-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine verdichtungsverhältnisvariable Brennkraftmaschine, die ein mechanisches Verdichtungsverhältnis ändern kann.
-
Stand der Technik
-
Vorbekannt ist eine Brennkraftmaschine, die einen verdichtungsverhältnisvariablen Mechanismus umfasst, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine ändern kann. Als verdichtungsverhältnisvariabler Mechanismus wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen. Als einen dieser Mechanismen kann ein Mechanismus erwähnt werden, der die wirksame Länge einer Pleuelstange in der Brennkraftmaschine verändern kann (zum Beispiel WO 2014 / 019 683 A1 und WO 2015 / 082 722 A2 Diesbezüglich bedeutet die „wirksame Länge einer Pleuelstange“ die Länge zwischen einem Mittelpunkt einer Kurbelaufnahmeöffnung, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, und einem Mittelpunkt einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung, die einen Kolbenbolzen aufnimmt. Mit zunehmender wirksamer Länge einer Pleuelstange nimmt deshalb ein Brennraumvolumen ab, wenn der Kolben sich am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs befindet, und damit erhöht sich das mechanische Verdichtungsverhältnis. Mit abnehmender wirksamer Länge einer Pleuelstange hingegen wird das Brennraumvolumen größer, wenn der Kolben sich am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs befindet, und dadurch nimmt das mechanische Verdichtungsverhältnis ab.
-
Als längenvariable Pleuelstange, deren wirksame Länge geändert werden kann, ist eine Pleuelstange bekannt, die mit einem Pleuelstangenkörper mit einem kleindurchmessrigen Endteil versehen ist, an dem ein in Bezug auf den Pleuelstangenkörper drehbares Exzenterglied (Exzenterarm oder Exzenterhülse) vorgesehen ist (zum Beispiel die WO 2014 / 019 683 A1 Das Exzenterglied weist eine Kolbenbolzenaufnahmeöffnung auf, die den Kolbenbolzen aufnimmt. Die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung ist dergestalt vorgesehen, dass sie in Bezug auf eine Drehachse des Exzenterglieds versetzt ist. In einer solchen längenvariablen Pleuelstange kann im Falle einer Änderung der Drehposition des Exzenterglieds die wirksame Länge der Pleuelstange entsprechend geändert werden.
-
Die in der WO 2014 / 019 683 A1 beschriebene längenvariable Pleuelstange umfasst zwei Kolbenmechanismen, die zum Drehen eines Exzenterglieds ausgelegt sind. In diesem Fall wird Hydrauliköl zwischen zwei Hydraulikzylindern bewegt, um das Exzenterglied zu drehen, und damit ist die Lasteinwirkung auf die Öldruckversorgungsquelle an der Außenseite der Pleuelstange relativ gering. In der zwei Kolbenmechanismen umfassenden längenvariablen Pleuelstange ist jedoch die Anzahl an Pleuelstangenkomponenten größer, was die Herstellungskosten erhöht. Zudem ist das Gesamtgewicht der Pleuelstange höher. Die in der WO 2015 / 1082 722 A2 beschriebene längenvariable Pleuelstange hingegen umfasst einen einzigen zum Drehen des Exzenterglieds ausgelegten Kolbenmechanismus.
-
Darüber hinaus offenbart die
DE 31 48 193 A1 eine Kolbenbrennkraftmaschine, deren Zylinder jeweils einen in Abhängigkeit von der Belastung veränderlichen Verdichtungsraum aufweisen, wobei deren Kolben jeweils in gelenkiger Verbindung mit einem Stellhebel stehen, an dem das kleine Auge der am Kurbelzapfen angreifenden Pleuelstange angelenkt ist und dessen eines Hebelende durch eine Gelenkstange mit einem Stellkolben eines Stellzylinders verbunden ist, dem ein Druckmittel zugeführt wird, das durch ein Druckregelventil aus dem Stellzylinder abfließen kann. Das andere Hebelende des Stellhebels weist einen zylindrischen Ansatz auf, mit dem der Stellhebel im kleinen Pleuelauge drehbar gelagert ist und in dem der Kolbenbolzen exzentrisch angeordnet ist. Der Stellzylinder wird ferner vom Schaft der Pleuelstange gebildet.
-
Technisches Gebiet
-
Zusammenfassung der Erfindung
-
Technisches Problem
-
Da es jedoch in diesem Fall einen einzigen Hydraulikzylinder gibt, ist es nicht möglich, das aus dem einen Hydraulikzylinder ausgetragene Hydrauliköl zu einem anderen Hydraulikzylinder zu bewegen. Da ein Bewegen von Hydrauliköl zwischen Hydraulikzylindern nicht möglich ist, ist es deshalb notwendig, den Hydraulikzylinder konstant mit Hydrauliköl aus einer Öldruckversorgungsquelle außerhalb des Pleuelstangenkörpers zu versorgen, um dem Hydraulikzylinder Hydrauliköl zuzuführen. Infolge dessen erhöht sich die Last auf die Öldruckversorgungsquelle.
-
Vor dem Hintergrund des obigen Problems besteht deshalb ein Ziel der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung einer verdichtungsverhältnisvariablen Brennkraftmaschine, die eine mit einem Einkolbenmechanismus versehene längenvariable Pleuelstange umfasst, wobei die Lasteinwirkung auf die Öldruckversorgungsquelle vermindert wird.
-
Problemlösung
-
Das vorstehende Ziel bzw. die sich daraus ergebende Aufgabe wird durch den Gegenstand von Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der sich daran anschließenden abhängigen Ansprüche.
-
Gemäß einem ersten erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung wird eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis bereitgestellt, die umfasst: einen Pleuelstangenkörper, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kurbelzapfen aufnimmt; ein Exzenterglied, das mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, versehen ist und an dem Pleuelstangenkörper so angeordnet ist, dass es sich so drehen kann, dass es eine Länge zwischen einem Mittelpunkt der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung und einem Mittelpunkt der Kurbelaufnahmeöffnung ändern kann; einen Einkolbenmechanismus mit einem Hydraulikzylinder, der an dem Pleuelstangenkörper ausgebildet ist und mit Hydrauliköl versorgt wird, und einem Hydraulikkolben, der in dem Hydraulikzylinder gleitet und mit dem Exzenterglied verbunden ist; eine Speicherkammer mit Fähigkeit zur Speicherung von Hydrauliköl; einen in dem Pleuelstangenkörper angeordneten Strömungsrichtungsumschaltmechanismus, wobei der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus so ausgelegt ist, dass er zwischen einem ersten Zustand, der die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus zum Hydraulikzylinder gestattet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus zur Speicherkammer unterbindet, und einem zweiten Zustand, der die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus zum Hydraulikzylinder unterbindet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus zur Speicherkammer gestattet, umgeschaltet wird; und einen Schubmechanismus, der in der Speicherkammer gespeichertes Hydrauliköl hin zum Strömungsrichtungsumschaltmechanismus drückt.
-
Gemäß einem zweiten erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die Brennkraftmaschine gemäß dem ersten Beispiel ferner ein Verbindungsglied, welches das Exzenterglied und den Hydraulikkolben verbindet, wobei das Exzenterglied so ausgelegt ist, dass eine Achslinie der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung zu einer Drehachse des Exzenterglieds in einer ersten Richtung versetzt ist, und das Verbindungsglied mit dem Exzenterglied, bezogen auf eine Achslinie der Pleuelstangenkörpers, auf der Seite der ersten Richtung verbunden ist.
-
Gemäß dem ersten erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung ist die Speicherkammer ferner an dem Pleuelstangenkörper ausgebildet und der Hydraulikzylinder ist bezogen auf eine Achslinie des Pleuelstangenkörpers auf einer Seite angeordnet und die Speicherkammer ist bezogen auf die Achslinie des Pleuelstangenkörpers auf der anderen Seite angeordnet.
-
Gemäß einem dritten erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung weist der Schubmechanismus nach dem ersten oder zweiten Beispiel eine Schubfeder und einen Schubbolzen auf, und die Schubfeder drückt das Hydrauliköl über den Schubbolzen.
-
Gemäß einem vierten erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung sind die Speicherkammer und der Schubmechanismus der ersten bis dritten Beispiele so ausgelegt, dass ein maximales Speichervolumen der Speicherkammer den Wert eines Hubvolumens des Hydraulikkolbens annimmt.
-
Gemäß einem fünften erläuternden Beispiel der vorliegenden Offenbarung umfasst die Brennkraftmaschine nach einem der ersten bis vierten Beispiele ferner eine Stoppvorrichtung, die so ausgelegt ist, dass sie eine Anschlagposition des Drehvorgangs des Exzenterglieds in einer Richtung durch einen von einer Außenseite des Pleuelstangenkörpers bereitgestellten Öldruck in zwei Stufen schaltet.
-
Vorteilhafte Auswirkungen der Erfindung
-
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, in einer verdichtungsverhältnisvariablen Brennkraftmaschine, die eine mit einem Einkolbenmechanismus versehene längenvariable Pleuelstange umfasst, die Lasteinwirkung auf die Öldruckversorgungsquelle zu vermindern.
-
Figurenliste
-
- 1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer ersten Ausführungsform.
- 2 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform.
- 3 ist eine Querschnittsseitenansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform.
- 4 ist eine perspektivische schematische Ansicht eines kleindurchmessrigen Endteils des Pleuelstangenkörpers in zerlegter Darstellung.
- 5 ist eine perspektivische schematische Umgebungsansicht des kleindurchmessrigen Endteils des Pleuelstangenkörpers in zerlegter Darstellung.
- 6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Pleuelstange unter Vergrößerung eines Bereichs, in dem ein Strömungsrichtungsumschaltmechanismus vorgesehen ist.
- 7A ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange entlang der Linie A-A von 6.
- 7B ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange entlang der Linie B-B von 6.
- 8 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange, wenn Schaltbolzen usw. mit einem mittleren Öldruck versorgt werden.
- 9 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange, wenn Schaltbolzen usw. mit einem hohen Öldruck versorgt werden.
- 10 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung einer Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange, wenn Schaltbolzen usw. mit einem niedrigen Öldruck versorgt werden.
- 11A ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform.
- 11B ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform.
- 11C ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform.
- 12 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange gemäß einer zweiten Ausführungsform.
- 13 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung der längenvariablen Pleuelstange gemäß der zweiten Ausführungsform.
- 14 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Pleuelstange unter Vergrößerung eines Bereichs, in dem ein Strömungsrichtungsumschaltmechanismus vorgesehen ist.
- 15A ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange entlang der Linie C-C von 14.
- 15B ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange entlang der Linie D-D von 14.
- 16 ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange und Kurbelwelle entlang der Linie E-E von 13.
- 17 ist eine Querschnittsansicht einer Pleuelstange und Kurbelwelle entlang der Linie F-F von 13.
-
BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSFORMEN
-
Nachfolgend wird nun eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnungen erläutert. Dabei ist zu beachten, dass in der folgenden Erläuterung ähnliche Bauteilelemente mit den gleichen Bezugszeichen notiert sind.
-
<Erste Ausführungsform>
-
Zuerst wird unter Verweis auf die 1 bis 11 eine längenvariable Pleuelstange gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
-
<Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis>
-
1 ist eine schematische Querschnittsseitenansicht einer Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Gemäß 1 bezeichnet 1 eine Brennkraftmaschine. Die Brennkraftmaschine 1 umfasst Kurbelgehäuse 2, Zylinderblock 3, Zylinderkopf 4, Kolben 5, längenvariable Pleuelstange 6, Brennraum 7, in der Mitte der oberen Fläche des Brennraums 7 angeordnete Zündkerze 8, Einlassventil 9, Einlassnockenwelle 10, Einlasskanal 11, Auslassventil 12, Auslassnockenwelle 13 und Auslasskanal 14.
-
Die längenvariable Pleuelstange 6 ist an einem kleindurchmessrigen Endteil der Pleuelstange durch einen Kolbenbolzen 21 mit dem Kolben 5 verbunden und ist an einem großdurchmessrigen Endteil der Pleuelstange mit einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle verbunden. Die längenvariable Pleuelstange 6, wie später noch erläutert, kann die Entfernung von der Achse des Kolbenbolzens 21 bis zur Achse des Kurbelzapfens 22, das heißt die wirksame Länge, verändern.
-
Falls die wirksame Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 größer ist, ist die Länge vom Kurbelzapfen 22 bis zum Kolbenbolzen 21 größer, und deshalb ist, wie durch die durchgehende Linie in der Figur dargestellt, das Volumen des Brennraums 7 kleiner, wenn der Kolben 5 sich am oberen Totpunkt befindet. Aber selbst für den Fall einer Änderung der wirksamen Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 ändert sich jedoch die Hublänge des in dem Zylinder hin und her laufenden Kolbens 5 nicht. Deshalb ist zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis an der Brennkraftmaschine 1 größer.
-
Falls hingegen die wirksame Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 kleiner ist, ist die Länge vom Kurbelzapfen 22 zum Kolbenbolzen 21 kleiner, und deshalb ist, wie durch die durchgehende Linie in der Figur dargestellt, das Volumen des Brennraums größer, wenn der Kolben 5 sich am oberen Totpunkt befindet. Wie oben erläutert, ist jedoch die Hublänge des Kolbens 5 konstant. Deshalb ist zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis an der Brennkraftmaschine 1 kleiner.
-
<Ausgestaltung der längenvariablen Pleuelstange>
-
2 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange 6 gemäß der ersten Ausführungsform, während 3 eine Querschnittsseitenansicht zur Veranschaulichung der längenvariablen Pleuelstange 6 gemäß der ersten Ausführungsform ist. Wie in 2 und 3 zu sehen, umfasst die längenvariable Pleuelstange 6 einen Pleuelstangenkörper 31, ein an dem Pleuelstangenkörper 31 drehbar angebrachtes Exzenterglied 32, einen an dem Pleuelstangenkörper 31 vorgesehenen Kolbenmechanismus 33, eine Speicherkammer 34, einen Schubmechanismus 37, einen Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35, der eine Strömungsrichtung des Hydrauliköls zwischen dem Kolbenmechanismus 33 und der Speicherkammer 34 umschaltet, und eine Stoppvorrichtung 36, die eine Anschlagposition des Drehvorgangs des Exzenterglieds 32 in einer Richtung in zwei Stufen schaltet. Hierbei ist anzumerken, dass die längenvariable Pleuelstange 6 einen Einkolbenmechanismus 33 umfasst.
-
<Pleuelstangenkörper>
-
Zuerst wird der Pleuelstangenkörper 31 erläutert. Der Pleuelstangenkörper 31 ist mit einer Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41, die den Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle aufnimmt, und einer Hülsenaufnahmeöffnung 42, welche die Hülse des später noch erläuterten Exzenterglieds 32 aufnimmt, versehen. Die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 ist größer als die Hülsenaufnahmeöffnung 42, und deshalb wird das Ende des Pleuelstangenkörpers 31 derjenigen Seite, wo die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 vorgesehen ist, als großdurchmessriger Endteil 31a bezeichnet, während das Ende des Pleuelstangenkörpers 31 derjenigen Seite, wo die Hülsenaufnahmeöffnung 42 vorgesehen ist, als kleindurchmessriger Endteil 31b bezeichnet wird.
-
Hierbei ist zu beachten, dass in dieser Beschreibung eine Achse X, die sich zwischen einer Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 (das heißt, der Achse des in der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 aufgenommenen Kurbelzapfens 22) und einer Mittelachse der Hülsenaufnahmeöffnung 42 (das heißt, der Achse der in der Hülseaufnahmeöffnung 42 aufgenommenen Hülse) erstreckt (3), das heißt, die durch die Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 gehende Linie, als „Achse X von Pleuelstange 6 und Pleuelstangenkörper 31“ bezeichnet wird. Der großdurchmessrige Endteil 31a und der kleindurchmessrige Endteil 31b sind in Richtung der Achse X an den entgegengesetzten Seiten positioniert.
-
Die Länge der Pleuelstange 6 in der Richtung rechtwinklig zur Achse X der Pleuelstange 6 und rechtwinklig zur Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 wird nachfolgend als „Breite der Pleuelstange 6“ bezeichnet. Die Länge der Pleuelstange 6 in der Richtung parallel zur Mittelachse der Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 wird nachfolgend außerdem als „Dicke der Pleuelstange 6“ bezeichnet. Wie aus 2 und 3 ersichtlich, ist die Breite des Pleuelstangenkörpers 31 an dem Zwischenteil zwischen dem großdurchmessrigen Endteil 31a und dem kleindurchmessrigen Endteil 31b am schmälsten, abgesehen von dem Bereich, in dem der Kolbenmechanismus 33 und die Speicherkammer 34 vorgesehen sind. Ferner ist die Breite des großdurchmessrigen Endteils 31a größer als die Breite des kleindurchmessrigen Endteils 31b. Andererseits ist die Dicke des Pleuelstangenkörpers 31 im Wesentlichen eine konstante Dicke, abgesehen vom Bereich, in dem der Kolbenmechanismus 33 und die Speicherkammer 34 vorgesehen sind.
-
<Exzenterglied>
-
Als nächstes wird das Exzenterglied 32 erläutert. 4 und 5 sind schematische Perspektivansichten der Umgebung des kleindurchmessrigen Endteils 31b des Pleuelstangenkörpers 31. In 4 und 5 ist das Exzenterglied 32 im zerlegten Zustand dargestellt. Wie in 2 bis 5 dargestellt, umfasst das Exzenterglied 32 eine zylindrisch geformte Hülse 32a, die in einer an dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildeten Hülsenaufnahmeöffnung 42 aufgenommen wird, ein Paar erster Arme 32b, die sich ausgehend von Hülse 32a in der einen Richtung in Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 erstrecken, und ein Paar zweiter Arme 32c, die sich ausgehend von Hülse 32a in der anderen Richtung in Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (einer zur obigen einen Richtung allgemein entgegengesetzten Richtung) erstrecken. Die Hülse 32a kann sich innerhalb der Hülseaufnahmeöffnung 42 drehen, so dass das Exzenterglied 32 an dem kleindurchmessrigen Endteil 31b des Pleuelstangenkörpers 31 in der Lage ist, sich in Bezug zum Pleuelstangenkörper 31 zu drehen. Die Drehachse des Exzenterglieds 32 stimmt mit der Mittelachse der Hülsenaufnahmeöffnung 42 überein.
-
Der Endteil des zweiten Arms 32c ist auf der zur Seite der Hülse 32a (das heißt, Seite des ersten Arms) entgegengesetzten Seite gekrümmt, so dass er auf das großdurchmessrige Endteil 31 a des Pleuelstangenkörpers 31 ausgerichtet ist. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Endteil des zur Seite der Hülse 32a entgegengesetzten Arms 32c insbesondere so ausgebildet, dass er sich hin zur Tangentialrichtung der Hülse 32a erstreckt.
-
Zudem ist die Hülse 32a des Exzenterglieds 32 mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d zum Halten des Kolbenbolzens 21 versehen. Diese Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Die zylindrisch geformte Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d ist so ausgeführt, dass ihre Achse parallel zur Mittelachse der zylindrischen Außenform der Hülse 32a verläuft, aber nicht koaxial wird. Deshalb ist die Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d zur Mitte der zylindrischen Außenform der Hülse 32a, das heißt, zur Drehachse des Exzenterglieds 32, versetzt.
-
Insbesondere ist in der vorliegenden Ausführungsform die Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d der Hülse 32a ausgehend von der Mitte der zylindrischen Außenform der Hülse 32a zur Seite des ersten Armes 32b hin versetzt. Falls das Exzenterglied 32 sich dreht, ändert sich deshalb die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d innerhalb der Hülsenaufnahmeöffnung 42. Wenn die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 sich auf der Seite des großdurchmessrigen Endteils 31a befindet, wird die wirksame Länge der Pleuelstange 6 kleiner. Wenn umgekehrt die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 sich auf der Seite entgegengesetzt zur Seite des großdurchmessrigen Endteils 31a befindet, wird die wirksame Länge der Pleuelstange 6 größer. Deshalb ändert sich gemäß der vorliegenden Erfindung die wirksame Länge der Pleuelstange 6 durch Drehen des Exzenterglieds 32. Das heißt, das Exzenterglied 32 ist an dem kleindurchmessrigen Endteil 31b des Pleuelstangenkörpers 31 dergestalt angebracht, dass es sich so drehen kann, dass sich die wirksame Länge der Pleuelstange 6 ändert.
-
<Kolbenmechanismus>
-
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 3 der Kolbenmechanismus 33 erläutert. Der Kolbenmechanismus 33 weist einen in dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildeten Hydraulikzylinder 33a, einen in dem Hydraulikzylinder 33a gleitenden Hydraulikkolben 33b und eine Öldichtung 33c in dem ins Innere des Hydraulikzylinders 33a geführten Hydrauliköl auf. Der Hydraulikzylinder 33a ist, bezogen auf die Achslinie X der Pleuelstange 6, fast in seinem gesamten Ausmaß bzw. in seiner Gesamtheit auf der Seite des ersten Arms 32b angeordnet. Zudem ist der Hydraulikzylinder 33a um ein exakt bestimmtes Winkelmaß geneigt zur Achslinie X angeordnet, so dass er in der Breitenrichtung mit wachsender Nähe zum kleindurchmessrigen Endteil 31b aus dem Pleuelstangenkörper 31 nach draußen ragt. Außerdem steht der Hydraulikzylinder 33a über den kolbenverbindenden Ölpfad 55 mit dem Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 in Verbindung. Hierbei ist anzumerken, dass 3 mit gestrichelten Linien auch Ölpfade zeigt, die zusätzlich zu dem in 3 dargestellten Querschnitt noch an weiteren Querschnitten ausgebildet sind.
-
Der Hydraulikkolben 33b ist durch einen Bolzen mit dem Verbindungsglied 45 drehbar verbunden. Der erste Arm 32b des Exzenterglieds 32 ist an dem Endteil durch einen Bolzen mit dem Verbindungsglied 45 auf der zur Anbauseite der Hülse 32a entgegengesetzten Seite drehbar verbunden. Der Hydraulikkolben 33b ist somit durch das Verbindungsglied 45 mit dem ersten Arm 32b des Exzenterglieds 32 verbunden und bewegt sich angelenkt an das Exzenterglied 32. Die Öldichtung 33c weist eine Ringform auf und ist rings um den unteren Endteil des Hydraulikkolbens 33b angebracht.
-
<Speicherkammer und Schubmechanismus>
-
Nunmehr werden unter Bezugnahme auf 3 die Speicherkammer 34 und der Schubmechanismus 37 erläutert. Die Speicherkammer 34 ist an dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildet und kann Hydrauliköl speichern. Die Speicherkammer 34 ist, bezogen auf die Achslinie X der Pleuelstange 6, in ihrer Gesamtheit auf der Seite des zweiten Arms 32c angeordnet. Die Speicherkammer 34 öffnet sich auf der Seite des kleindurchmessrigen Endteils 31b des Pleuelstangenkörpers 31 und ist auf der Seite des großdurchmessrigen Endteils 31 a des Pleuelstangenkörpers 31 geschlossen. Zudem ist die Speicherkammer 34 um ein exakt bestimmtes Winkelmaß geneigt zur Achslinie X angeordnet, so dass sie mit wachsender Nähe zum kleindurchmessrigen Endteil 31b in der Breitenrichtung aus dem Pleuelstangenkörper 31 nach draußen ragt. Ferner ragt die Speicherkammer 34 in der zur Überstandsrichtung des Hydraulikzylinders 33a entgegengesetzten Richtung nach draußen hervor. Zudem steht die Speicherkammer 34 über den speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 mit dem Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 in Verbindung.
-
Der Schubmechanismus 37 ist innen in der Speicherkammer 34 angeordnet und drückt das in der Speicherkammer 34 gespeicherte Hydrauliköl zum Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35. Der Schubmechanismus 37 umfasst einen Schubbolzen 37a, eine Schubfeder 37b, die Hydrauliköl über den Schubbolzen 37a drückt, und ein Federhalterungsglied 37c, das die Schubfeder 37b haltert. Der Schubbolzen 37a hat eine zylindrische Form und gleitet in der Speicherkammer 34. Der Schubbolzen 37a ist nicht mit dem Exzenterglied 32 verbunden und kann sich somit unabhängig vom Exzenterglied 32 bewegen.
-
Die Schubfeder 37b ist beispielsweise eine Schraubenfeder und so ausgelegt, dass sie den Schubbolzen 37a unabhängig von der Verfahrposition des Schubbolzens 37a zum Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 drückt. Das Federhalterungsglied 37c ist beispielsweise ein C-Ring, E-Ring oder anderer Sicherungsring und ist in einer in der Speicherkammer 34 ausgebildeten umlaufenden Nut angeordnet.
-
Hierbei ist zu beachten, dass der Hydraulikzylinder 33a, bezogen auf die Achslinie X der Pleuelstange 6, auf der Seite des zweiten Arms 32c angeordnet sein kann und die Speicherkammer 34, bezogen auf die Achslinie X der Pleuelstange 6, auf der Seite des ersten Arms 32b angeordnet sein kann. In diesem Fall ist der Hydraulikkolben 33b durch das Verbindungsglied 45 mit dem zweiten Arm 32c des Exzenterglieds 32 verbunden und bewegt sich angelenkt an das Exzenterglied 32.
-
<Strömungsrichtungsumschaltmechanismus>
-
Nunmehr wird unter Verweis auf 6 und 7 die Ausgestaltung des Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 erläutert. 6 ist eine Querschnittsseitenansicht einer Pleuelstange 6 unter Vergrößerung eines Bereichs, in dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 vorgesehen ist. Hierbei ist anzumerken, dass 6 mit gestrichelten Linien auch Ölpfade zeigt, die zusätzlich zu dem in 6 dargestellten Querschnitt noch an weiteren Querschnitten ausgebildet sind. Der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 ist innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 angeordnet. Zudem ist der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 so ausgelegt, dass er zwischen einem ersten Zustand, in dem er eine Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zum Hydraulikzylinder 33a gestattet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zur Speicherkammer 34 unterbindet, und einem zweiten Zustand, in dem er die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zum Hydraulikzylinder 33a unterbindet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zur Speicherkammer 34 gestattet, umgeschaltet wird.
-
Der Strömungsumschaltmechanismus 35, wie in 6 dargestellt, umfasst zwei Schieberventile 71, 72 und ein einzelnes Rückschlagventil 63. Die Schieberventile 71, 72 und das Rückschlagventil 63 sind innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 angeordnet. Speziell sind die Schieberventile 71, 72 und das Rückschlagventil 63 in Richtung der Achslinie X des Pleuelstangenkörpers 31 zwischen dem Hydraulikzylinder 33a und der Kurbelaufnahmeöffnung 41 angeordnet. Darüber hinaus ist das Rückschlagventil 63 in Richtung der Achslinie X des Pleuelstangenkörpers 31, ausgehend von den Schieberventilen 71, 72, auf der Seite der Kurbelaufnahmeöffnung 41 angeordnet.
-
Darüber hinaus sind die beiden Schieberventile 71, 72 beidseits der Achslinie X des Pleuelstangenkörpers 31 vorgesehen, während das Rückschlagventil 63 auf der Achslinie X vorgesehen ist. Das ermöglicht die Unterdrückung eines verminderten Kräftegleichgewichts links und rechts vom Pleuelstangenkörper 31 durch Bereitstellung der Schieberventile 71, 72 und des Rückschlagventils 63 in dem Pleuelstangenkörper 31.
-
7A ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6 entlang der Linie A-A von 6 und 7B ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6 entlang der Linie B-B von 6. Wie in 7A zu sehen, weisen die Schieberventile 71, 72 entsprechende Schaltbolzen 61, 62 auf. Die beiden Schaltbolzen 61, 62 sitzen jeweils in röhrenförmigen Bolzenaufnahmeräumen 64, 65. In der vorliegenden Ausführungsform sind die Bolzenaufnahmeräume 64, 65 so ausgebildet, dass ihre Achsen sich parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 erstrecken. Die Schaltbolzen 61, 62 können in den Bolzenaufnahmeräumen 64, 65 in den Ausdehnungsrichtungen der Bolzenaufnahmeräume 64, 65 hin und her gleiten. Das heißt, die Schaltbolzen 61, 62 sind innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 so angeordnet, dass sich ihre Arbeitsrichtungen parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 entfalten.
-
Zudem ist von den beiden Bolzenaufnahmeräumen 64, 65, wie in 7A dargestellt, der erste Bolzenaufnahmeraum 64, der den ersten Schaltbolzen 61 haltert, als ein Bolzenaufnahmeloch ausgestaltet, das an der einen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geöffnet und an der anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geschlossen ist. Darüber hinaus ist von den beiden Bolzenaufnahmeräumen 64, 65, wie in 7A dargestellt, der zweite Bolzenaufnahmeraum 65, der den zweiten Schaltbolzen 62 haltert, als ein Bolzenaufnahmeloch ausgestaltet, das an der oben genannten anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geöffnet und an der oben genannten einen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geschlossen ist.
-
Der erste Schaltbolzen 61 weist zwei umlaufende Nuten 61a, 61b auf, die in Umfangsrichtung verlaufen. Diese umlaufenden Nuten 61a, 61b stehen über einen Verbindungspfad 61c, der in dem ersten Schaltbolzen 61 ausgebildet ist, in Verbindung miteinander.
-
Das erste Schieberventil 71 weist zudem eine erste Vorspannfeder 67 und ein erstes Halterungsglied 76, das die erste Vorspannfeder 67 haltert, auf. Die erste Vorspannfeder 67 wird innerhalb des ersten Bolzenaufnahmeraums 64 gehalten. Das erste Halterungsglied 76 ist beispielsweise ein C-Ring, E-Ring oder anderer Sicherungsring und ist in einer in dem ersten Bolzenaufnahmeraum 64 ausgebildeten umlaufenden Nut angeordnet. Der erste Schaltbolzen 61 wird durch die erste Vorspannfeder 67 in eine Richtung parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 vorgespannt. In dem in 7A dargestellten Beispiel wird der erste Schaltbolzen 61 zum geschlossenen Endteil des ersten Bolzenaufnahmeraums 64 hin vorgespannt.
-
Der zweite Schaltbolzen 62 weist zwei umlaufende Nuten 62a, 62b auf, die in Umfangsrichtung des zweiten Schaltbolzens 62 verlaufen. Die umlaufenden Nuten 62a, 62b stehen über einen Verbindungspfad 62c, der in dem zweiten Schaltbolzen 62 ausgebildet ist, in Verbindung miteinander.
-
Das zweite Schieberventil 72 weist zudem eine zweite Vorspannfeder 68 und ein zweites Halterungsglied 77, das die zweite Vorspannfeder 68 haltert, auf. Die zweite Vorspannfeder 68 wird innerhalb des zweiten Bolzenaufnahmeraums 65 gehalten. Das zweite Halterungsglied 77 ist beispielsweise ein C-Ring, E-Ring oder anderer Sicherungsring und ist in einer an dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 ausgebildeten umlaufenden Nut angeordnet. Der zweite Schaltbolzen 62 wird durch die zweite Vorspannfeder 68 in eine Richtung parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 vorgespannt. In dem in 7A dargestellten Beispiel wird der zweite Schaltbolzen 62 zum geschlossenen Endteil des zweiten Bolzenaufnahmeraums 65 hin vorgespannt.
-
Infolge dessen wird der zweite Schaltbolzen 62 in der dem ersten Schaltbolzen 61 entgegengesetzten Richtung vorgespannt. Aus diesem Grund sind in der vorliegenden Ausführungsform die Arbeitsrichtungen des ersten Schaltbolzens 61 und des zweiten Schaltbolzens 62 entgegengesetzt zueinander, wenn Öldruck an den ersten Schaltbolzen 61 und den zweiten Schaltbolzen 62 angelegt wird.
-
Das Rückschlagventil 63 wird im Inneren eines röhrenförmigen Rückschlagventilaufnahmeraums 66 gehalten. In der vorliegenden Ausführungsform ist auch der Rückschlagventilaufnahmeraum 66 so ausgebildet, dass er sich parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 erstreckt. Das Rückschlagventil 63 kann in dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66 in Ausdehnungsrichtung des Rückschlagventilaufnahmeraums 66 hin und her gleiten. Das heißt, das Rückschlagventil 63 ist innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 so angeordnet, dass seine Arbeitsrichtung sich parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 entfaltet. Zudem ist der Rückschlagventilaufnahmeraum 66 als ein Rückschlagventilaufnahmeloch ausgebildet, das an einer Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geöffnet ist und an der anderen Seitenfläche des Pleuelstangenkörpers 31 geschlossen ist. Der offene Endteil des Rückschlagventilaufnahmeraums 66 ist durch ein Dichtelement 74 geschlossen. Das Rückschlagventil 63 ist so ausgelegt, dass es das Strömen von einer Primärseite (obere Seite in 7B) zu einer Sekundärseite (untere Seite in 7B) gestattet, aber das Strömen von der Sekundärseite zur Primärseite unterbindet.
-
Der erste Bolzenaufnahmeraum 64, der den ersten Schaltbolzen 61 haltert, steht über die beiden aufnahmeraumverbindenden Ölpfade 51, 52 mit dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66 in Verbindung. Der erste aufnahmeraumverbindende Ölpfad 51 gemäß Darstellung in 7A steht mit dem ersten Bolzenaufnahmeraum 64 und der Sekundärseite des Rückschlagventilaufnahmeraums 66 an einer seitlichen Flächenseite ausgehend von der Mitte in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (untere Seite in 7B) in Verbindung. Der zweite aufnahmeraumverbindende Ölpfad 52 steht mit der Primärseite des ersten Bolzenaufnahmeraums 64 und dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66 an der anderen seitlichen Flächenseite ausgehend von der Mitte in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (obere Seite in 7B) in Verbindung. Der Ölpfad, mit dem der erste Bolzenaufnahmeraum 64 verbunden ist, wird durch Verschieben des ersten Schaltbolzens 61 in dem ersten Bolzenaufnahmeraum 64 zwischen dem ersten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 51 und dem zweiten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 52 umgeschaltet.
-
Zudem steht der erste Bolzenaufnahmeraum 64 über den kolbenverbindenden Ölpfad 55 mit dem Hydraulikzylinder 33a in Verbindung. Wie in 7A dargestellt, steht der kolbenverbindende Ölpfad 55 mit dem ersten Bolzenaufnahmeraum 64 in der Nähe der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 in Dickenrichtung in Verbindung. Zudem ist der kolbenverbindende Ölpfad 55 so angeordnet, dass der Abstand zwischen dem ersten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 51 und dem kolbenverbindenden Ölpfad 55 in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers und der Abstand zwischen dem zweiten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 52 und dem kolbenverbindenden Ölpfad 55 in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers einen Wert gleich dem Abstand zwischen den umlaufenden Nuten 61a, 61b in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers annehmen.
-
Der zweite Bolzenaufnahmeraum 65, der den zweiten Schaltbolzen 62 haltert, steht über die beiden aufnahmeraumverbindenden Ölpfade 53, 54 mit dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66 in Verbindung. Der dritte aufnahmeraumverbindende Ölpfad 53 gemäß Darstellung in 7A steht mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 66 und der Sekundärseite des Rückschlagventilaufnahmeraums 66 an einer seitlichen Flächenseite ausgehend von der Mitte in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (untere Seite in 7B) in Verbindung. Der vierte aufnahmeraumverbindende Ölpfad 54 steht mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 und der Primärseite des Rückschlagventilaufnahmeraums 66 an der anderen seitlichen Flächenseite ausgehend von der Mitte in Dickenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (obere Seite in 7B) in Verbindung. Der Ölpfad, mit dem der zweite Bolzenaufnahmeraum 65 verbunden ist, wird durch Verschieben des zweiten Schaltbolzens 62 in dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 zwischen dem dritten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 53 und dem vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 umgeschaltet.
-
Zudem steht der zweite Bolzenaufnahmeraum 65 über den speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 mit der Speicherkammer 34 in Verbindung. Wie in 7A dargestellt, steht der speicherkammerverbindende Ölpfad 56 mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 in der Nähe der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 in Dickenrichtung in Verbindung. Zudem ist der speicherkammerverbindende Ölpfad 56 so angeordnet, dass der Abstand zwischen dem dritten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 53 und dem speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung und der Abstand zwischen dem vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 und dem speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung gleich groß wie der Abstand zwischen den umlaufenden Nuten 62a, 62b in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung sind.
-
Die verbindenden Ölpfade 51 bis 56 werden durch Bohrschneiden usw. ausgehend von der Kurbelaufnahmeöffnung 41 ausgebildet. An den Seiten der Kurbelaufnahmeöffnung 41 der verbindenden Ölpfade 51 bis 56 sind deshalb verlängerte Ölpfade 51 a bis 56a koaxial zu diesen verbindenden Ölpfaden 51 bis 56 ausgebildet. Mit anderen Worten sind die verbindenden Ölpfade 51 bis 56 so ausgebildet, dass sich die Kurbelaufnahmeöffnung 41 an den verlängerten Leitungen befindet. Diese verlängerten Ölpfade 51a bis 56a sind zum Beispiel durch Lagermetall 80 geschlossen. Diese verlängerten Ölpfade 51a bis 56a können somit verschlossen werden, indem nur Lagermetall 80 zur Anbringung der Pleuelstange 6 an dem Kurbelzapfen 22 verwendet wird, ohne dass eine separate Bearbeitung zum Schließen der verlängerten Ölpfade 51 a bis 56a erfolgt.
-
Wie in 6 und 7 zu sehen, sind ferner in dem Pleuelstangenkörper 31 der erste Steuerölpfad 57 zum Anlegen von Öldruck an den ersten Schaltbolzen 61 und der zweite Steuerölpfad 58 zum Anlegen von Öldruck an den zweiten Schaltbolzen 62 ausgebildet. Der erste Steuerölpfad 57 steht mit dem ersten Bolzenaufnahmeraum 64 an dem Endteil auf der Seite entgegengesetzt zu dem Endteil, an dem die erste Vorspannfeder 67 vorgesehen ist, in Verbindung. Der zweite Steuerölpfad 58 steht mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 an dem Endteil auf der Seite entgegengesetzt zu dem Endteil, an dem die zweite Vorspannfeder 68 vorgesehen ist, in Verbindung. Diese Steuerölpfade 57, 58 sind so ausgebildet, dass sie mit der Kurbelaufnahmeöffnung 41 in Verbindung stehen, und stehen über einen in dem Kurbelzapfen 22 ausgebildeten Ölpfad (nicht dargestellt) mit einer äußeren Öldruckversorgungsquelle in Verbindung.
-
Wenn Öldruck nicht aus einer äußeren Öldruckversorgungsquelle bereitgestellt wird, werden der erste Schaltbolzen 61 und der zweite Schaltbolzen 62 durch die erste Vorspannfeder 67 beziehungsweise durch die zweite Vorspannfeder 68 vorgespannt und, wie in 7A dargestellt, an den geschlossenen Endteilseiten in den Bolzenaufnahmeräumen 64, 65 positioniert. Wenn hingegen eine äußere Öldruckversorgungsquelle den Öldruck liefert, werden der erste Schaltbolzen 61 und der zweite Schaltbolzen 62 gegen die Vorspannkräfte der ersten Vorspannfeder 67 beziehungsweise der zweiten Vorspannfeder 68 bewegt und an den offenen Endteilseiten in den Bolzenaufnahmeräumen 64, 65 positioniert.
-
Zum Nachfüllen von Hydrauliköl zur Primärseite des Rückschlagventils 63 ist ferner in dem Pleuelstangenkörper 31 in dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66, in dem das Rückschlagventil 63 gehaltert ist, ein Nachfüll-Ölpfad 60 ausgebildet. Ein Endteil des Nachfüll-Ölpfads 60 steht mit dem Rückschlagventilaufnahmeraum 66 an der Primärseite des Rückschlagventils 63 in Verbindung. Der andere Endteil des Nachfüll-Ölpfads 60 steht mit der Kurbelaufnahmeöffnung 41 in Verbindung. Ferner ist an dem Lagermetall 80 in Übereinstimmung mit dem Nachfüll-Ölpfad 60 ein Durchgangsloch 80a ausgebildet. Der Nachfüll-Ölpfad 60 steht über das Durchgangsloch 80a und den in dem Kurbelzapfen 22 ausgebildeten Ölpfad (nicht dargestellt) mit der Öldruckversorgungsquelle in Verbindung. Aufgrund des Nachfüll-Ölpfads 60 kommt deshalb die Primärseite des Rückschlagventils 63 je nach Drehung der Kurbelwelle konstant oder periodisch in Verbindung mit der Öldruckversorgungsquelle.
-
<Stoppvorrichtung>
-
Nunmehr wird unter Bezugnahme auf 3 und 7 eine Stoppvorrichtung 36 erläutert. Die Stoppvorrichtung 36 ist dazu ausgelegt, die Anschlagposition der Drehbewegung des Exzenterglieds 32 in einer Richtung durch einen von außerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 angelegten Öldruck (Rechtsdrehbewegung in 3) in zwei Stufen zu schalten.
-
Die Stoppvorrichtung 36 umfasst einen in dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildeten Stoppzylinder 81 und ein in diesem Stoppzylinder 81 gleitend verfahrbares Stoppglied 82. In dem dargestellten Beispiel in 3 sind der Stoppzylinder 81 und das Stoppglied 82 so angeordnet, dass ihre Achslinien sich in Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 erstrecken. Dieser Stoppzylinder 81 und dieses Stoppglied 82 können jedoch in Bezug auf den Pleuelstangenkörper 31 etwas abgewinkelt angeordnet sein.
-
Das Stoppglied 82 kann zwischen einer ausgefahrenen Position, wo es auf der Seite des zweiten Arms 32c des Exzenterglieds 32 wenigstens teilweise aus dem Pleuelstangenkörper 31 herausragt, und einer eingefahrenen Position, wo es wenigstens fast vollständig in dem Pleuelstangenkörper 31 (das heißt, in dem Stoppzylinder 81) gehalten wird. Das Stoppglied 82 ist so angeordnet, dass es bei beiden Positionen, sowohl in der ausgefahrenen Position als auch in der eingefahrenen Position, an dem zweiten Arm 32c des Exzenterglieds 32 anstößt.
-
Die Stoppvorrichtung 36 umfasst eine vierte Vorspannfeder 83, die das Stoppglied 82 zur eingefahrenen Position hin vorspannt. Zudem steht der Stoppzylinder 81 der Stoppvorrichtung 36 über den Öldruckversorgungspfad 59 mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 in Verbindung. Der Öldruckversorgungspfad 59 steht, wie in 7A dargestellt, mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 an dem Endteil derjenigen Seite, wo der zweite Steuerölpfad 58 mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 verbunden ist, in Verbindung. Der Öldruckversorgungspfad 59 steht mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 in Verbindung, wenn der zweite Schaltbolzen 62 durch den von einer äußeren Öldruckversorgungsquelle bereitgestellten Öldruck verfährt. Dadurch wird Hydrauliköl von der äußeren Öldruckversorgungsquelle über den zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 und den Öldruckversorgungspfad 59 zum Stoppzylinder 81 geführt. Hierbei ist davon auszugehen, dass auch der Öldruckversorgungspfad 59 durch Bohrschneiden usw. ausgehend von der Kurbelaufnahmeöffnung 41 ausgebildet wird. Deshalb ist an der Seite der Kurbelaufnahmeöffnung 41 des Öldruckversorgungspfads 59 ein verlängerter Ölpfad 59a koaxial zum Öldruckversorgungspfad 59 ausgebildet. Wie in 6 dargestellt, ist der verlängerte Ölpfad 59a durch das Lagermetall 80 geschlossen.
-
Wenn der Stoppzylinder 81 in einer derart ausgestalteten Stoppvorrichtung 36 über den Öldruckversorgungspfad 59 nicht mit einem vorherbestimmten oder höheren Öldruckwert versorgt wird, fährt das Stoppglied 82 durch die Aktion der vierten Vorspannfeder 83 in die eingefahrene Stellung. Wenn der Stoppzylinder 81 hingegen über den Öldruckversorgungspfad 59 mit dem vorherbestimmten oder einem höheren Öldruckwert versorgt wird, bewegt sich das Stoppglied 82 durch die Aktion des zum Stoppzylinder 81 geführten Hydrauliköls in die ausgefahrene Position.
-
Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange>
-
Nunmehr wird unter Verweis auf 8 und 11 A bis 11C die Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6 erläutert. 8 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6, wenn die Schaltbolzen 61, 62 und das Stoppglied 82 mit einem mittleren Öldruck versorgt werden. 9 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6, wenn die Schaltbolzen 61, 62 und das Stoppglied 82 mit einem hohen Öldruck versorgt werden. 10 ist eine schematische Ansicht zur Erläuterung der Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6, wenn die Schaltbolzen 61, 62 und das Stoppglied 82 mit einem niedrigen Öldruck versorgt werden. Die 11A bis 11C sind Querschnittsseitenansichten einer längenvariablen Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform 6. 11A zeigt den Zustand, in dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 sich im ersten Zustand befindet und das Stoppglied 82 sich in der eingefahrenen Position befindet. 11B zeigt den Zustand, in dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 sich im ersten Zustand befindet und das Stoppglied 82 sich in der ausgefahrenen Position befindet. 11C zeigt den Zustand, in dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 sich im zweiten Zustand befindet und das Stoppglied 82 sich in der eingefahrenen Position befindet.
-
Die Brennkraftmaschine 1 umfasst ferner eine Öldruckversorgungsquelle 75 und eine elektronische Steuerungsvorrichtung (ECU) 40. Die Öldruckversorgungsquelle 75 legt über den ersten Steuerölpfad 57 einen Öldruck an den ersten Schaltbolzen 61 an und legt über den zweiten Steuerölpfad 58 einen Öldruck an den zweiten Schaltbolzen 62 und das Stoppglied 82 an. Die Öldruckversorgungsquelle 75 ist an der Außenseite des Pleuelstangenkörpers 31 angeordnet und wird von der ECU 40 gesteuert. Somit kann die ECU 40 den Öldruck steuern, der von der Öldruckversorgungsquelle 75 an den ersten Schaltbolzen 61, den zweiten Schaltbolzen 62 und das Stoppglied 82 angelegt wird. Hierbei ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform die ersten Schaltbolzen 61 und zweiten Schaltbolzen 62 des Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 und das Stoppglied 82 mit Hydrauliköl aus der gleichen Öldruckversorgungsquelle 75 versorgt werden.
-
Hier wird der Druck des Hydrauliköls, bei dem die Arbeitspositionen des ersten Schaltbolzens 61 und des zweiten Schaltbolzens 62 umschalten, das heißt, der Druck des Hydrauliköls, bei dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zwischen dem ersten Zustand und dem zweiten Zustand umschaltet, zu einem ersten Schwellenwert. Dieser erste Schwellenwert ändert sich je nach Querschnittsflächen der Schaltbolzen 61, 62 (bzw. Querschnittsflächen der Bolzenaufnahmeräume 64, 65) und Elastizitätsmodul der Vorspannfedern 67, 68 usw. Gleichweise wird der Druck, bei dem die Arbeitsposition des Stoppgliedes 82 zwischen der ausgefahrenen Position und der eingefahrenen Position umschaltet, zu einem zweiten Schwellenwert. Dieser zweite Schwellenwert ändert sich je nach Querschnittsfläche des Stoppglieds 82 (bzw. Querschnittsfläche des Stoppzylinders 81) und Elastizitätsmodul der vierten Vorspannfeder 83 usw. In der vorliegenden Ausführungsform erhält der erste Schwellenwert einen Wert kleiner als der zweite Schwellenwert. Falls also der Druck des von der Öldruckversorgungsquelle 75 bereitgestellten Hydrauliköls erhöht wird, werden zuerst die Arbeitspositionen des ersten Schaltbolzens 61 und des zweiten Schaltbolzens 62 umgeschaltet, und der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 wechselt vom zweiten Zustand in den ersten Zustand. Falls anschließend der Druck des von der Öldruckversorgungsquelle 75 bereitgestellten Hydrauliköls weiter zum Ansteigen gebracht wird, verfährt das Stoppglied 82 aus der eingefahrenen Position in die ausgefahrene Position.
-
In der vorliegenden Ausführungsform umfasst die Brennkraftmaschine 1 ferner einen Hydraulikschaltmechanismus 90. Der Hydraulikschaltmechanismus 90 ist zwischen der Öldruckversorgungsquelle 75 und den Steuerölpfaden 57, 58 angeordnet. Der Hydraulikschaltmechanismus 90 umfasst ein mit der Öldruckversorgungsquelle 75 in Verbindung stehendes Dreiwegeventil 91 und drei mit dem Dreiwegeventil 91 in Verbindung stehende Ölpfade 92 bis 94. Das Dreiwegeventil 91 wird von der ECU 40 gesteuert.
-
Die drei Ölpfade 92 bis 94 sind jeweils mit Überdruckventilen versehen. Diese Überdruckventile unterscheiden sich in der Druckeinstellung voneinander. In dem dargestellten Beispiel in den 8 bis 10 erfolgt die Einstellung der Druckwerte in abnehmender Reihenfolge von Einstelldruck P1 des an Ölpfad 92 vorgesehenen Überdruckventils, Einstelldruck P2 des an dem Ölpfad 93 vorgesehenen Überdruckventils und Einstelldruck P3 des an dem Ölpfad 94 vorgesehenen Überdruckventils (P1>P2>P3). Zwischen dem Ölpfad 92 und dem Ölpfad 93 ist darüber hinaus ein Überdruckventil vorgesehen, das sich öffnet, wenn der Druck in dem Ölpfad 93 ansteigt, während zwischen dem Ölpfad 93 und dem Ölpfad 94 ein Überdruckventil vorgesehen ist, das sich öffnet, wenn der Druck in dem Ölpfad 94 ansteigt. Der Druckeinstellwert P4 des zwischen diesen Ölpfaden vorgesehenen Überdruckventils wird niedriger eingestellt als der Druckeinstellwert P3 des an dem Ölpfad 94 vorgesehenen Überdruckventils. Der Ölpfad 92 steht darüber hinaus mit den Steuerölpfaden 57, 58 in Verbindung.
-
Wenn die Öldruckversorgungsquelle 75 über das Dreiwegeventil 91 mit dem Ölpfad 93 in Verbindung steht, nimmt in dem so ausgestalteten Hydraulikschaltmechanismus 90 der an die Steuerölpfade 57, 58 angelegte Öldruck einen mittelhohen Wert an. In der vorliegenden Ausführungsform erhält der Öldruck zu diesem Zeitpunkt einen Druckwert kleiner als der zweite Schwellenwert höher als der erste Schwellenwert. Der Öldruck zu diesem Zeitpunkt ist höher als der erste Schwellenwert, somit werden, wie in 8 dargestellt, die Schaltbolzen 61, 62 jeweils an ersten Positionen positioniert, wo sie entgegen den Vorspannkräften der Vorspannfedern 67, 68 verfahren. Im Ergebnis bringt der Verbindungspfad 61c des ersten Schaltbolzens 61 den kolbenverbindenden Ölpfad 55 und den ersten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 51 in Verbindung, während der Verbindungspfad 62c des zweiten Schaltbolzens 62 den speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 und den vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 in Verbindung bringt. Der Hydraulikzylinder 33a ist dadurch mit der Sekundärseite des Rückschlagventils 63 verbunden, während die Speicherkammer 34 mit der Primärseite des Rückschlagventils 63 verbunden ist.
-
Hier ist das Rückschlagventil 63 so ausgestaltet, dass es die Strömung des Hydrauliköls von der Primärseite, wo der zweite aufnahmeraumverbindende Ölpfad 52 und der vierte aufnahmeraumverbindende Ölpfad 54 in Verbindung stehen, zur Sekundärseite, wo der erste aufnahmeraumverbindende Ölpfad 51 und der dritte aufnahmeraumverbindende Ölpfad 53 in Verbindung stehen, gestattet, aber die Strömung in Gegenrichtung unterbindet. In dem in 8 dargestellten Zustand strömt deshalb Hydrauliköl vom vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 zum ersten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 51, aber es strömt kein Hydrauliköl in der Gegenrichtung.
-
In dem in 8 dargestellten Zustand strömt infolge dessen das Hydrauliköl in der Speicherkammer 34 über die Ölpfade speicherkammerverbindender Ölpfad 56, vierter aufnahmeraumverbindender Ölpfad 54, erster aufnahmeraumverbindender Ölpfad 51 und kolbenverbindender Ölpfad 55, in eben dieser Reihenfolge, und wird an den Hydraulikzylinder 33a geführt. Das Hydrauliköl in dem Hydraulikzylinder 33a kann jedoch nicht zur Speicherkammer 34 ausgetragen werden. Wenn ein Öldruck in Höhe des ersten Schwellenwertes oder darüber von der Öldruckversorgungsquelle 75 bereitgestellt wird, kann deshalb davon ausgegangen werden, dass sich der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 im ersten Zustand befindet, wo er die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zum Hydraulikzylinder 33a gestattet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zur Speicherkammer 34 unterbindet.
-
Aufgrund der Trägheitskraft, die zusammen mit der Bewegung der Pleuelstange 6 auf den Schubbolzen 37a einwirkt, und der Vorspannkraft der Schubfeder 37b wird zu diesem Zeitpunkt Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 zum Hydraulikzylinder 33a geführt, und der Hydraulikkolben 33b verfährt nach oben. Zudem ist der Öldruck in dieser Phase niedriger als der zweite Schwellenwert, so dass das Stoppglied 82, wie in 8 dargestellt, sich in der eingefahrenen Position befindet. Infolge dessen wird bewirkt, wie in 11A zu sehen, dass das Exzenterglied 32 sich in die Position dreht, wo es am weitesten in die abgebildete Pfeilrichtung gedreht ist. Aufgrund dieser Tatsache hebt sich die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in die höchste Position. Deshalb wird hier die Länge zwischen dem Mittelpunkt der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und dem Mittelpunkt der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d, d. h. die wirksame Länge der Pleuelstange 6, am längsten und nimmt den Wert L1 in der Abbildung an. Wie hier zu beachten ist, erfolgt der Drehvorgang des Exzenterglieds 32 in Pfeilrichtung in 11A bis zum Anschlag an den gekrümmten Endteil des zweiten Arms 32c des Exzenterglieds 32, der an dem in der eingefahrenen Position befindlichen Stoppglied 82 anstößt.
-
In dem in 11A dargestellten Zustand stößt der Schubbolzen 37a durch die Vorspannkraft der Schubfeder 37b an dem Endteil der Speicherkammer 34 auf der Seite des speicherkammerverbindenden Ölpfads 56 an und verschließt den speicherkammerverbindenden Ölpfad 56. Selbst wenn die Speicherkammer 34 kein Hydrauliköl speichert, ist es deshalb möglich, wie in 11A dargestellt, zu verhindern, dass die Luft an der Außenseite des Pleuelstangenkörpers 31 die Speicherkammer 34 durchströmt und in den Strömungsumkehrschaltmechanismus 35 einströmt.
-
Wenn hingegen, wie in 9 dargestellt, die Öldruckversorgungsquelle 75 über das Dreiwegeventil 91 mit dem Ölpfad 92 in Verbindung steht, wird in dem Hydraulikschaltmechanismus 90 der an die Steuerölpfade 57, 58 angelegte Öldruck höher. In der vorliegenden Ausführungsform erhält der Öldruck zu diesem Zeitpunkt einen Druckwert höher als der zweite Schwellenwert. Deshalb ist der Öldruck zu diesem Zeitpunkt höher als der erste Schwellenwert, somit werden, auf gleiche Weise wie bei dem in 8 dargestellten Zustand, die Schaltbolzen 61, 62 jeweils an ersten Positionen positioniert, wo sie entgegen den Vorspannkräften der Vorspannfedern 67, 68 verfahren.
-
Im Ergebnis ist der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 im ersten Zustand, und der Hydraulikkolben 33b verfährt nach oben. Zudem ist der Öldruck in dieser Phase höher als der zweite Schwellenwert, so dass das Stoppglied 82, wie in 9 dargestellt, sich in der ausgefahrenen Position befindet. Infolge dessen wird der Drehwinkel des Exzenterglieds 32 in der durch den Pfeil in 11 B bezeichneten Richtung etwas kleiner als bei dem in 11A dargestellten Zustand. Dadurch wird die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d gegenüber der höchsten Position abgesenkt. Somit verkürzt sich die wirksame Länge der Pleuelstange 6 gegenüber dem in 11A dargestellten Zustand und nimmt den Wert L2 in der Abbildung an. Wie hier zu beachten ist, erfolgt der Drehvorgang des Exzenterglieds 32 in Pfeilrichtung in 11 B bis zum Anschlag an den gekrümmten Endteil des zweiten Arms 32c des Exzenterglieds 32, der an dem in der ausgefahrenen Position befindlichen Stoppglied 82 anstößt.
-
In dem in 11A und 11 B dargestellten Zustand, falls sich der Kolben 5 in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 hin und her bewegt und eine abwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenbolzen 21 wirkt, versucht der Hydraulikkolben 33b nach unten zu verfahren. Außerdem versucht der Hydraulikkolben 33b nach unten zu verfahren, wenn das Luft-Kraftstoff-Gemisch in dem Brennraum 7 verbrannt wird und eine abwärts gerichtete Explosionskraft auf den Kolben 5 wirkt. Aufgrund des Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 wird jedoch ein Ausströmen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a unterbunden, so wird das Hydrauliköl in dem Hydraulikzylinder 33a gehalten. Im Ergebnis wird die Position des Hydraulikkolbens 33b und damit die Drehposition des Exzenterglieds 32 gehalten.
-
Wenn hingegen, wie in 10 dargestellt, die Öldruckversorgungsquelle 75 über das Dreiwegeventil 91 mit dem Ölpfad 94 in Verbindung steht, wird in dem Hydraulikschaltmechanismus 90 der an die Steuerölpfade 57, 58 angelegte Öldruck niedriger. In der vorliegenden Ausführungsform erhält der Öldruck zu diesem Zeitpunkt einen Druckwert kleiner als der erste Schwellenwert. Wie in 10 zu sehen, sind die Schaltbolzen 61, 62 deshalb von den Vorspannfedern 67, 68 vorgespannt an zweiten Positionen positioniert. Durch den Verbindungspfad 61c des ersten Schaltbolzens 61 wird eine Verbindung zwischen dem mit dem Kolbenmechanismus 33 verbundenen kolbenverbindenden Ölpfad 55 und dem zweiten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 52 bewirkt. Durch den Verbindungspfad 62c des zweiten Schaltbolzens 62 wird außerdem eine Verbindung zwischen dem mit der Speicherkammer 34 verbundenen speicherkammerverbindenden Ölpfad 56 und dem dritten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 53 bewirkt. Der Hydraulikzylinder 33a ist dadurch mit der Primärseite des Rückschlagventils 63 verbunden, während die Speicherkammer 34 mit der Sekundärseite des Rückschlagventils 63 verbunden ist.
-
In dem dargestellten Zustand von 10 strömt infolge der Funktion des oben erwähnten Rückschlagventils 63 das in dem Hydraulikzylinder 33a befindliche Hydrauliköl über die Ölpfade kolbenverbindender Ölpfad 55, zweiter aufnahmeraumverbindender Ölpfad 52, dritter aufnahmeraumverbindender Ölpfad 53 und speicherkammerverbindender Ölpfad 56, in eben dieser Reihenfolge, und wird in die Speicherkammer 34 ausgetragen. Das Hydrauliköl in der Speicherkammer 34 kann jedoch nicht zum Hydraulikzylinder 33a geführt werden. Wenn also ein den ersten Schwellenwert unterschreitender Öldruck von der Öldruckversorgungsquelle 75 bereitgestellt wird, kann davon ausgegangen werden, dass sich der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 in einem zweiten Zustand befindet, wo er die Zufuhr von Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zum Hydraulikzylinder 33a unterbindet und das Austragen von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a über den Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 zur Speicherkammer 34 gestattet.
-
Infolge der Innenkraft, die auf den Hydraulikkolben 33b zusammen mit der Bewegung der Pleuelstange einwirkt, und der Explosionskraft, die auf den Hydraulikkolben 33b infolge der Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemischs in dem Brennraum 7 einwirkt, wird Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a zur Speicherkammer 34 hin ausgetragen, und der Hydraulikkolben 33b verfährt nach unten. Zu diesem Zeitpunkt wird zudem kein Öldruck an das Stoppglied 82 angelegt, somit befindet sich das Stoppglied 82 in der eingefahrenen Position, wie in 10 dargestellt. Infolge dessen wird bewirkt, wie in 1 1C zu sehen, dass das Exzenterglied 32 sich in die Position dreht, wo es sich weitesten in Richtung des abgebildeten Pfeils befindet. Aufgrund dieser Tatsache senkt sich die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in die niedrigste Position. Dadurch wird die wirksame Länge der Pleuelstange 6 am kürzesten und wird zu L3 in der Abbildung. Wie hierbei zu beachten, wird zu diesem Zeitpunkt der Drehvorgang des Exzenterglieds 32 in Pfeilrichtung in 11C durch den Hydraulikkolben 33b gestoppt, der an das untere Ende des Hydraulikzylinders 33a anstößt.
-
In dem in 11C dargestellten Zustand, falls sich der Kolben 5 in dem Zylinder der Brennkraftmaschine 1 hin und her bewegt und eine aufwärts gerichtete Trägheitskraft auf den Kolbenbolzen 21 wirkt, versucht der Hydraulikkolben 33b, nach oben zu verfahren. Aufgrund des Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 wird jedoch das Strömen von Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 zum Hydraulikzylinder 33a unterbunden, somit wird kein Hydrauliköl an den Hydraulikzylinder 33a geführt. Aus diesem Grund wird in dem Hydraulikzylinder 33a ein Unterdruck erzeugt. Infolge dieses Unterdrucks wird die Position des Hydraulikkolbens 33b und damit die Drehposition des Exzenterglieds 32 gehalten.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist das Exzenterglied 32 zudem so ausgelegt, dass die Achslinie der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d zur Drehachse des Exzenterglieds 32 in der ersten Richtung (Seite des ersten Arms 32b) versetzt ist. Darüber hinaus ist das Verbindungsglied 45 auf der Seite der ersten Richtung, bezogen auf die Achse des Pleuelstangenkörpers 31, mit dem Exzenterglied 32 verbunden. Aus diesem Grund wirkt die Explosionskraft aus der Verbrennung des Luft-Kraftstoff-Gemischs in eine Richtung, die das Verbindungsglied 45 und den Hydraulikkolben 33b verdichtet. Um die Drehposition des Exzenterglieds 32 entgegen der Explosionskraft in dem in 11A und 11B dargestellten Zustand zu halten, ist in diesem Fall eine Nutzung des an den Hydraulikzylinder 33a gelieferten Öldrucks möglich. Zum Halten der Drehposition des Exzenterglieds 32 entgegen einer Trägheitskraft, die weitaus kleiner ist als die Explosionskraft, in dem in 11C dargestellten Zustand kann hingegen ein Unterdruck kleiner als der Öldruck verwendet werden. In der den Einkolbenmechanismus 33 umfassenden längenvariablen Pleuelstange 6 ist es deshalb möglich, einen explosionskraft- oder trägheitskraftbedingten Fehlvorgang des Exzenterglieds 32 zu unterdrücken. Was das Material betrifft, das die Komponenten wie das Verbindungsglied 45 und den Hydraulikkolben 33b ausbildet, so ist dessen Druckfestigkeit zudem typischerweise höher als seine Zugfestigkeit. Aus diesem Grund ist es gemäß der vorliegenden Ausführungsform möglich, eine durch die Explosionskraft bewirkte Verformung des Verbindungsglieds 45 und Hydraulikkolbens 33b zu verhindern.
-
In der vorliegenden Ausführungsform wird zudem das aus dem Hydraulikzylinder 33a ausgetragene Hydrauliköl in der Speicherkammer 34 gespeichert, während das gespeicherte Hydrauliköl aus der Speicherkammer 34 zum Hydraulikzylinder 33a geführt wird. Mit anderen Worten strömt das Hydrauliköl zwischen dem Hydraulikzylinder 33a und der Speicherkammer 34 hin und her. Aus diesem Grund ist es nicht notwendig, Hydrauliköl aus der Öldruckversorgungsquelle 75 zum Hydraulikzylinder 33a zu führen, außer bei Nachfüllöl, das bei Hydrauliköl-Leckage der Öldichtung 33c usw. vom Nachfüll-Ölpfad 60 bereitgestellt wird. Dadurch ist eine Entlastung der Öldruckversorgungsquelle 75 möglich.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist die Speicherkammer 34 zudem an dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildet. Infolge dessen ist eine Verkürzung des Ölpfads zwischen dem Hydraulikzylinder 33a und der Speicherkammer 34 möglich, was es ermöglicht, die Drehgeschwindigkeit des Exzenterglieds 32 und damit wiederum die Schaltgeschwindigkeit des mechanischen Verdichtungsverhältnisses der Brennkraftmaschine 1 zu erhöhen. In der vorliegenden Ausführungsform sind darüber hinaus die Speicherkammer 34 und der Schubmechanismus 37 so ausgelegt, dass das maximale Speichervolumen der Speicherkammer 34 den Wert des Hubvolumens des Hydraulikkolbens 33b annimmt oder übersteigt. Aus all diesen Gründen kann das aus dem Hydraulikzylinder 33a ausgetragene Hydrauliköl in der Speicherkammer 34 gespeichert werden. Deshalb besteht keine Notwendigkeit, das in dem Hydraulikzylinder 33a befindliche Hydrauliköl aus dem Pleuelstangenkörper 31 hinauszuführen. Ferner sind die Speicherkammer 34 und der Schubmechanismus 37 vorzugsweise so ausgelegt, dass das maximale Speichervolumen der Speicherkammer 34 einen Wert gleich dem Hubvolumen des Hydraulikkolbens 33b annimmt. Dadurch ist es möglich, die Erhöhung des Volumens der Speicherkammer 34 und damit auch die Erhöhung des Gesamtgewichts der Pleuelstange 6 zu verhindern.
-
In der vorliegenden Ausführungsform ist zudem die Schubfeder 37b so ausgelegt, dass ihre Vorspannkraft wenigstens dem Öldruck entspricht, der durch zugeführtes Nachfüllöl aus dem Nachfüll-Ölpfad 60 auf den Schubbolzen 37a einwirkt, ungeachtet der Verfahrposition des Schubbolzens 37a. Zudem ist die Schubfeder 37b so ausgelegt, dass die Vorspannkraft wenigstens den Betrag der Trägheitskraft annimmt, die zusammen mit der Bewegung des Pleuelstangenkörpers 31 auf den Schubbolzen 37a einwirkt, ungeachtet der Verfahrposition des Schubbolzens 37a. Dadurch ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, einen durch den Öldruck des Nachfüllöls oder die Trägheitskraft bewirkten Fehlvorgang des Schubbolzens 37a zu unterdrücken.
-
Durch Nutzung des Öldrucks zur Steuerung der Stoppvorrichtung 36 ist es in der vorliegenden Ausführungsform außerdem möglich, die wirksame Länge der Pleuelstange 6 in den drei Stufen L1, L2 und L3 zu ändern und dadurch das mechanische Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 in drei Stufen zu ändern.
-
<Zweite Ausführungsform>
-
Nunmehr wird unter Verweis auf die 12 bis 17 eine längenvariable Pleuelstange 6' gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Ausgestaltung und Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6' gemäß der zweiten Ausführungsform haben grundsätzliche Ähnlichkeit mit der Ausgestaltung und Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6 gemäß der ersten Ausführungsform, mit Ausnahme der nachstehend erläuterten Punkte.
-
<Ausgestaltung der längenvariablen Pleuelstange>
-
12 ist eine perspektivische Ansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange 6' gemäß der zweiten Ausführungsform. 13 ist eine Querschnittsansicht zur Veranschaulichung einer längenvariablen Pleuelstange 6' gemäß der zweiten Ausführungsform. 14 ist eine Querschnittsseitenansicht der Pleuelstange 6' unter Vergrößerung eines Bereichs, in dem der Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 vorgesehen ist. 15A ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6' entlang der Linie C-C von 14. 15B ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6' entlang der Linie D-D von 14. 16 ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6' und Kurbelwelle entlang der Linie E-E von 13. 17 ist eine Querschnittsansicht der Pleuelstange 6' und Kurbelwelle entlang der Linie F-F von 13.
-
In der zweiten Ausführungsform umfasst die längenvariable Pleuelstange 6' einen Pleuelstangenkörper 31, ein an dem Pleuelstangenkörper 31 drehbar angebrachtes Exzenterglied 32, einen an dem Pleuelstangenkörper 31 vorgesehenen Kolbenmechanismus 33, eine Speicherkammer 34 und einen an einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle vorgesehenen Schubmechanismus 37, einen Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35, der eine Strömungsrichtung des Hydrauliköls zwischen dem Kolbenmechanismus 33 und der Speicherkammer 34 umschaltet, und eine Stoppvorrichtung 36, die eine Anschlagposition des Drehvorgangs des Exzenterglieds 32 in einer Richtung in zwei Stufen schaltet. Hierbei ist anzumerken, dass die längenvariable Pleuelstange 6' einen Einkolbenmechanismus 33 umfasst. Durch Bereitstellung der Speicherkammer 34 und des Schubmechanismus 37 außen an dem Pleuelstangenkörper 31, speziell Kurbelzapfen 22, ist es in der zweiten Ausführungsform möglich, die Belastung der Öldruckversorgungsquelle 75 zu reduzieren und gleichzeitig die Erhöhung des Gesamtgewichts der Pleuelstange 6' zu verhindern.
-
<Speicherkammer und Schubmechanismus>
-
Nachstehend werden unter Bezugnahme auf die 13 bis 17 die Speicherkammer 34 und der Schubmechanismus 37 erläutert. Die Speicherkammer 34 ist an dem Kurbelzapfen 22 ausgebildet und kann Hydrauliköl speichern. Die Speicherkammer 34 ist so ausgelegt, dass ihre Achslinie parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 verläuft. Zudem ist die Speicherkammer 34 an einem Endteil offen und an dem anderen Endteil geschlossen.
-
Der Schubmechanismus 37 ist innen in der Speicherkammer 34 angeordnet und drückt das in der Speicherkammer 34 gespeicherte Hydrauliköl hin zum Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35. Der Schubmechanismus 37 weist einen Schubbolzen 37a, eine Schubfeder 37b, die Hydrauliköl über den Schubbolzen 37a drückt, und ein Federhalterungsglied 37c, das die Schubfeder 37b haltert, auf. Der Schubbolzen 37a hat eine zylindrische Form und gleitet in der Speicherkammer 34. Die Gleitrichtung ist parallel zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Die Schubfeder 37b ist beispielsweise eine Schraubenfeder und so ausgelegt, dass sie den Schubbolzen 37a unabhängig von der Gleitposition des Schubbolzens 37a hin zum Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 drückt. Das Federhalterungsglied 37c ist beispielsweise ein C-Ring, E-Ring oder anderer Sicherungsring und ist in einer in der Speicherkammer 34 ausgebildeten umlaufenden Nut angeordnet.
-
Wie nachstehend erläutert, steht die Speicherkammer 34 über den an dem Pleuelstangenkörper 31 ausgebildeten ersten speicherkammerverbindenden Ölpfad 56' und den an dem Kurbelzapfen 22 ausgebildeten zweiten speicherkammerverbindenden Ölpfad 23 mit dem Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 in Verbindung. Wie in 15A dargestellt, steht der erste speicherkammerverbindende Ölpfad 56' mit dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 in der Nähe der Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 in Dickenrichtung in Verbindung. Zudem ist der erste speicherkammerverbindende Ölpfad 56' so angeordnet, dass der Abstand zwischen dem dritten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 53 und dem ersten speicherkammerverbindenden Ölpfad 56' in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung und der Abstand zwischen dem vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 und dem ersten speicherkammerverbindenden Ölpfad 56' in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung gleich groß wie der Abstand zwischen den umlaufenden Nuten 62a, 62b des zweiten Schaltbolzens 62 in Pleuelstangenkörper-Dickenrichtung sind. Infolge der Gleitbewegung des zweiten Schaltbolzens 62 in dem zweiten Bolzenaufnahmeraum 65 wird deshalb der Ölpfad, mit dem der erste speicherkammerverbindende Ölpfad 56' in Verbindung steht, zwischen dem dritten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 53 und dem vierten aufnahmeraumverbindenden Ölpfad 54 umgeschaltet. Hierbei ist davon auszugehen, dass der speicherkammerverbindende Ölpfad 56' durch Bohrschneiden usw. ausgehend von der Kurbelaufnahmeöffnung 41 ausgebildet wird.
-
Wie aus 14, 15A und 16 ersichtlich wird, steht der zweite Bolzenaufnahmeraum 65 mit der an der Innenflächenseite des Lagermetalls 80 in Umfangsrichtung vorgesehenen Nut 80b über den ersten speicherkammerverbindenden Ölpfad 56' in Verbindung. Die Umfangsrichtungsnut 80b ist über den gesamten Umfang des Lagermetalls 80 hinweg ausgebildet. Wie in 17 dargestellt, steht die Umfangsrichtungsnut 80b mit dem an dem Kurbelzapfen 22 ausgebildeten zweiten speicherkammerverbindenden Ölpfad 23 in Verbindung, während der zweite speicherkammerverbindende Ölpfad 23 mit der Speicherkammer 34 in Verbindung steht. Dadurch steht die Speicherkammer 34 über den ersten speicherkammerverbindenden Ölpfad 56' und den zweiten speicherkammerverbindenden Ölpfad 23 mit dem Strömungsrichtungsumschaltmechanismus 35 in Verbindung.
-
Die Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6' in der zweiten Ausführungsform ähnelt der Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange 6 in der in den 8 bis 10 dargestellten ersten Ausführungsform, mit der Ausnahme, dass an Stelle des speicherkammerverbindenden Ölpfads 56 der erste speicherkammerverbindende Ölpfad 56' und der zweite speicherkammerverbindende Ölpfad 23 verwendet werden.
-
Oben wurden bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt und kann innerhalb des Wortsinns der Ansprüche auf verschiedene Weise modifiziert und verändert werden. Beispielsweise muss die längenvariable Pleuelstange 6, 6' nicht die Stoppvorrichtung 36 umfassen. In diesem Fall werden die wirksamen Längen der längenvariablen Pleuelstange 6, 6' und damit das mechanische Verdichtungsverhältnis der Brennkraftmaschine 1 in zwei Stufen verändert.
-
In der vorliegenden Beschreibung ist zu beachten, dass eine Aufwärtsbewegung des Kolbens 33b eine Bewegung des Hydraulikkolbens 33b mit Annäherung an den kleindurchmessrigen Endteil 31b des Pleuelstangenkörpers 31 bedeutet, während eine Abwärtsbewegung des Hydraulikkolbens 33b eine Bewegung des Hydraulikkolbens 33b weg vom kleindurchmessrigen Endteil 31b bedeutet.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1.
- Brennkraftmaschine (Verbrennungsmotor)
- 6,
- 6'. Pleuelstange
- 21.
- Kolbenbolzen
- 22.
- Kurbelzapfen
- 31.
- Pleuelstangenkörper
- 32.
- Exzenterglied
- 33.
- Kolbenmechanismus
- 33 a.
- Hydraulikzylinder
- 33b.
- Hydraulikkolben
- 34.
- Speicherkammer
- 35.
- Strömungsrichtungsumschaltmechanismus
- 37.
- Schubmechanismus
- 37a.
- Schubbolzen
- 37b.
- Schubfeder
- 61.
- erster Schaltbolzen
- 62.
- zweiter Schaltbolzen
- 63.
- Rückschlagventil
