpers anzusteigen, indem es sich in eine Richtung dreht, und um den Kolben zu veranlassen, bezüglich des Verbindungskörpers zu sinken, indem es sich in die andere Richtung dreht. Die Verbrennungskraftmaschine weist ferner ein Drehsteuerungsmittel für die Steuerung der Drehung des Exzenterteils auf. Das Drehsteuerungsmittel veranlasst, dass die Kraftmaschinendrehzahl eine Referenzdrehzahl oder höher beträgt, wenn das Exzenterteil veranlasst wird, sich zu drehen. Die Referenzdrehzahl ist höher als eine Leerlaufdrehzahl, wenn nicht veranlasst wird, dass sich das Exzenterteil dreht.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, die bezüglich eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses verändert werden kann.
Technischer Hintergrund
Herkömmlich ist eine Verbrennungskraftmaschine bekannt, die mit einem Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis beschaffen ist, der in der Lage ist, das mechanische Verdichtungsverhältnis der Verbrennungskraftmaschine zu ändern. Verschiedene Mechanismen sind als solch ein Mechanismus mit variablem Verdichtungsverhältnis vorgeschlagen worden. Unter ihnen kann einer (z. B. in PLT 1) erwähnt werden, welcher eine wirksame Länge eines Verbindungsstabs ändert, der in der Verbrennungskraftmaschine verwendet wird. „Effektive Länge eines Verbindungsstabs” bedeutet hier die Entfernung von einem Mittelpunkt einer Kurbelaufnahmeöffnung, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, und einem Mittelpunkt einer Kolbenstiftaufnahmeöffnung, die einen Kolbenstift aufnimmt. Wenn deshalb die wirksame Länge des Verbindungsstabs länger wird, wird das Volumen der Brennkammer kleiner, wenn der Kolben am oberen Verdichtungstotpunkt ist, und deshalb erhöht sich das mechanische Verdichtungsverhältnis. Auf der anderen Seite, wenn die wirksame Länge des Verbindungsstabs kleiner wird, wird das Volumen der Brennkammer größer, wenn der Kolben am oberen Verdichtungstotpunkt ist, und deshalb sinkt das mechanische Verdichtungsverhältnis.
Als der Verbindungsstab variabler Länge, der in der Lage ist, in seiner wirksamen Länge verändert zu werden, ist (z. B. in PLT 1) einer bekannt, der ein Endstück kleinen Durchmessers eines Verbindungsstabkörpers mit einem Exzenterteil (exzentrischer Arm oder exzentrische Hülse), das sich bezüglich des Verbindungsstabkörpers drehen kann, aufweist. Das Exzenterteil weist eine Kolbenstiftaufnahmeöffnung auf, die einen Kolbenstift aufnimmt. Diese Kolbenstiftaufnahmeöffnung ist exzentrisch bezüglich einer Drehachse des Exzenterteils geschaffen. Wenn eine Trägheitskraft aufgrund einer Hin- und Her-Bewegung des Kolbens auf den Kolbenstift wirkt, dreht sich aus diesem Grund das Exzenterteil.
Wenn sich bei einem solchen Verbindungsstab variabler Länge, die Drehposition des Exzenterteils ändert, ist es möglich, die wirksame Länge des Verbindungsstabs zusammen mit diesem zu ändern. Insbesondere dreht sich das Exzenterteil in eine Richtung, um die wirksame Länge des Verbindungsstabs dadurch zu verlängern. Infolge dessen steigt der Kolben bezüglich des Verbindungskörpers und das mechanische Verdichtungsverhältnis wird von einem niedrigen Verdichtungsverhältnis auf ein hohes Verdichtungsverhältnis umgeschaltet. Auf der anderen Seite dreht sich das Exzenterteil in die andere Richtung, um zu veranlassen, dass sich dadurch die wirksame Länge des Verbindungsstabs verkürzt. Infolge dessen sinkt der Kolben bezüglich des Verbindungskörpers und das mechanische Verdichtungsverhältnis wird von einem hohen Verdichtungsverhältnis zu einem niedrigen Verdichtungsverhältnis umgeschaltet. Deshalb ist es in einer Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, die mit einem solchen Verbindungsstab variabler Länge beschaffen ist, möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis zwischen dem niedrigen Verdichtungsverhältnis und dem hohen Verdichtungsverhältnis umzuschalten.
Entgegenhaltungsliste
Patentliteratur

PLT 1. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2011-196549 A
PLT 2. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 5-209585 A
PLT 3. Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2012-229643 A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Die Trägheitskraft aufgrund der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens ist jedoch proportional zu dem Quadrat der Kraftmaschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine. Aus diesem Grund kann in dem Niedrigdrehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine eine ausreichende Trägheitskraft nicht erlangt werden und die Reaktion, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird, verschlechtert sich.
Deshalb ist angesichts der vorstehenden Probleme ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung, die Reaktion zu verbessern, wenn in einer Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, die einen Verbindungsstab variabler Länge aufweist, das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird.
Lösung des Problems
Zur Lösung des vorstehenden Problems ist in einer ersten Erfindung eine Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis geschaffen, die in der Lage ist, ein mechanisches Verdichtungsverhältnis zu verändern, die einen Zylinder, einen Kolben, der sich innerhalb des Zylinders hin- und her bewegt, und einen Verbindungsstab aufweist, der durch einen Kolbenstift mit dem Kolben verbunden ist, wobei der Verbindungsstab einen Verbindungsstabkörper, der ein Endstück großen Durchmessers aufweist, das mit einer Kurbelaufnahmeöffnung beschaffen ist, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, und ein Endstück kleinen Durchmessers, das an der Seite des Kolbens an der gegenüber liegenden Seite von dem Endstück großen Durchmessers angeordnet ist, und ein Exzenterteil aufweist, das eine Kolbenstiftaufnahmeöffnung aufweist, die den Kolbenstift aufnimmt, und die an dem Endstück kleinen Durchmessers befestigt ist, um sich drehen zu können, wobei das Exzenterteil so eingerichtet ist, dass eine Achse der Kolbenstiftaufnahmeöffnung von einer Drehachse des Exzenterteils versetzt wird und eingerichtet ist, um zu veranlassen, dass der Kolben bezüglich des Verbindungskörpers ansteigt, indem es sich in eine Richtung dreht, und um zu veranlassen, dass sich der Kolben bezüglich des Verbindungskörpers absenkt, indem es sich in die andere Richtung dreht, und die Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis weist ferner ein Drehsteuerungsmittel für die Steuerung der Drehung des Exzenterteils auf, wobei das Drehsteuerungsmittel veranlasst, dass die Kraftmaschinendrehzahl eine Referenzdrehzahl oder mehr beträgt, wenn das Exzenterteil veranlasst wird, sich zu drehen, und wobei die Referenzdrehzahl höher als eine Leerlaufdrehzahl ist, wenn nicht veranlasst wird, dass sich das Exzenterteil dreht.
In einer zweiten Erfindung, wenn das Exzenterteil vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis in einem Zustand ist, bei dem es sich in die andere Richtung der Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis dreht, veranlasst das Drehsteuerungsmittel in der ersten Erfindung die Kraftmaschinendrehzahl in dem Leerlaufzustand bis zu der Referenzdrehzahl oder höher anzusteigen, wenn es veranlasst, dass sich das Exzenterteil unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis in die eine Richtung dreht.
In einer dritten Erfindung, wenn basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis vorhergesagt wird, dass ein Klopfen auftreten würde, wenn das Exzenterteil veranlasst wird, sich in die eine Richtung zu drehen, um dadurch das mechanische Verdichtungsverhältnis anzuheben, erlaubt das Drehsteuerungsmittel in der zweiten Erfindung unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis dem Exzenterteil nicht, sich in die eine Richtung zu drehen.
In einer vierten Erfindung weist der Verbindungsstab in einer beliebigen der ersten bis dritten Erfindung ferner einen hydraulischen Zylinder auf, der an dem Verbindungsstabkörper geschaffen ist und dem Hydrauliköl zugeführt wird, und einen Hydraulikkolben, der innerhalb des Hydraulikzylinders gleitet, wobei der Hydraulikkolben eingerichtet ist, um in dem Hydraulikzylinder anzusteigen, wenn sich das Exzenterteil in die eine Richtung dreht und um in dem Hydraulikzylinder zu sinken, wenn sich das Exzenterteil in die andere Richtung dreht, und wobei die Referenzdrehzahl erhöht wird, wenn eine Öltemperatur des Hydrauliköls im Vergleich damit, wenn die Öltemperatur relativ hoch ist, relativ niedrig ist.
In einer fünften Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis in einer beliebigen der ersten bis zur vierten Erfindung in einem Fahrzeug befestigt, das ein stufenlos variables Getriebe aufweist, wobei das Drehsteuerungsmittel einen Anstieg einer Kraftmaschinendrehzahl bis zu der Referenzdrehzahl oder höher veranlasst, wenn das Exzenterteil veranlasst wird, sich während des Betriebs des Fahrzeugs zu drehen und die Kraftmaschinendrehzahl geringer als die Referenzdrehzahl ist, und wobei das stufenlos variable Getriebe veranlasst wird, ein Drehzahlverhältnis zusammen mit dem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl so zu verändern, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.
Vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, die Reaktion zu verbessern, wenn in einer Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis, die einen Verbindungsstab variabler Länge aufweist, das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis.
2 ist eine Perspektivansicht, die schematisch einen Verbindungsstab variabler Länge gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Querschnittsseitenansicht, die schematisch einen Verbindungsstab variabler Länge und einen Kolben gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist a schematische, auseinandergebaute Perspektivansicht der nahen Umgebung eines Endstücks kleinen Durchmessers eines Verbindungsstabkörpers.
5 ist eine schematische, auseinandergebaute Perspektivansicht der nahen Umgebung eines Endstücks kleinen Durchmessers eines Verbindungsstabkörpers.
6 ist eine Querschnittsseitenansicht, die schematisch einen Verbindungsstab variabler Länge und einen Kolben gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
7 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Verbindungsstabs, die einen Bereich vergrößert, wo ein Stromrichtungumschaltmechanismus geschaffen ist.
8 ist eine Querschnittsansicht eines Verbindungsstabs entlang VIII-VIII und IX-IX der 7.
9 ist eine schematische Ansicht, die die Betätigung eines Stromrichtungumschaltmechanismus erläutert, wenn Öldruck aus einer Öldruckzuführvorrichtung den Umschaltstiften zugeführt wird.
10 ist eine schematische Ansicht, die die Betätigung eines Stromrichtungumschaltmechanismus erläutert, wenn Öldruck nicht aus einer Öldruckzuführvorrichtung den Umschaltstiften zugeführt wird.
11 ist ein Zeitdiagramm eines angeforderten mechanischen Verdichtungsverhältnisses, eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einer Kraftmaschinendrehzahl in dem Fall, bei dem das Umschalten eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine angefordert wird.
12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine einer Verdichtungsverhältnisumschaltverarbeitung zum Zeitpunkt eines Anfahrens zeigt.
13 ist ein Zeitdiagramm eines angeforderten mechanischen Verdichtungsverhältnisses, eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses und einer Kraftmaschinendrehzahl in dem Fall, bei dem ein Umschalten eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses während des Betriebs eines Fahrzeugs angefordert wird.
14 ist a Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine einer Verarbeitung für ein Umschalten eines Verdichtungsverhältnisses während der Betriebszeit zeigt.
Beschreibung der Ausführungsformen
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die Abbildungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail erläutert. Man beachte, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Bestandteilen dieselben Bezugszeichen zugewiesen sind.
<Erste Ausführungsform>
Als erstes wird bezugnehmend auf 1–12, eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
<Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis>
1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß der vorliegenden Erfindung. Bezugnehmend auf 1, kennzeichnet 1 eine Verbrennungskraftmaschine. Die Verbrennungskraftmaschine 1 weist ein Kurbelwellengehäuse 2, einen Zylinderblock 3, einen Zylinderkopf 4, Kolben 5, Verbindungsstäbe variabler Längen 6, Brennkammern 7, Zündkerzen 8, die an den zentralen Teilen der Oberflächen der Brennkammern 7 angeordnet sind, Einlassventile 9, eine Einlassnockenwelle 10, Einlassanschlüsse 11, Auslassventile 12, eine Auslassnockenwelle 13 und Auslassanschlüsse 14 auf. Der Zylinderblock 3 bildet Zylinder 15 aus. Die Kolben 5 bewegen sich hin und her innerhalb der Zylinder 15. Darüber hinaus weist die Verbrennungskraftmaschine 1 ferner einen variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus A, der in der Lage ist, den Öffnungszeitpunkt und den Schließungszeitpunkt der Einlassventile 9 zu steuern, und ein variables Ventil mit einem variablen Ventilzeitsteuerungsmechanismus B, der in der Lage ist, den Öffnungszeitpunkt und den Schließungszeitpunkt der Auslassventile 12 zu steuern.
Der Verbindungsstab variabler Länge 6 ist an seinem Endstück mit einem kleinen Durchmesser durch einen Kolbenstift 21 mit dem Kolben 5 verbunden und ist an seinem Endstück mit einem großen Durchmesser mit einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle verbunden. Der Verbindungsstab variabler Länge 6 kann, wie nachstehend erläutert, die Entfernung von der Achse des Kolbenstifts 21 bis zu der Achse des Kurbelzapfens 22, d. h. die wirksame Länge, verändern.
Wenn die wirksame Länge des Verbindungsstabs variabler Länge 6 länger wird, ist die Länge von dem Kurbelzapfen 22 aus bis zu dem Kolbenstift 21 länger, und deshalb ist, wie in der Abbildung durch die durchgezogene Linie gezeigt, das Volumen der Verbrennungskammer 7 kleiner, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt ist. Auf der anderen Seite ändert sich, sogar wenn sich die wirksame Länge des Verbindungsstabs variabler Länge 6 ändert, die Hublänge des Kolbens 5 nicht, der sich in dem Zylinder hin- und her bewegt. Deshalb ist zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis an der Verbrennungskraftmaschine 1 größer.
Wenn auf der anderen Seite die wirksame Länge des Verbindungsstabs variabler Länge 6 kürzer ist, ist die Länge von dem Kurbelzapfen 22 aus bis zu dem Kolbenstift 21 kürzer und deshalb ist, wie in der Abbildung durch die gestrichelte Linie gezeigt, das Volumen der Verbrennungskammer größer, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt ist. Wie vorstehend erläutert, ist die Hublänge des Kolbens 5 jedoch konstant. Deshalb ist zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis an der Verbrennungskraftmaschine 1 kleiner.
<Aufbau eines Verbindungsstabs variabler Länge>
2 ist eine Perspektivansicht, die schematisch den Verbindungsstab variabler Länge 6 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt, während 3 eine Querschnittsseitenansicht ist, die schematisch den Verbindungsstab variabler Länge 6 gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt. Wie in 2 und 3 gezeigt, weist der Verbindungsstab variabler Länge 6 einen Verbindungsstabkörper 31, ein Exzenterteil 32, das an dem Verbindungsstabkörper 31 befestigt ist, um drehen zu können, einen ersten Kolbenmechanismus 33 und einen zweiten Kolbenmechanismus 34, die an dem Verbindungsstabkörper 31 geschaffen sind, und einen Stromrichtungumschaltmechanismus 35, der die Strömung von Hydrauliköl zu diesen Kolbenmechanismen 33 und 34 umschaltet.
Zuerst wird der Verbindungsstabkörper 31 erläutert. Der Verbindungsstabkörper 31 weist an einem Ende eine Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 auf, die den Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle aufnimmt, und weist an dem anderen Ende eine Hülsenaufnahmeöffnung 42 auf, die eine Hülse des nachstehend besprochenen Exzenterteils 32 aufnimmt. Die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 ist größer als die Hülsenaufnahmeöffnung 42, und deshalb wird das Ende des Verbindungsstabkörpers 31, der an einer Seite angeordnet ist, wo die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 geschaffen ist (die Kurbelwellenseite), ein Endstück mit einem großen Durchmesser 31a genannt, während das Ende des Verbindungsstabkörpers 31, das an einer Seite angeordnet ist, wo die Hülsenaufnahmeöffnung 42 geschaffen ist (die Kolbenseite), ein Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b genannt wird.
Man beachte, dass in dieser Beschreibung eine Achse X, die sich zwischen einer Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 (d. h. die Achse des Kurbelzapfens 22, der in der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 aufgenommen wird) und einer Mittelachse der Hülsenaufnahmeöffnung 42 (d. h. die Achse der Hülse, die in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 aufgenommen wird) erstreckt (3), d. h. die Linie, die durch die Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 hindurchgeht, die „Achse des Verbindungsstabs 6” genannt wird. Ferner wird die Länge des Verbindungsstabs in der Richtung senkrecht zu der Achse X des Verbindungsstabs 6 und senkrecht zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 die „Breite des Verbindungsstabs” genannt. Außerdem wird die Länge des Verbindungsstabs in der Richtung parallel zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 die „Dicke des Verbindungsstabs” genannt.
Wie aus 2 und 3 verständlich wird, ist die Breite des Verbindungsstabkörpers 31 an dem Zwischenstück zwischen dem Endstück mit einem großen Durchmesser 31a und dem Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b am engsten. Ferner ist die Breite des Endstücks mit einem großen Durchmesser 31a größer als die Breite des Endstücks mit einem kleinen Durchmesser 31b. Auf der anderen Seite ist die Dicke des Verbindungsstabkörpers 31 im Wesentlichen eine konstante Dicke, ausgenommen des Bereichs an dem die Kolbenmechanismen 33, 34 geschaffen sind.
Als Nächstes wird das Exzenterteil 32 erläutert. 4 und 5 sind schematische Perspektivansichten der Nahumgebungen des Endstücks mit einem kleinen Durchmesser 31b des Verbindungsstabkörpers 31. In 4 und 5 ist das Exzenterteil 32 in einem auseinandergebauten Zustand gezeigt. Bezugnehmend auf 2 bis 5, weist das Exzenterteil 32 auf: eine zylindrische Hülse 32a, die in einer Hülsenaufnahmeöffnung 42 in dem Verbindungsstabkörper 31 ausgebildet ist; ein Paar erster Arme 32b, die sich von der Hülse 32a aus in eine Richtung der Breiterrichtung des Verbindungsstabkörpers 31 erstrecken; und ein Paar zweiter Arme 32c, die sich von der Hülse 32a aus in die Richtung der Breiterrichtung des Verbindungsstabkörpers 31 (Richtung, die im Allgemeinen entgegengesetzt zu der vorstehenden Richtung ist) erstrecken. Die Hülse 32a kann sich in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 drehen, und deshalb ist das Exzenterteil 32 befestigt, um sich in die Umfangsrichtung des Endstücks mit einem kleinen Durchmesser 31b bezüglich des Verbindungsstabkörpers 31 in dem Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b des Verbindungsstabkörpers 31 drehen zu können. Die Drehachse des Exzenterteils 32 stimmt mit der Mittelachse der Hülsenaufnahmeöffnung 42 überein.
Die Hülse 32a des Exzenterteils 32 weist ferner eine Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d für die Aufnahme eines Kolbenstifts 21 auf. Diese Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Die zylindrische Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d weist eine Achse parallel zu der Mittelachse der zylindrischen Form der Hülse 32a auf, aber ist ausgebildet, um nicht mit ihr koaxial zu werden. Deshalb ist die Achse der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d von der Mittelachse der zylindrischen Außenform der Hülse 32a, d. h. der Drehachse des Exzenterteils 32 versetzt.
Auf diese Weise ist in der vorliegenden Ausführungsform die Mittelachse der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d der Hülse 32a von der Drehachse des Exzenterteils 32 versetzt. Wenn sich das Exzenterteil 32 dreht, ändert sich deshalb die Position der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42. Wenn die Position der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d diejenige an der Seite des Endstücks mit dem großen Durchmesser 31a in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 ist, wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 kürzer. Wenn dagegen die Position der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 diejenige zu der Seite des Endstücks mit dem großen Durchmesser 31a entgegengesetzten Seite, d. h. die Seite des Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b, ist, wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs länger. Gemäß der vorliegenden Ausführungsform ändert sich deshalb durch Drehen des Exzenterteils die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6.
Als Nächstes wird bezugnehmend auf 3 der erste Kolbenmechanismus 33 erläutert. Der erste Kolbenmechanismus 33 weist einen ersten Zylinder 33a auf, der in dem Verbindungsstabkörper 31 ausgebildet ist, einen ersten Kolben 33b, der in dem ersten Zylinder 33a gleitet, und eine erste Öldichtung 33c, die das Öl, das in den ersten Zylinder 33a hinein zugeführt wird, abdichtet. Der erste Zylinder 33a ist fast vollständig oder vollständig an der Seite des ersten Arms 32b von der Achse X des Verbindungsstabs 6 aus angeordnet. Ferner ist der erste Zylinder 33a um ein bestimmtes Winkelmaß bezüglich der Achse X geneigt angeordnet, so dass er umso weiter in die Breitenrichtung des Verbindungsstabkörpers 31 herausragt, je näher er zu dem Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b ist. Ferner steht der erste Zylinder 33a mit dem Stromrichtungumschaltmechanismus 35 durch einen ersten Kolbenverbindungsfluidpfad 51 in Verbindung.
Der erste Kolben 33b ist durch ein erstes Verbindungsteil 45 mit dem ersten Arm 32b des Exzenterteils 32 verbunden. Der erste Kolben 33b ist durch einen Stift mit dem ersten Verbindungsteil 45 verbunden, um drehen zu können. Wie in 5 gezeigt, ist der erste Arm 32b mit dem ersten Verbindungsteil 45 durch einen ersten Stift verbunden, um an dem Endstück entgegengesetzt zu der Seite, die mit der Hülse 32a verbunden ist, drehen zu können.
Die erste Öldichtung 33c weist eine Ringform auf und ist an dem Umfang des unteren Endstücks des ersten Kolbens 33b befestigt. Die erste Öldichtung 33c berührt die Innenfläche des ersten Zylinders 33a. Zwischen der ersten Öldichtung 33c und dem ersten Zylinder 33a wird eine Reibungskraft erzeugt.
Als Nächstes wird der zweite Kolbenmechanismus 34 erläutert. Der zweite Kolbenmechanismus 34 weist einen zweiten Zylinder 34a, der in dem Verbindungsstabkörper 31 ausgebildet ist, einen zweiten Kolben 34b, der in dem zweiten Zylinder 34a gleitet, und eine zweite Öldichtung 34c auf, die das Öl, das in den zweiten Zylinder 34a zugeführt wird, abdichtet. Der zweite Zylinder 34a ist fast vollständig oder vollständig an der Seite des zweiten Arms 32c bezüglich der Achse X des Verbindungsstabs 6 aus angeordnet. Ferner ist der zweite Zylinder 34a um ein bestimmtes Winkelmaß bezüglich der Achse X geneigt angeordnet, so dass er umso weiter in die Breiterrichtung des Verbindungsstabkörpers 31 herausragt, je näher er zu dem Endstück mit einem kleinen Durchmesser 31b ist. Ferner steht der zweite Zylinder 34a mit dem Stromrichtungumschaltmechanismus 35 durch einen zweiten Kolbenverbindungsfluidpfad 52 in Verbindung.
Der zweite Kolben 34b ist durch ein zweites Verbindungsteil 46 mit dem zweiten Arm 32c des Exzenterteils 32 verbunden. Der zweite Kolben 34b ist durch einen Stift mit dem zweiten Verbindungsteil 46 verbunden, um drehen zu können. Wie in 5 gezeigt, ist der zweite Arm 32c mit dem zweiten Verbindungsteil 46 durch einen zweiten Stift verbunden, um an dem Endstück der Seite drehen zu können, die zu der Seite, die mit der Hülse 32a verbunden ist, entgegengesetzt ist.
Die zweite Öldichtung 34c weist eine Ringform auf und ist an dem Umfang des unteren Endstücks des zweiten Kolbens 34b befestigt. Die zweite Öldichtung 34c berührt die Innenfläche des zweiten Zylinders 34a. Zwischen der zweiten Öldichtung 34c und dem zweiten Zylinder 34a wird eine Reibungskraft erzeugt.
<Betätigung eines Verbindungsstabs variabler Länge>
Als Nächstes wird bezugnehmend auf 6 die Betätigung eines auf diese Weise eingerichteten Exzenterteils 32, eines ersten Kolbenmechanismus 33 und eines zweiten Kolbenmechanismus 34 erläutert. 6(A) zeigt den Zustand, bei dem Öl dem ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 zugeführt wird und bei dem Öl dem zweiten Zylinder 34a des zweiten Kolbenmechanismus 34 nicht zugeführt wird. Auf der anderen Seite zeigt 6(B) den Zustand, bei dem Öl dem ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 nicht zugeführt wird und Öl dem zweiten Zylinder 34a des zweiten Kolbenmechanismus 34 zugeführt wird.
In dieser Hinsicht kann, wie nachstehend erläutert, der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 zwischen einem ersten Zustand, bei dem er die Strömung von Öl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a verhindert und die Strömung von Öl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt wird, und einem zweiten Zustand, bei dem er die Strömung von Öl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a erlaubt und die Strömung von Öl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a verhindert wird, umgeschaltet werden.
Wenn der Stromrichtungumschaltmechanismus 35, wie in 6(A) gezeigt, in dem ersten Zustand ist, bei dem er die Strömung von Öl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a verhindert und die Strömung von Öl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt, wird Öl dem ersten Zylinder 33a zugeführt und es wird aus dem zweiten Zylinder 34a Öl ausgestoßen. Deshalb steigt der erste Kolben 33b an und der erste Arm 32b des Exzenterteils 32, das mit dem ersten Kolben 33b verbunden ist, steigt ebenso. Auf der anderen Seite sinkt der zweite Kolben 34b und der zweite Arm 32c, der mit dem zweiten Kolben 34b verbunden, sinkt ebenso. Folglich dreht sich in dem in 6(A) gezeigten Beispiel das Exzenterteil 32 in die Pfeilrichtung der Abbildung und folglich steigt die Position der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d an. Deshalb wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelwellenaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d, d. h. die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6, länger und wird zu L1 in der Abbildung. D. h. wenn Öl in den Innenraum des ersten Zylinders 33a eingeführt wird und Öl aus dem zweiten Zylinder 34a ausgestoßen wird, wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 länger.
Auf der anderen Seite, wenn der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 in dem zweiten Zustand ist, bei dem er, wie in 6(B) gezeigt, eine Strömung von Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a erlaubt und die Strömung von Hydrauliköl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a verhindert, wird Hydrauliköl in den Innenraum des zweiten Zylinders 34a zugeführt und es wird Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a ausgestoßen. Deshalb steigt der zweite Kolben 34b an und der zweite Arm 32c des Exzenterteils 32, der mit dem zweiten Kolben 34b verbunden ist, steigt ebenso. Auf der anderen Seite sinkt der erste Kolben 33b und der erste Arm 32b, der mit dem ersten Kolben 33b verbunden ist, sinkt ebenso. Folglich dreht sich in dem gezeigten Beispiel in 6(B) das Exzenterteil 32 in die Pfeilrichtung in der Abbildung (eine Richtung entgegengesetzt zu dem Pfeil der 6(A)) und, folglich sinkt die Position der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d. Deshalb wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelwellenaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenstiftaufnahmeöffnung 32d, d. h. die wirksame Länge L2 des Verbindungsstabs 6 kürzer als L1 in der Abbildung. D. h., wenn Hydrauliköl in den Innenraum des zweiten Zylinders 34a zugeführt wird und Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a ausgestoßen wird, wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 kürzer.
Deshalb kann bei dem Verbindungsstab 6 gemäß der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend erläutert, die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 zwischen L1 und L2 umgeschaltet werden, indem der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umgeschaltet wird. Folglich ist es bei der Verbrennungskraftmaschine 1, die den Verbindungsstab 6 verwendet, möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis zu ändern.
Wenn hier der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 in dem ersten Zustand ist, wird im Wesentlichen Hydrauliköl von außen nicht zugeführt. Wie nachstehend erläutert, bewegen sich der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b zu den in 6A gezeigten Positionen und das Exzenterteil 32 schwingt bis zu der in 6A gezeigten Position. Wenn eine nach oben gerichtete Trägheitskraft aufgrund einer Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 der Verbrennungskraftmaschine 1 auf den Kolbenstift 21 wirkt, steigt der erste Kolben 33b an und der zweite Kolben 34b sinkt. Zu diesem Zeitpunkt wird Hydrauliköl aus dem zweiten Zylinder 34a ausgestoßen, es wird Hydrauliköl in den Innenraum des ersten Zylinders 33a zugeführt, und der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b bewegen sich bis zu den in 6A gezeigten Positionen. Ferner, wenn eine nach oben gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenstift 21 wirkt, schwingt das Exzenterteil 32 in eine Richtung (Richtung des Pfeilzeichens in 6A) (nachstehend als die „Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung” bezeichnet) bis zu der in 6A gezeigten Position. In Folge dessen wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 länger und der Kolben 5 steigt bezüglich des Verbindungsstabkörpers 31 an. Auf der anderen Seite, wenn sich der Kolben 5 innerhalb des Zylinders 15 der Verbrennungskraftmaschine 1 hin und her bewegt und eine nach unten gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenstift 21 wirkt oder wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch innerhalb der Verbrennungskammer 7 verbrannt wird und eine nach unten gerichtete Kraft auf den Kolbenstift 21 wirkt, sinkt der erste Kolben 33b und das Exzenterteil 32 versucht in die Richtung (Richtung des Pfeilzeichens in 6B) (nachstehend, als die „Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung” bezeichnet) zu schwingen. Aufgrund des Stromrichtungumschaltmechanismus 35, wird jedoch eine Strömung von Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a verhindert, so dass das Hydrauliköl innerhalb des ersten Zylinders 33a nicht herausströmt und folglich bewegen sich der erste Kolben 33b und das Exzenterteil 32 nicht.
Auf der anderen Seite, sogar wenn der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 in dem zweiten Zustand ist, wird grundsätzlich Öl von außen nicht zugeführt. Wie nachstehend erläutert, schwingt das Exzenterteil 32 bis zu der durch die 6B gezeigten Position, während der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b sich bis zu den in 6B gezeigten Positionen bewegen. Wenn die nach unten gerichtete Trägheitskraft aufgrund der Hin- und Her-Bewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 der Verbrennungskraftmaschine 1 und die nach unten gerichtete Explosionskraft aufgrund der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs innerhalb der Verbrennungskammer 7 auf den Kolbenstift 21 wirken, sinkt der erste Kolben 33b ab und der zweite Kolben 34b steigt an. Zu diesem Zeitpunkt wird Öl aus dem ersten Zylinder 33a ausgestoßen, es wird Öl in den Innenraum des zweiten Zylinders 34a zugeführt, und der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b bewegen sich bis zu den durch 6B gezeigten Positionen. Wenn die nach unten gerichtete Trägheitskraft und die Explosionskraft auf den Kolbenstift wirken 21, schwingt ferner das Exzenterteil 32 in die Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung bis zu der in 6B gezeigten Position. In Folge dessen wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 kürzer und der Kolben 5 sinkt bezüglich des Verbindungsstabkörpers 31. Auf der anderen Seite, wenn sich der Kolben 5 innerhalb des Zylinders 15 der Verbrennungskraftmaschine 1 hin und her bewegt und eine nach oben gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenstift 21 wirkt, versucht der zweite Kolben 34b zu sinken und das Exzenterteil 32 versucht in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung zu schwingen. Aufgrund des Stromrichtungumschaltmechanismus 35, wird jedoch die Strömung von Öl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a verhindert, so dass das Öl in dem zweiten Zylinder 34a nicht herausströmt, und deshalb bewegen sich der zweite Kolben 34b und das Exzenterteil 32 nicht.
Deshalb wird bei der Verbrennungskraftmaschine 1 das mechanische Verdichtungsverhältnis durch die Trägheitskraft von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis zu dem Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet und es wird durch die Trägheitskraft und die Explosionskraft von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis zu dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet.
<Aufbau des Stromrichtungumschaltmechanismus>
Als Nächstes wird bezugnehmend auf 7 und 8A und 8B, der Aufbau des Stromrichtungumschaltmechanismus 35 erläutert. 7 ist eine Querschnittsseitenansicht eines Verbindungsstabs, die den Bereich vergrößert, in welchem der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 geschaffen ist. 8A ist eine Querschnittsansicht eines Verbindungsstabs entlang VIII-VIII der 7, während 8B eine Querschnittsansicht eines Verbindungsstabs entlang IX-IX der 7 ist. Wie vorstehend erläutert, ist der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 ein Mechanismus, der zwischen einem ersten Zustand, der die Strömung von Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a verhindert und die Strömung von Hydrauliköl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt, und einem zweiten Zustand umschaltet, der die Strömung von Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a erlaubt und die Strömung von Hydrauliköl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a verhindert.
Der Stromrichtungumschaltmechanismus 35, wie er in 7 gezeigt ist, weist zwei Umschaltstifte 61, 62 und ein Sperrventil 63 auf. Diese zwei Umschaltstifte 61, 62 und das Sperrventil 63 sind zwischen dem ersten Zylinder 33a und dem zweiten Zylinder 34a und der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 in der Richtung der Achse X des Verbindungsstabkörpers 31 angeordnet. Ferner ist das Sperrventil 63 zu der Seite der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 von den zwei Umschaltstiften 61, 62 aus in der Richtung der Achse X des Verbindungsstabkörpers 31 angeordnet.
Darüber hinaus sind die zwei Umschaltstifte 61, 62 an den beiden Seiten der Achse X des Verbindungsstabkörpers 31 geschaffen, während das Sperrventil 63 auf der Achse X geschaffen ist. Dementsprechend ist es möglich, einer Störung des linken und rechten Gleichgewichts des Verbindungsstabkörpers 31 aufgrund der Bereitstellung von Umschaltstiften 61, 62 und des Sperrventils 63 in dem Verbindungsstabkörper 31 entgegenzuwirken.
Die zwei Umschaltstifte 61, 62 werden jeweils in den Zylinderstifte-Halteräumen 64, 65 gehalten. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Stift-Halteräume 64, 65 so ausgebildet, dass sich ihre Achsen parallel zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 erstrecken. Die Umschaltstifte 61, 62 können in den Stift-Halteräumen 64, 65 in die Richtung gleiten, in die sich der Stift-Halteraum 64 erstreckt. D. h. die Umschaltstifte 61, 62 sind in dem Verbindungsstabkörper 31 angeordnet, so dass ihre Betätigungsrichtungen zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 parallel werden.
Ferner ist unter den zwei Stift-Halteräumen 64, 65, der erste Stift-Halteraum 64, der, wie in 8A gezeigt, den ersten Umschaltstift 61 hält, als eine Stifthalteöffnung ausgebildet, die zur einen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geöffnet ist und die zur anderen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geschlossen ist. Außerdem ist unter den zwei Stift-Halteräumen 64, 65, der zweite Stift-Halteraum 65, der, wie in 8A gezeigt, den zweiten Umschaltstift 62 hält, als eine Stifthalteöffnung ausgebildet, die zur anderen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geöffnet ist und die zu der einen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geschlossen ist.
Der erste Umschaltstift 61 weist zwei in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 61a, 61b auf, die sich in die Umfangsrichtung erstrecken. Diese in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 61a, 61b sind miteinander durch einen Verbindungspfad 61c, der in dem ersten Umschaltstift 61 ausgebildet ist, verbunden. Ferner wird in dem ersten Stift-Halteraum 64 eine erste Rückstellfeder 67 gehalten. Aufgrund dieser ersten Rückstellfeder 67, ist der erste Umschaltstift 61 in eine Richtung parallel zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 vorgespannt. Insbesondere ist in dem in 8A gezeigten Beispiel der erste Umschaltstift 61 in Richtung des geschlossenen Endes des ersten Stift-Halteraums 64 vorgespannt.
In ähnlicher Weise weist der zweite Umschaltstift 62 ebenso zwei in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 62a, 62b auf, die sich in die Umfangsrichtung erstrecken. Diese in Umfangsrichtung verlaufende Nuten 62a und 62b sind miteinander durch einen Verbindungspfad 62c verbunden, der in dem zweiten Umschaltstift 62 ausgebildet ist. Ferner wird in dem zweiten Stift-Halteraum 65, eine zweite Rückstellfeder 68 gehalten. Aufgrund dieser zweiten Rückstellfeder 68 ist der zweite Umschaltstift 62 in eine Richtung parallel zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 vorgespannt. Insbesondere ist in dem in 8A gezeigten Beispiel der zweite Umschaltstift 62 in Richtung des geschlossenen Endes des zweiten Stift-Halteraums 65 vorgespannt.
Außerdem sind der erste Umschaltstift 61 und der zweite Umschaltstift 62 in zueinander entgegengesetzten Richtungen in Richtungen parallel zu der Mittelachse der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 angeordnet. Außerdem ist der zweite Umschaltstift 62 in die entgegengesetzte Richtung zu dem ersten Umschaltstift 61 vorgespannt. Aus diesem Grund werden in der vorliegenden Ausführungsform die Betätigungsrichtungen dieses ersten Umschaltstiftes 61 und dieses zweiten Umschaltstiftes 62 zueinander entgegengesetzt, wenn diesem ersten Umschaltstift und diesem zweiten Umschaltstift 62 Öldruck zugeführt wird.
Das Sperrventil 63 wird in einem zylindrischen Sperrventil-Halteraum 66 gehalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Sperrventil-Halteraum 66 ausgebildet, um sich parallel zu der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 zu erstrecken. Das Sperrventil 63 kann sich in dem Sperrventil-Halteraum 66 in die Richtung bewegen, in die sich der Sperrventil-Halteraum 66 erstreckt. Deshalb ist das Sperrventil 63 in dem Verbindungsstabkörper so angeordnet, dass seine Betätigungsrichtung parallel mit der Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 ist. Ferner ist der Sperrventil-Halteraum 66 als eine Sperrventil-Halteöffnung ausgebildet, die zur einen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geöffnet ist und die zur anderen Seitenfläche des Verbindungsstabkörpers 31 geschlossen ist.
Das Sperrventil 63 ist eingerichtet, um eine Strömung von einer Primärseite (in 8B die obere Seite) zu der Sekundärseite (in 8B die untere Seite) zu erlauben und um die Strömung von der Sekundärseite zu der Primärseite zu verhindern.
Der erste Stift-Halteraum 64, der den ersten Umschaltstift 61 hält, steht mit dem ersten Zylinder 33a durch den ersten Kolbenverbindungsölpfad 51 in Verbindung. Wie in 8A gezeigt, steht der erste Kolbenverbindungsölpfad 51 nahe der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 in der Dicken-Richtung mit dem ersten Stift-Halteraum 64 in Verbindung. Ferner steht der zweite Stift-Halteraum 65, der den zweiten Umschaltstift 62 hält, mit dem zweiten Zylinder 34a durch den zweiten Kolbenverbindungsölpfad 52 in Verbindung. Wie in 8A gezeigt, ist der zweite Kolbenverbindungsölpfad 52 ebenso nahe der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 in der Dicken-Richtung mit dem zweiten Stift-Halteraum 65 verbunden.
Man beachte, dass der erste Kolbenverbindungsölpfad 51 und der zweite Kolbenverbindungsölpfad 52 durch Herausschneiden mit einem Bohrer usw. aus der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 ausgebildet sind. Deshalb sind an den Seiten der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 des ersten Kolbenverbindungsölpfads 51 und des zweiten Kolbenverbindungsölpfads 52 der erste erweiterte Ölpfad 51a und der zweite erweiterte Ölpfad 52a mit diesen Kolbenverbindungsölpfads 51 und 52 koaxial ausgebildet. Mit anderen Worten, der erste Kolbenverbindungsölpfad 51 und der zweite Kolbenverbindungsölpfad 52 sind so ausgebildet, dass die Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 an deren Erweiterungen angeordnet ist. Dieser erste erweiterte Ölpfad 51a und dieser zweite erweiterte Ölpfad 52a sind beispielsweise durch ein Lagermetall 71, das innerhalb der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 geschaffen ist, verschlossen.
Der erste Stift-Halteraum 64, der den ersten Umschaltstift 61 hält, steht mit dem Sperrventil-Halteraum 66 durch zwei Raumverbindungsölpfade 53 und 54 in Verbindung. Unter diesen ist der erste Raumverbindungsölpfad 53, wie in 8A gezeigt, hergestellt, um mit dem ersten Stift-Halteraum 64 und der Sekundärseite des Sperrventil-Halteraums 66 an einer Seitenfläche von der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 aus in der Dicken-Richtung (untere Seite in 8B) in Verbindung zu stehen. Der andere zweite Raumverbindungsölpfad 54 ist hergestellt, um mit dem ersten Stift-Halteraum 64 und der Primärseite des Sperrventil-Halteraums 66 an der anderen Seitenfläche von der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 aus in der Dicken-Richtung (obere Seite in 8B) in Verbindung zu stehen. Ferner sind der erste Raumverbindungsölpfad 53 und der zweite Raumverbindungsölpfad 54 so ausgebildet, dass das Intervall zwischen dem ersten Raumverbindungsölpfad 53 und dem ersten Kolbenverbindungsölpfad 51 in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers und das Intervall zwischen dem zweiten Raumverbindungsölpfad 54 und dem ersten Kolbenverbindungsölpfad 51 in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers mit dem Intervall zwischen den in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 61a und 61b in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers gleich werden.
Ferner steht der zweite Stift-Halteraum 65, der den zweiten Umschaltstift 62 hält, mit dem Sperrventil-Halteraum 66 durch zwei Raumverbindungsölpfade 55 und 56 in Verbindung. Unter diesen ist, wie in 8A gezeigt, der dritte Raumverbindungsölpfad 55 hergestellt, um mit dem ersten Stift-Halteraum 64 und der Sekundärseite des Sperrventil-Halteraums 66 an einer Seitenfläche von der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 aus in der Dicken-Richtung (untere Seite in 8B) in Verbindung zu stehen. Der andere vierte Raumverbindungsölpfad 56 ist gemacht, um mit dem ersten Stift-Halteraum 64 und der Primärseite des Sperrventil-Halteraums 66 an der anderen Seitenfläche von der Mitte des Verbindungsstabkörpers 31 aus in der Dicken-Richtung (obere Seite in 8B) in Verbindung zu stehen. Ferner sind der dritte Raumverbindungsölpfad 55 und der vierte Raumverbindungsölpfad 56 so ausgebildet, dass das Intervall zwischen dem dritten Raumverbindungsölpfad 55 und dem zweiten Kolbenverbindungsölpfad 52 in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers und das Intervall zwischen dem vierten Raumverbindungsölpfad 56 und dem zweiten Kolbenverbindungsölpfad 52 in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers mit dem Intervall zwischen den in Umfangsrichtung verlaufenden Nuten 62a und 62b in der Dicken-Richtung des Verbindungsstabkörpers gleich sind.
Diese Raumverbindungsölpfade 53 bis 56 sind durch Herausschneiden mit einem Bohrer usw. aus der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 ausgebildet. Deshalb sind an den Seiten der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 dieser Raumverbindungsölpfade 53 bis 56, erweiterte Ölpfade 53a bis 56a koaxial mit diesen Raumverbindungsölpfaden 53 bis 56 ausgebildet. Mit anderen Worten, die Raumverbindungsölpfade 53 bis 56 sind so ausgebildet, dass die Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 an deren Erweiterungen angeordnet ist. Diese erweiterten Ölpfade 53a bis 56a sind beispielsweise durch das Lagermetall 71 verschlossen.
Wie vorstehend erläutert, sind die erweiterten Ölpfade 51a bis 56a beide durch das Lagermetall 71 abgedichtet. Aus diesem Grund ist es möglich, lediglich durch die Verwendung des Lagermetalls 71 zur Befestigung des Verbindungsstabs 6 an den Kurbelzapfen 22, diese erweiterten Ölpfade 51a bis 56a zu verschließen, ohne eine Prozedur zum Verschließen dieser erweiterten Ölpfade 51a bis 56a gesondert durchzuführen.
Ferner sind innerhalb des Verbindungsstabkörpers 31 ein erster für die Steuerung verwendeter Ölpfad 57 für die Zuführung von Öldruck zu dem ersten Umschaltstift 61 und ein zweiter für die Steuerung verwendeter Ölpfade 58 für die Zuführung von Öldruck zu dem zweiten Umschaltstift 62 ausgebildet. Der erste für die Steuerung verwendete Ölpfad 57 steht mit dem ersten Stift-Halteraum 64 an dem Endstück, an der entgegengesetzten Seite zu dem Endstück, an dem die erste Rückstellfeder 67 geschaffen ist, in Verbindung. Der zweite für die Steuerung verwendete Ölpfad 58 steht mit dem zweiten Stift-Halteraum 65 an dem Endstück an der entgegengesetzten Seite zu dem Endstück, an dem die zweite Rückstellfeder 68 geschaffen ist, in Verbindung. Diese für die Steuerung verwendeten Ölpfade 57 und 58 sind ausgebildet, um mit der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 in Verbindung zu stehen, und sind mit einer Hydraulikölzuführvorrichtung an der Außenseite des Verbindungsstabs 6 durch (nicht gezeigte) Ölpfade verbunden, die innerhalb der Kurbelzapfen 22 ausgebildet sind.
Wenn der Öldruck nicht aus der Hydraulikölzuführvorrichtung an der Außenseite zugeführt wird, sind deshalb der erste Umschaltstift 61 und der zweite Umschaltstift 62 jeweils durch die erste Rückstellfeder 67 und die zweite Rückstellfeder 68 vorgespannt und, wie in 8A gezeigt, sind an den verschlossenen Endstückseiten in den Stift-Halteräumen 64 und 65 angeordnet. Auf der anderen Seite, wenn ein vorbestimmter Druck oder mehr an Öldruck aus der Hydraulikölzuführvorrichtung an der Außenseite zugeführt wird, sind der erste Umschaltstift 61 und der zweite Umschaltstift 62 jeweils hergestellt, um sich gegen die Vorspannkraft der ersten Rückstellfeder 67 und der zweiten Rückstellfeder 68 zu bewegen und sind an den geöffneten Endstückseiten in den Stift-Halteräumen 64 und 65 angeordnet.
Darüber hinaus ist innerhalb des Verbindungsstabkörpers 31 ein für das Nachfüllen verwendeter Ölpfad 59 für das Nachfüllen von Hydrauliköl an der Primärseite des Sperrventils 63 in dem Sperrventil-Halteraum 66 ausgebildet, in dem das Sperrventil 63 gehalten wird. Ein Endstück des für das Nachfüllen verwendeten Ölpfads 59 steht mit dem Sperrventil-Halteraum 66 an der Primärseite des Sperrventils 63 in Verbindung. Das andere Endstück des für das Nachfüllen verwendeten Ölpfads 59 steht mit der Kurbellwellenaufnahmeöffnung 41 in Verbindung. Ferner ist das Lagermetall 71 mit einem Durchgangsloch 71a ausgebildet, das auf den für das Nachfüllen verwendeten Ölpfad 59 abgestimmt ist. Der für das Nachfüllen verwendete Ölpfad 59 steht mit der Hydraulikölzuführvorrichtung durch dieses Durchgangsloch 71a und einen (nicht gezeigten) Ölpfad, der innerhalb des Kurbelzapfens 22 ausgebildet ist, in Verbindung. Deshalb steht wegen des für das Nachfüllen verwendeten Ölpfads 59 die Primärseite des Sperrventils 63 mit der Hydraulikölzuführvorrichtung andauernd oder periodisch auf die Rotation der Kurbelwelle abgestimmt in Verbindung. Man beachte, dass in der vorliegenden Erfindung die Hydraulikölzuführquelle eine Schmierölzuführquelle ist, die dem Verbindungsstab 6, usw. Schmieröl zuführt.
<Betätigung des Stromrichtungumschaltmechanismus>
Als Nächstes wird bezugnehmend auf 9 und 10, die Betätigung des Stromrichtungumschaltmechanismus 35 erläutert. 9 ist eine schematische Ansicht, die die Betätigung des Stromrichtungumschaltmechanismus 35 erläutert, wenn ein Druck oder mehr an Öldruck aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt wird. Ferner ist 10 eine schematische Ansicht, die die Betätigung des Stromrichtungumschaltmechanismus 35 erläutert, wenn Öldruck nicht aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt wird. Man beachte, dass in 9 und 10 die Hydraulikölzuführvorrichtungen 75 für die Zuführung von Öldruck zu dem ersten Umschaltstift 61 und dem zweiten Umschaltstift 62 getrennt gezeichnet sind, aber in der vorliegenden Ausführungsform, der Öldruck aus derselben Hydraulikölzuführvorrichtung zugeführt wird.
Wie in 9 gezeigt, wenn ein vorbestimmter Druck oder mehr an Öldruck aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 zugeführt wird, sind die Umschaltstifte 61 und 62 jeweils an den ersten Positionen angeordnet, wo sie sich gegen die Rückstellkräfte der Rückstellfedern 67 und 68 bewegen. In Folge dessen sind wegen des Verbindungspfads 61c des ersten Umschaltstifts 61, der erste Kolbenverbindungsölpfad 51 und der erste Raumverbindungsölpfad 53 verbunden, während aufgrund des Verbindungspfads 62c des zweiten Umschaltstifts 62, der zweite Kolbenverbindungsölpfad 52 und der vierte Raumverbindungsölpfad 56 verbunden sind. Deshalb ist der erste Zylinder 33a mit der Sekundärseite des Sperrventils 63 verbunden, während der zweite Zylinder 34a mit der Primärseite des Sperrventils 63 verbunden ist.
Das Sperrventil 63 ist hier dazu eingerichtet, die Strömung von Hydrauliköl aus der Primärseite, wo der zweite Raumverbindungsölpfad 54 und der vierte Raumverbindungsölpfad 56 in Verbindung stehen, zu der Sekundärseite, wo der erste Raumverbindungsölpfad 53 und der dritte Raumverbindungsölpfad 55 in Verbindung stehen, zu erlauben und die umgekehrte Strömung zu verhindern. Deshalb strömt in dem in 9 gezeigten Zustand, das Hydrauliköl aus dem vierten Raumverbindungsölpfad 56 zu dem ersten Raumverbindungsölpfad 53, aber umgekehrt strömt kein Öl.
In Folge dessen kann in dem in 9 gezeigten Zustand das Öl innerhalb des zweiten Zylinders 34a dem ersten Zylinder 33a durch den Ölpfad in der Reihenfolge aus dem zweiten Kolbenverbindungsölpfad 52, dem vierten Raumverbindungsölpfad 56, dem ersten Raumverbindungsölpfad 53 und dem ersten Kolbenverbindungsölpfad 51 zugeführt werden. Das Hydrauliköl kann jedoch innerhalb des ersten Zylinders 33a dem zweiten Zylinder 34a nicht zugeführt werden. Wenn ein vorbestimmter Druck oder mehr an Öldruck aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 zugeführt wird, kann der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 deshalb veranlasst werden, in einem ersten Zustand zu sein, bei dem er die Strömung von Öl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a verhindert und die Strömung von Öl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt. Wie vorstehend erläutert, steigt in Folge dessen der erste Kolben 33b und der zweite Kolben 34b sinkt, so wird die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 lang, wie durch L1 in 6A gezeigt.
Auf der anderen Seite sind, wie in 10 gezeigt, wenn der Öldruck nicht aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 zugeführt wird, die Umschaltstifte 61 und 62 an zweiten Positionen angeordnet, wo sie durch die Rückstellfedern 67 und 68 vorgespannt sind. In Folge dessen stehen wegen des Verbindungspfads 61c des ersten Umschaltstifts 61 der erste Kolbenverbindungsölpfad 51, der mit dem ersten Kolbenmechanismus 33 in Verbindung steht, und der zweite Raumverbindungsölpfad 54 in Verbindung. Außerdem werden aufgrund des Verbindungspfads 62c des zweiten Umschaltstifts 62, der zweite Kolbenverbindungsölpfad 52, der mit dem zweiten Kolbenmechanismus 34 in Verbindung steht, und der dritte Raumverbindungsölpfad 55 in Verbindung gebracht. Deshalb, ist der erste Zylinder 33a mit der Primärseite des Sperrventils 63 verbunden, während der zweite Zylinder 34a mit der Sekundärseite des Sperrventils 63 verbunden ist.
Aufgrund der Aktivität des vorstehend erwähnten Sperrventils 63, kann in dem in 10 gezeigten Zustand, das Öl innerhalb des ersten Zylinders 33a durch den Ölpfad in der Reihenfolge aus dem ersten Kolbenverbindungsölpfad 51, dem zweiten Raumverbindungsölpfad 54, dem dritten Raumverbindungsölpfad 55, und dem zweiten Kolbenverbindungsölpfad 52 hindurch strömen und dem zweiten Zylinder 34a zugeführt werden. Das Öl kann jedoch innerhalb des zweiten Zylinders 34a dem ersten Zylinder 33a nicht zugeführt werden. Wenn deshalb Öldruck nicht aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 zugeführt wird, kann der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 veranlasst werden, in einem zweiten Zustand zu sein, bei dem er die Strömung von Hydrauliköl aus dem ersten Zylinder 33a zu dem zweiten Zylinder 34a erlaubt und die Strömung von Hydrauliköl aus dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a verhindert. In Folge dessen steigt, wie vorstehend erläutert, der zweite Kolben 34b an und der erste Kolben 33b sinkt, so dass die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6, wie durch L2 in 6B gezeigt, kürzer wird.
Ferner strömt in der vorliegenden Ausführungsform, wie vorstehend erläutert, das Hydrauliköl hin und zurück zwischen dem ersten Zylinder 33a des ersten Kolbenmechanismus 33 und dem zweiten Zylinder 34a des zweiten Kolbenmechanismus 34. Im Wesentlichen aus diesem Grund muss das Hydrauliköl nicht von außen des ersten Kolbenmechanismus 33, des zweiten Kolbenmechanismus 34 und des Stromrichtungumschaltmechanismus 35 zugeführt werden. Das Hydrauliköl kann jedoch nach außen aus den Öldichtungen 33c, 34c, usw. lecken, die an diesen Mechanismen 33, 34, und 35 geschaffen sind. Wenn das Hydrauliköl auf diese Weise leckt, muss es von außen nachgefüllt werden.
In der vorliegenden Ausführungsform gibt es den für das Nachfüllen verwendeten Ölpfad 59 an der Primärseite des Sperrventils 63. Aufgrund dessen steht die Primärseite des Sperrventils 63 mit der Ölzuführvorrichtung 75 andauernd oder periodisch in Verbindung. Deshalb kann, sogar wenn das Hydrauliköl aus dem Mechanismus 33, 34, 35, usw. leckt, das Hydrauliköl nachgefüllt werden.
Darüber hinaus ist in der vorliegenden Ausführungsform der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 dazu eingerichtet, in einem ersten Zustand, bei dem die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 lang wird, zu sein, wenn ein Öldruck den Umschaltstiften 61 und 62 aus der Hydraulikölzuführvorrichtung 75 zugeführt wird und in einem zweiten Zustand zu sein, bei dem die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 kurz wird, wenn der Öldruck aus der Ölzuführvorrichtung 75 nicht den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt wird. Beispielsweise wenn ein Ausfall an der Ölzuführvorrichtung 75 usw. es nicht mehr länger erlaubt, den Öldruck zuzuführen, ist es aufgrund dessen möglich, die wirksame Länge des Verbindungsstabs 6 kurz zu belassen und es ist deshalb möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis niedrig zu halten.
Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis im Vergleich damit, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird, erhöht wird, wird in dieser Hinsicht die Entfernung zwischen der Stirnoberfläche des Kolbens 5, wenn der Kolben 5 an dem oberen Totmittelpunkt ist, und dem Einlassventil 9 und dem Auslassventil 12 kürzer. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis hoch gehalten wird, wenn die Zuführung von Öldruck nicht länger möglich ist, unterliegt aus diesem Grund der Kolben 5 der Kollision mit dem Einlassventil 9 oder dem Auslassventil 12. Wenn beispielsweise der variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus A gesteuert wird, um den Öffnungszeitpunkt des Einlassventils 9 vorzuziehen oder wenn der variable Ventilzeitsteuerungsmechanismus A gesteuert wird, um den Schließungszeitpunkt des Einlassventils 9 zu verzögern, unterliegt der Kolben 5 und das Einlassventil 9 einer Kollision. In der vorliegenden Ausführungsform kann jedoch eine Kollision des Kolbens 5 mit dem Einlassventil 9 oder dem Auslassventil 12 verhindert werden, indem das mechanische Verdichtungsverhältnis niedrig gehalten wird, wenn der Öldruck nicht länger zugeführt wird.
Wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Zustand angehalten wird, bei dem das mechanische Verdichtungsverhältnis erhöht wird und die Verbrennungskraftmaschine 1 in dem Hochtemperaturzustand erneut gestartet wird, kann ferner ein Klopfen auftreten, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis immer noch hoch gehalten wird. In der vorliegenden Ausführungsform wird jedoch der Öldruck nicht zugeführt, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 angehalten wird, so dass die Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Zustand erneut gestartet wird, bei dem das mechanische Verdichtungsverhältnis verringert wird. Aus diesem Grund kann in der vorliegenden Ausführungsform das Auftreten von Klopfen zum Zeitpunkt eines erneuten Hochtemperaturstarts unterdrückt werden.
<Problem einer Reaktion, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird>
In dem Niedriglastbereich, wo das angeforderte Drehmoment klein ist, ist es wünschenswert, das mechanische Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, um die Brennstoffeffizienz zu verbessern. Deshalb ist es zum Zeitpunkt eines erneuten Starts der Verbrennungskraftmaschine 1 manchmal erforderlich, das mechanische Verdichtungsverhältnis von einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zu einem hohen Verdichtungsverhältnis schnell umzuschalten. Ferner ist es in einem Niedriggeschwindigkeitsbereich manchmal erforderlich, das mechanische Verdichtungsverhältnis von einem niedrigen Verdichtungsverhältnis zu einem hohen Verdichtungsverhältnis schnell umzuschalten.
Wie jedoch vorstehend erläutert, wird in der Verbrennungskraftmaschine 1 das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis zu dem Hoch-Verdichtungsverhältnis durch die Trägheitskraft umgeschaltet, und wird von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis zu dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis durch die Trägheitskraft und die Explosionskraft umgeschaltet. Die Trägheitskraft ist bei Weitem kleiner als die Explosionskraft. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis zu dem Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird, ist es aus diesem Grund schwierig, eine ausreichende Reaktion zu erhalten. Ferner ist die Trägheitskraft proportional zum Quadrat der Kraftmaschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1, so kann in dem Niedrigdrehzahlbereich der Verbrennungskraftmaschine 1 eine ausreichende Trägheitskraft nicht erhalten werden und die Reaktion verschlechtert sich.
<Reaktionverbesserungsmittel>
Deshalb weist in der vorliegenden Ausführungsform, die Verbrennungskraftmaschine 1 ferner ein Drehsteuerungsmittel für die Steuerung der Drehung des Exzenterteils 32 auf, um die Reaktion zu verbessern, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Das Drehsteuerungsmittel kann den Stromrichtungumschaltmechanismus 35 steuern, um den Zeitpunkt für die Veranlassung des Exzenterteils 32 sich zu drehen und die Drehrichtung des Exzenterteils 32, d. h. den Zeitpunkt eines Umschaltens des mechanischen Verdichtungsverhältnisses und eine Umschaltrichtung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, zu steuern. Das Drehsteuerungsmittel kann ferner die Kraftmaschinendrehzahl der Verbrennungskraftmaschine 1 steuern, um dadurch die Drehzahl des Exzenterteils 32, d. h. die Umschaltdrehzahl des mechanischen Verdichtungsverhältnisses, zu steuern. Konkret, stellt das Drehsteuerungsmittel die Kraftmaschinendrehzahl auf die Referenzdrehzahl oder höher ein, wenn es veranlasst, dass sich das Exzenterteil 32 dreht. Man beachte, dass die Kraftmaschinendrehzahl beispielsweise geändert werden kann, indem der Öffnungsgrad des Drosselventils, das an dem Einlassdurchgang der Verbrennungskraftmaschine 1 etc. angeordnet ist, gesteuert wird.
Die Referenzdrehzahl wird auf eine Drehzahl eingestellt, die es einem mechanischen Verdichtungsverhältnis erlaubt, von einem Niedrig-Verdichtungsverhältnis zu einem Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet zu werden oder auf eine Drehzahl, die eine ausreichende Reaktion ermöglicht, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis zu dem Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Die Referenzdrehzahl wird beispielsweise auf 1550 U/min bis 2000 U/min oder ähnlich eingestellt und wird höher als die Leerlaufdrehzahl, wenn ein Drehen des Exzenterteils 32 nicht bewirkt wird, (nachstehend als die „normale Leerlaufdrehzahl” bezeichnet), eingestellt, beispielsweise auf 1200 U/min bis 1500 U/min.
<Zeitdiagramm der Umschaltung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses sofort nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine>
Nachstehend wird bezugnehmend auf 11 und 12, diese Steuerung konkret erläutert. 11 ist ein Zeitdiagramm des angeforderten mechanischen Verdichtungsverhältnisses DMCR, des mechanisches Verdichtungsverhältnisses MCR (tatsächliches mechanisches Verdichtungsverhältnis), und der Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 angefordert wird.
In dem Beispiel der 11 wird zum Zeitpunkt t0 der Zündschlüssel des Fahrzeugs, in welchem die Verbrennungskraftmaschine 1 befestigt ist, umgedreht. Danach wird zum Zeitpunkt t1 das Ankurbeln der Verbrennungskraftmaschine 1 gestartet und die Verbrennungskraftmaschine 1 ist gestartet. Vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 vor dem Zeitpunkt t1, war das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR das Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow. Deshalb war das Exzenterteil 32 vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Zustand, bei dem es in die Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung gedreht war. Nachdem die Verbrennungskraftmaschine 1 beginnt, angekurbelt zu werden, steigt die Kraftmaschinendrehzahl NE auf eine vorbestimmte Drehzahl.
Zur gleichen Zeit, wenn zum Zeitpunkt t1 das Ankurbeln beginnt, wird das angeforderte mechanische Verdichtungsverhältnis DMCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MClow zu dem Hoch-Verdichtungsverhältnis MChigh umgeschaltet und dementsprechend wird das Drehen des Exzenterteils 32 in der Hoch-Verdichtungsverhältnisrichtung angefordert. Damit einhergehend wird zum Zeitpunkt t1 der Öldruck aus der Hydraulikdruckzuführquelle 75 zu den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt, wodurch der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand geändert wird. Aufgrund dessen wird die Strömung des Hydrauliköls von dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a ermöglicht. Aus diesem Grund, wenn die nach oben gerichtete Trägheitskraft, die auf den Kolbenstift 21 wirkt, größer als ein vorbestimmter Wert aufgrund des Anstiegs der Kraftmaschinendrehzahl NE wird, dreht sich das Exzenterteil 32 in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung. Zu den Zeitpunkten t1 bis t3 ist die Kraftmaschinendrehzahl NE jedoch niedrig, so dass sich das Exzenterteil 32 nicht in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung dreht.
Danach beginnt zum Zeitpunkt t2 das Luft-Brennstoff-Gemisch in der Brennkammer 7 verbrannt zu werden. Damit einhergehend steigt die Kraftmaschinendrehzahl NE. Zu diesem Zeitpunkt, wenn die Soll-Kraftmaschinendrehzahl auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml eingestellt wird, da die normale Leerlaufdrehzahl NEnml niedriger als die Referenzdrehzahl NEbase ist, dreht sich das Exzenterteil 32 nicht. Aus diesem Grund wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl in dem Leerlauf auf eine Umschaltdrehzahl NEswit eingestellt, die höher als die normale Leerlaufdrehzahl NEnml ist. Infolge dessen steigt die Kraftmaschinendrehzahl NE nach dem Zeitpunkt t2 an und erreicht eine Umschaltdrehzahl NEswit zum Zeitpunkt t4.
Nachdem die Kraftmaschinendrehzahl NE beginnt, zum Zeitpunkt t2 anzusteigen, wenn zum Zeitpunkt t3 die Kraftmaschinendrehzahl NE die Referenzdrehzahl NEbase erreicht, beginnt das Exzenterteil 32 sich zu drehen, d. h. das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR beginnt umgeschaltet zu werden. Danach ist zum Zeitpunkt t5 die Umschaltung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh beendet. Man beachte, dass der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 von dem zweiten Zustand zu dem ersten Zustand zu einem Zeitpunkt vor dem Zeitpunkt t4, der ein anderer als der vorherige Zeitpunkt t1 ist, umgeschaltet werden kann.
Wenn zum Zeitpunkt t5 die Umschaltung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR beendet ist, wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml eingestellt. Infolge dessen fällt die Kraftmaschinendrehzahl NE von der einen Umschaltdrehzahl NEswit auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml ab.
In der vorliegenden Ausführungsform wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl in dem Leerlauf höher als die normale Leerlaufdrehzahl NEnml eingestellt, somit wird unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 die nach oben gerichtete Trägheitskraft, die auf den Kolbenstift 21 wirkt, größer. Infolge dessen erhöht sich die Drehzahl des Exzenterteils 32 und die Umschaltzeit des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR wird verkürzt. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 die Reaktion, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, verbessert.
<Steuerungsroutine für die Verarbeitung einer Verdichtungsverhältnisumschaltung beim Anfahren>
Nachstehend wird bezugnehmend auf das Flussdiagramm der 12 eine Umschaltsteuerung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR im Detail erläutert, wenn ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 angefordert wird. 12 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine der Verarbeitung für ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses zum Zeitpunkt eines Anfahrens zeigt. Die dargestellte Steuerungsroutine wird durchgeführt, wenn die Verbrennungskraftmaschine 1 angefahren wird. Vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 wird das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR das Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow. Deshalb ist vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 das Exzenterteil 32 in einem Zustand, bei dem es in die Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung gedreht wird.
Zuerst wird im Schritt S101 beurteilt, ob es eine Anforderung für ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR, d. h. eine Anforderung für das Drehen des Exzenterteils 32 gibt. Wenn es beurteilt wird, dass es keine Anforderung für ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR gibt, schreitet die Routine zum Schritt S105 voran. Im Schritt S105 wird das Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt im Leerlaufzustand auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml eingestellt. Die normale Leerlaufdrehzahl NEnml wird beispielsweise auf 1200 U/min bis 1500 U/min oder ähnlich eingestellt. Nach dem Schritt S105 wird die Steuerungsroutine beendet, ohne dass das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR umgeschaltet wird.
Der Fall, bei dem es keine Anforderung für ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 gibt, ist beispielsweise der Fall, bei dem vorhergesagt wird, dass ein Klopfen auftreten würde, wenn unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. Das Auftreten von irgendeinem Klopfen wird basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise auf der Außenlufttemperatur, der Wassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1, etc. vorhergesagt. Konkret, wenn die Außenlufttemperatur oder die Wassertemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 eine vorbestimmte Klopftemperatur oder höher ist, wird vorhergesagt, dass das Klopfen auftreten wird, wenn unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 das mechanische Verdichtungsverhältnisses MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. Deshalb, wenn durch das Drehsteuerungsmittel der vorliegenden Ausführungsform basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 vorhergesagt wird, dass ein Klopfen auftreten würde, wenn das mechanisches Verdichtungsverhältnis erhöht wird, indem das Exzenterteil 32 zur Drehung in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung veranlasst wird, erlaubt das Drehsteuerungsmittel nicht, dass sich das Exzenterteil 32 unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung dreht.
Ferner wird, sogar wenn vorhergesagt wird, dass der Kolben 5 und das Einlassventil 9 oder das Auslassventil 12 kollidieren würden, wenn unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, kein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR angefordert. Jegliche Kollision wird basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1, beispielsweise, auf den Arbeitswinkeln, den Phasenwinkeln (Winkeln der Mittelpunkte der Arbeitswinkel), dem Ventilhubbetrag, etc. des Einlassventils 9 und des Auslassventils 12 vorhergesagt. Konkret, wenn der Arbeitswinkel oder der Ventilhubbetrag des Einlassventils 9 vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 ein vorbestimmter Referenzwert oder mehr ist, wird vorhergesagt, dass, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, der Kolben 5 und das Einlassventil 9 kollidieren werden. In der gleichen Weise, wenn vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 der Arbeitswinkel oder der Ventilhubbetrag des Auslassventils 12 ein vorbestimmter Referenzwert oder mehr ist, wird vorhergesagt, dass wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, der Kolben 5 und das Auslassventil 12 kollidieren werden.
Ferner, wenn vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 ein Kurbelwinkel zwischen dem Phasenwinkel des Einlassventils 9 und dem oberen Totmittelpunkt des Verdichtungshubs oder dem oberen Totmittelpunkt des Auslasshubs vorbestimmte Referenzwinkel oder weniger sind, wird vorhergesagt, dass der Kolben 5 und das Einlassventil 9 kollidieren würden, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. In der gleichen Weise wird, wenn vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 ein Kurbelwinkel zwischen dem Phasenwinkel des Auslassventils 12 und dem oberen Totmittelpunkt des Verdichtungshubs oder dem oberen Totmittelpunkt des Auslasshubs vorbestimmte Referenzwinkel oder weniger sind, vorhergesagt, dass der Kolben 5 und das Auslassventil 12 kollidieren würden, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. Wenn vorhergesagt wird, dass der Kolben 5 und das Einlassventil 9 oder das Auslassventil 12 kollidieren würden, wenn zur Erhöhung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1, veranlasst wird, dass sich das Exzenterteil 32 in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung dreht, dreht das Drehsteuerungsmittel der vorliegenden Ausführungsform deshalb das Exzenterteil 32 unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine 1 nicht in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung.
Auf der anderen Seite, wenn im Schritt S101 beurteilt wird, dass es eine Anforderung für ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR gibt, schreitet die Routine zum Schritt S102 voran. Im Schritt S102, wird Öldruck aus der Hydraulikdruckzuführquelle 75 zu den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt, so dass der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 von dem zweiten Zustand auf den ersten Zustand geändert wird. Aufgrund dessen wird die Strömung von Hydrauliköl von dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a ermöglicht.
Als Nächstes wird im Schritt S103 die Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt im Leerlaufzustand auf die Umschaltdrehzahl NEswit eingestellt, die höher als die normale Leerlaufdrehzahl NEnml ist.
Als Nächstes wird im Schritt S104 beurteilt, ob das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wurde. Diese Beurteilung wird beispielsweise basierend auf der Höhe der Stirnoberfläche des Kolbens 5 durchgeführt, die durch einen (nicht gezeigten) Spaltsensor gemessen wird. Ferner kann diese Beurteilung basierend auf dem Verbrennungsdruck in der Brennkammer 7 durchgeführt werden, der durch einen (nicht gezeigten) Verbrennungsdrucksensor gemessen wird.
Wenn im Schritt S104, beurteilt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR nicht von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet worden ist, kehrt die Routine zum Schritt S103 zurück. Die Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt wird deshalb auf die Umschaltdrehzahl NEswit eingestellt, bevor das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. Aufgrund dessen kann, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, die Reaktion verbessert werden.
Wenn im Schritt S104 beurteilt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wurde, schreitet die Routine zum Schritt S105 voran. Im Schritt S105 wird das Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR beendet, so dass die Leerlauf-Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml eingestellt wird. Infolge dessen fällt die Kraftmaschinendrehzahl NE von der Umschaltdrehzahl NEswit auf die normale Leerlaufdrehzahl NEnml ab. Aufgrund dessen ist es möglich, einer Verschlechterung der Brennstoffeffizienz aufgrund der Erhöhung der Kraftmaschinendrehzahl NE in dem Leerlauf entgegenzuwirken. Nach dem Schritt S105 endet die Steuerungsroutine.
Man beachte, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) aufweist. Die gesamte Steuerung der Steuerungsroutine wird von der ECU durchgeführt.
Wenn die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 niedrig ist, werden in dieser Hinsicht die Viskosität des Öls, das aus der Hydraulikdruckzuführquelle 75 zu den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt wird, und die Viskosität des Hydrauliköls, das entweder in dem ersten Zylinder 33a oder dem zweiten Zylinder 34a gehalten wird, höher. Infolge dessen ist, wenn die Größenordnung der Trägheitskraft, die auf den Kolbenstift 21 wirkt, dieselbe ist, je niedriger die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1, desto schlechter die Reaktion, wenn die mechanische Verdichtung von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Referenzdrehzahl NEbase basierend auf der Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1, d. h. der Temperatur des Hydrauliköls eingestellt. Konkret wird die Referenzdrehzahl NEbase erhöht, wenn die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 im Vergleicht damit, wenn die Öltemperatur relativ hoch ist, relativ niedrig ist. Mit anderen Worten, die Referenzdrehzahl NEbase wird in Schritten oder linear erhöht, wenn die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 niedriger wird. Aufgrund dessen ist es möglich, die Referenzdrehzahl NEbase auf eine geeignete Drehzahl einzustellen, die der Öltemperatur entspricht und die es ermöglicht, unabhängig von der Öltemperatur, die Reaktion zu verbessern, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird.
<Zweite Ausführungsform>
Als Nächstes wird bezugnehmend auf 13 und 14, eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Man beachte, dass der Aufbau und die Steuerung der Verbrennungskraftmaschine der zweiten Ausführungsform grundsätzlich derjenigen der Verbrennungskraftmaschine der ersten Ausführungsform ähnlich ist, somit werden in der folgenden Erläuterung hauptsächlich Teile erläutert, die sich von der ersten Ausführungsform unterscheiden.
In der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist die Verbrennungskraftmaschine 1 in einem Fahrzeug befestigt, das ein stufenlos variables Getriebe aufweist. Das Drehsteuerungsmittel erhöht die Kraftmaschinendrehzahl auf die Referenzdrehzahl oder mehr, wenn die Kraftmaschinendrehzahl kleiner als die Referenzdrehzahl ist, wenn man veranlasst, dass sich das Exzenterteil 32 während des Betriebs des Fahrzeugs dreht. Zu diesem Zeitpunkt ändert das stufenlos variable Getriebe das Drehzahlverhältnis gemäß dem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten.
Die Referenzdrehzahl wird als eine Drehzahl eingestellt, die es dem mechanischen Verdichtungsverhältnis ermöglicht, von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet zu werden oder eine Drehzahl, die eine ausreichende Reaktion ermöglicht, die sichergestellt werden soll, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Die Referenzdrehzahl ist beispielsweise auf 1550 U/min bis 2000 U/min oder ähnlich eingestellt und wird höher als die normale Leerlaufdrehzahl, beispielsweise, 1200 U/min bis 1500 U/min eingestellt.
<Zeitdiagramm der Umschaltung eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses zur Zeit eines Fahrzeugbetriebs>
Nachstehend wird diese Steuerung bezugnehmend auf 13 und 14, konkret erläutert. 13 ist ein Zeitdiagramm eines angeforderten mechanischen Verdichtungsverhältnisses DMCR, eines mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR (tatsächliches mechanisches Verdichtungsverhältnis), und einer Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR während des Fahrzeugbetriebs angefordert wird.
In dem Beispiel der 13, wird zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs vor dem Zeitpunkt t1 das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR ein Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow. Deshalb wird zum Zeitpunkt des Fahrzeugbetriebs vor dem Zeitpunkt t1 das Exzenterteil 32 in einen Zustand versetzt, bei dem es zu der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung gedreht ist.
In dem Beispiel der 13 wird zum Zeitpunkt t1 ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR, d. h. ein Drehen des Exzenterteils 32, angefordert und der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 wird von dem zweiten Zustand auf den ersten Zustand geändert. Aufgrund dessen wird eine Strömung von Hydrauliköl von dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt.
In dem Beispiel der 13 ist zum Zeitpunkt t1 die Kraftmaschinendrehzahl NE niedriger als die vorbestimmte Referenzdrehzahl NEbase. Da die Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn das Exzenterteil 32 angefordert wird, niedriger als die Referenzdrehzahl NEbase ist, wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl auf eine Umschaltdrehzahl NEswit der Referenzdrehzahl NEbase oder höher eingestellt. Infolge dessen erhöht sich die Kraftmaschinendrehzahl NE nach dem Zeitpunkt t1 und erreicht die Umschaltdrehzahl NEswit zum Zeitpunkt t2. Während die Kraftmaschinendrehzahl zum Ansteigen veranlasst wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten, wird das Drehzahlverhältnis des stufenlos variablen Getriebes zusammen mit dem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl zum Ansteigen veranlasst. Wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, sogar wenn veranlasst wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl ansteigt, ist es aufgrund dessen möglich, die Geschwindigkeit des Fahrzeugs während des Betriebs beizubehalten.
In dem Beispiel der 13 wird nach dem Zeitpunkt t1 das Drehen des Exzenterteils 32, d. h. ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR gestartet. Zum Zeitpunkt t3 ist das Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh beendet. Man beachte, dass der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 auch von dem zweiten Zustand auf den ersten Zustand zu einem Zeitpunkt von dem Zeitpunkt t1 bis zu dem Zeitpunkt t2, der ein anderer als der Zeitpunkt t1 ist, geändert werden kann.
Wenn zum Zeitpunkt t3 das Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR beendet ist, wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl auf die Kraftmaschinendrehzahl vor dem Umschalten eingestellt. Infolge dessen fällt die Kraftmaschinendrehzahl NE von der Umschaltdrehzahl NEswit auf die Kraftmaschinendrehzahl vor dem Umschalten ab. Während die Kraftmaschinendrehzahl veranlasst wird, zu fallen, wird das Drehzahlverhältnis des stufenlos variablen Getriebes zusammen mit dem Abfall der Kraftmaschinendrehzahl verringert, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten. Nach dem Zeitpunkt t3 wird die Kraftmaschinendrehzahl NE gemäß des Betriebszustands des Fahrzeugs gesteuert.
In der vorliegenden Ausführungsform wird zur Veranlassung einer Drehung des Exzenterteils 32 die Soll-Kraftmaschinendrehzahl während des Fahrzeugbetriebs auf eine Umschaltdrehzahl NEswit der Referenzdrehzahl NEbase oder höher eingestellt, so dass die nach oben gerichtete Trägheitskraft, die auf den Kolbenstift 21 wirkt, größer wird, wenn veranlasst wird, dass sich das Exzenterteil 32 dreht. Infolge dessen erhöht sich die Drehzahl des Exzenterteils 32 und eine Umschaltzeit des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR wird verkürzt. Deshalb wird in der vorliegenden Ausführungsform die Reaktion während des Fahrzeugbetriebs verbessert, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird.
<Steuerungsroutine einer Verarbeitung für ein Umschalten eines Verdichtungsverhältnisses während der Betriebszeit>
Nachstehend wird bezugnehmend auf das Flussdiagramm der 14 die Steuerung für ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR im Detail erläutert, wenn ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR während des Fahrzeugbetriebs angefordert wird. 14 ist ein Flussdiagramm, das eine Steuerungsroutine der Verarbeitung für ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses während der Betriebszeit zeigt. Die veranschaulichte Steuerungsroutine wird durchgeführt, wenn ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh während des Fahrzeugbetriebs angefordert wird. Deshalb wird vor dem Start dieser Steuerungsroutine veranlasst, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR das Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow wird, und das Exzenterteil 32 wird in einen Zustand versetzt, bei dem es in die Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Richtung gedreht wird.
Zuerst wird im Schritt S201 der Öldruck aus der Hydraulikdruckzuführquelle 75 den Umschaltstiften 61 und 62 zugeführt, um zu veranlassen, dass der Stromrichtungumschaltmechanismus 35 von dem zweiten Zustand auf den ersten Zustand wechselt. Aufgrund dessen wird die Strömung von Hydrauliköl von dem zweiten Zylinder 34a zu dem ersten Zylinder 33a erlaubt.
Als Nächstes wird im Schritt S202 beurteilt, ob die Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn das Drehen des Exzenterteils 32 angefordert wird, kleiner als die Referenzdrehzahl NEbase ist. Wenn beurteilt wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn das Drehen des Exzenterteils 32 angefordert wird, die Referenzdrehzahl NEbase oder höher ist, ist die Reaktion sichergestellt, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird, so dass die Steuerungsroutine beendet wird, ohne dass die Kraftmaschinendrehzahl geändert wird.
Auf der anderen Seite, wenn im Schritt S202 beurteilt wird, dass die Kraftmaschinendrehzahl NE, wenn das Drehen des Exzenterteils 32 angefordert wird, kleiner als die Referenzdrehzahl NEbase ist, schreitet die Routine zum Schritt S203 voran.
Im Schritt S203 wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt während des Betriebs auf die Umschaltdrehzahl NEswit der Referenzdrehzahl NEbase oder höher eingestellt. Ferner wird veranlasst, dass das Drehzahlverhältnis zusammen mit dem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl geändert wird, so dass das stufenlos variable Getriebe die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beibehält.
Als Nächstes wird im Schritt S204 beurteilt, ob das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wurde. Diese Beurteilung wird basierend auf der Höhe der Stirnfläche des Kolbens 5 durch beispielsweise einen (nicht gezeigten) Spaltsensor gemessen. Ferner kann diese Beurteilung basierend auf dem Verbrennungsdruck in einer Brennkammer 7 durchgeführt werden, der durch einen (nicht gezeigten) Verbrennungsdrucksensor gemessen wird.
Wenn im Schritt S204 beurteilt wird, dass das mechanisches Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh nicht umgeschaltet worden ist, kehrt die Routine zu dem Schritt S203 zurück. Deshalb wird die Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt auf die Umschaltdrehzahl NEswit eingestellt, bis das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird. Aufgrund dessen ist es möglich, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wird, die Reaktion zu verbessern.
Wenn im Schritt S204 beurteilt wird, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh umgeschaltet wurde, schreitet die Routine zum Schritt S205 voran. Im Schritt S205 wird das Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses MCR beendet, somit wird vor dem Start der Steuerungsroutine die Soll-Kraftmaschinendrehzahl NEt auf die Kraftmaschinendrehzahl eingestellt. Infolge dessen fällt die Kraftmaschinendrehzahl NE von der Umschaltdrehzahl NEswit auf die Kraftmaschinendrehzahl vor dem Start der Steuerungsroutine ab. Aufgrund dessen ist es möglich, der Verschlechterung der Brennstoffeffizienz aufgrund des Anstiegs der Kraftmaschinendrehzahl NE während des Fahrzeugbetriebs entgegenzuwirken. Man beachte, dass während die Kraftmaschinendrehzahl verringert wird, um die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beizubehalten, das Drehzahlverhältnis des stufenlos variablen Getriebes zusammen mit dem Abfall der Kraftmaschinendrehzahl verringert wird. Nach dem Schritt S205 endet die Steuerungsroutine.
Man beachte, dass die Verbrennungskraftmaschine 1 eine elektronische Steuerungseinheit (ECU) aufweist. Die gesamte Steuerung dieser Steuerungsroutine wird durch die ECU durchgeführt.
Ferner kann in der zweiten Ausführungsform auch die Referenzdrehzahl NEbase basierend auf der Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 eingestellt werden. Konkret wird die Referenzdrehzahl NEbase erhöht, wenn die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 im Vergleich damit, wenn die Öltemperatur relativ hoch ist, relativ niedrig ist. Mit anderen Worten, die Referenzdrehzahl NEbase wird in Schritten oder linear erhöht, während die Öltemperatur der Verbrennungskraftmaschine 1 niedriger wird. Aufgrund dessen kann die Referenzdrehzahl NEbase auf eine geeignete Drehzahl, die der Öltemperatur entspricht, eingestellt werden. Es ist möglich, die Reaktion zu verbessern, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis MCR von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis MCRlow auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis MCRhigh unabhängig von der Öltemperatur umgeschaltet wird.
Vorstehend wurden geeignete Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann auf verschiedene Weise innerhalb der Sprache der Ansprüche modifiziert und geändert werden. Beispielsweise kann die Umschaltsteuerung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses in der ersten Ausführungsform und der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung auch angewendet werden, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis auf das Niedrig-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Aufgrund dessen ist es möglich, die Reaktion zu verbessern, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis auf das Niedrig-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird.
In diesem Fall wird, bevor ein Umschalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses angefordert wird, das mechanische Verdichtungsverhältnis ein Hoch-Verdichtungsverhältnis und das Exzenterteil 32 ist in einem Zustand, bei dem es in die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Richtung gedreht ist. Ferner unterstützt auch zusätzlich zu der nach unten gerichteten Trägheitskraft, die auf den Kolbenstift wirkt, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis zu dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird, eine nach unten gerichtete Explosionskraft, die aufgrund der Verbrennung des Luft-Brennstoff-Gemisches auf den Kolbenstift wirkt, das Drehen des Exzenterteils 32. Aus diesem Grund kann die Referenzdrehzahl für die Steuerung eines Umschaltens des mechanischen Verdichtungsverhältnisses von dem Hoch-Verdichtungsverhältnis auf das Niedrig-Verdichtungsverhältnis niedriger eingestellt werden als die Referenzdrehzahl für die Steuerung eines Umschaltens des mechanischen Verdichtungsverhältnisses von dem Niedrig-Verdichtungsverhältnis auf das Hoch-Verdichtungsverhältnis.
Solange der Hydraulikkolben eingerichtet ist, in dem Hydraulikzylinder anzusteigen, wenn sich das Exzenterteil 32 in eine Richtung dreht, und in dem Hydraulikzylinder zu sinken, wenn sich das Exzenterteil 32 in die andere Richtung dreht, kann die Anzahl der Kolbenmechanismen ferner eins betragen. Ferner können die erste Ausführungsform und die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kombiniert werden.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungskraftmaschine
5: Kolben
6: Verbindungsstab
15: Zylinder
21: Kolbenstift
22: Kurbelzapfen
31: Verbindungsstabkörper
32: Exzenterteil
33: erster Kolbenmechanismus
34: zweiten Kolbenmechanismus
35: Stromrichtungumschaltmechanismus

Claims

Verbrennungskraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis (1), die in der Lage ist, ein mechanisches Verdichtungsverhältnis zu verändern, die einen Zylinder (15), einen Kolben (5), der sich innerhalb des Zylinders (15) hin- und her bewegt, und einen Verbindungsstab (6) aufweist, der durch einen Kolbenstift (21) mit dem Kolben (5) verbunden ist, wobei der Verbindungsstab (6) aufweist: einen Verbindungsstabkörper (31), der ein Endstück großen Durchmessers (31a) aufweist, das mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) beschaffen ist, die einen Kurbelzapfen (22) aufnimmt, und ein Endstück kleinen Durchmessers (31b) aufweist, das an der Seite des Kolbens (5) an der gegenüber liegenden Seite von dem Endstück großen Durchmessers (31a) angeordnet ist, und ein Exzenterteil (32), das eine Kolbenstiftaufnahmeöffnung aufweist, die den Kolbenstift (21) aufnimmt, und die an das Endstück kleinen Durchmessers (31b) befestigt ist, um sich drehen zu können, wobei das Exzenterteil (32) so eingerichtet ist, dass eine Achse der Kolbenstiftaufnahmeöffnung (32d) von einer Drehachse des Exzenterteils (32) versetzt wird und eingerichtet ist, um den Kolben (5) zu veranlassen, bezüglich des Verbindungskörpers (31) anzusteigen, indem es sich in eine Richtung dreht, und um den Kolben (5) zu veranlassen, bezüglich des Verbindungskörpers (31) zu sinken, indem es sich in die andere Richtung dreht, und wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis ferner ein Drehsteuerungsmittel für die Steuerung der Drehung des Exzenterteils (32) aufweist, wobei das Drehsteuerungsmittel veranlasst, dass die Kraftmaschinendrehzahl eine Referenzdrehzahl oder höher beträgt, wenn das Exzenterteil (32) veranlasst wird, sich zu drehen, und wobei die Referenzdrehzahl höher als eine Leerlaufdrehzahl ist, wenn nicht veranlasst wird, dass sich das Exzenterteil (32) dreht.
Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1, wobei das Exzenterteil (32) vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis in einem Zustand ist, bei dem es sich in die andere Richtung der Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis dreht, und das Drehsteuerungsmittel die Kraftmaschinendrehzahl in dem Leerlauf veranlasst, bis zu der Referenzdrehzahl oder höher anzusteigen, wenn es veranlasst, dass sich das Exzenterteil (32) unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftrmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis in die eine Richtung dreht.
Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 2, wobei, wenn basierend auf einem Zustand vor dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis vorhergesagt wird, dass ein Klopfen auftreten würde, wenn das Exzenterteil (32) veranlasst wird, sich in die eine Richtung zu drehen, um dadurch das mechanische Verdichtungsverhältnis anzuheben, erlaubt das Drehsteuerungsmittel unmittelbar nach dem Anfahren der Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis dem Exzenterteil (32) nicht, sich in die eine Richtung zu drehen.
Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 3, wobei der Verbindungsstab (6) ferner einen hydraulischen Zylinder (33a) aufweist, der an dem Verbindungsstabkörper (31) geschaffen ist und dem Hydrauliköl zugeführt wird, und einen Hydraulikkolben (33b) aufweist, der innerhalb des Hydraulikzylinders (33a) gleitet, wobei der Hydraulikkolben (33b) eingerichtet ist, um in dem Hydraulikzylinder (33a) anzusteigen, wenn sich das Exzenterteil (32) in die eine Richtung dreht und um in dem Hydraulikzylinder (33a) zu sinken, wenn sich das Exzenterteil (32) in die andere Richtung dreht, und wobei die Referenzdrehzahl erhöht wird, wenn eine Öltemperatur des Hydrauliköls im Vergleich damit, wenn die Öltemperatur relativ hoch ist, relativ niedrig ist.
Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einem beliebigen der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Verbrennungskraftmaschine (1) mit variablem Verdichtungsverhältnis in einem Fahrzeug befestigt ist, das ein stufenlos variables Getriebe aufweist, wobei das Drehsteuerungsmittel einen Anstieg einer Kraftmaschinendrehzahl bis zu der Referenzdrehzahl oder höher veranlasst, wenn das Exzenterteil (32) veranlasst wird, sich während des Betriebs des Fahrzeugs zu drehen und die Kraftmaschinendrehzahl niedriger als die Referenzdrehzahl ist, und wobei das stufenlos variable Getriebe veranlasst wird, ein Drehzahlverhältnis zusammen mit dem Anstieg der Kraftmaschinendrehzahl so zu verändern, dass die Geschwindigkeit des Fahrzeugs beibehalten wird.