DE102017108503A1

DE102017108503A1 - Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung

Info

Publication number: DE102017108503A1
Application number: DE102017108503.3A
Authority: DE
Inventors: Yoshiro Kamo
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2016-05-12
Filing date: 2017-04-21
Publication date: 2017-11-16
Anticipated expiration: 2037-04-22
Also published as: DE102017108503B4; JP2017203429A; US20170328276A1; US10036313B2; JP6424863B2

Abstract

Ein Verbrennungsmotor 1 mit variabler Verdichtung weist eine Kurbelwelle 17 und eine Pleuelstange 6 auf. Die Pleuelstange weist auf: einen Pleuelstangenkörper 31, einen ersten Hydraulikzylinder 33a, einen ersten Hydraulikkolben 33b, einen zweiten Hydraulikzylinder 34a, einen zweiten Hydraulikkolben 34b, ein Kupplungselement 36, einen Hydraulikölweg 50 und einen Schieber 80 zwischen einer ersten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder zum ersten Hydraulikzylinder zugelassen ist, und einer zweiten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder zum zweiten Hydraulikzylinder zugelassen ist. Der Verbrennungsmotor mit variabler Verbrennung weist ferner ein Vorspannelement 61 auf, das innerhalb des Kurbelzapfens 17a angeordnet ist und das den Schieber so vorspannt, dass eine Position des Schiebers selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.

Description

Gebiet der Technik
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung, der eine mechanische Verdichtung ändern kann.
Technischer Hintergrund
Bereits bekannt ist ein Verbrennungsmotor, der mit einem verdichtungsvariierenden Mechanismus ausgestattet ist, der eine mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor ändern kann. Als solch ein verdichtungsvariierender Mechanismus wurden verschiedene Mechanismen vorgeschlagen. Von diesen kann einer genannt werden, der die effektive Länge einer im Verbrennungsmotor verwendeten Pleuelstange ändern kann (beispielsweise PLTs 1 bis 3). In diesem Zusammenhang bedeutet „effektive Länge einer Pleuelstange” die Länge zwischen einer Mitte einer Kurbelaufnahmeöffnung, die einen Kurbelzapfen aufnimmt, und einer Mitte einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung, die einen Kolbenbolzen aufnimmt. Wenn die effektive Länge einer Pleuelstange größer wird, wird ein Volumen einer Brennkammer, wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs steht, kleiner, und daher wird die mechanische Verdichtung größer. Wenn dagegen die effektive Länge einer Pleuelstange kleiner wird, wird das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben am oberen Totpunkt des Verdichtungshubs steht, größer, und daher wird die mechanische Verdichtung geringer.
Wie in PLTs 1 bis 3 beschrieben ist, ist als längenvariable Pleuelstange, deren effektive Länge geändert werden kann, eine Pleuelstange bekannt, die einen Kolbenmechanismus, der innerhalb einer Pleuelstange vorgesehen ist, durch Hydrauliköl bewegt, um die effektive Länge zu ändern. Bei einer solchen längenvariablen Pleuelstange ist es für die Steuerung der Position des Kolbenmechanismus und damit der effektiven Länge der Pleuelstange nötig, den Strom des zum Kolbenmechanismus gelieferten Hydrauliköls zu steuern.
PLT 1 beschreibt das Bewegen der Position eines Schiebers, der in einem innerhalb eines Pleuelstangenkörpers ausgebildeten Hydraulikölweg angeordnet ist, um die Strömungsrichtung des Hydrauliköls zu verstellen. Die Position des Schiebers wird verstellt, wenn er, während sich die Kurbelwelle dreht, an einer Nockenscheibe anstößt, die innerhalb einer Ölwanne angeordnet ist. Die Position der Nockenscheibe wird von einem elektrisch angetriebenen Motor gesteuert, der innerhalb der Ölwanne angeordnet ist. Durch Steuern der Position der Nockenscheibe wird die Position des Schiebers verstellt und die effektive Länge der Pleuelstange wird geändert.
Liste der Entgegenhaltungen
Patentdokumente

PLT 1: WO2014/019684A
PLT 2: WO2015/082722A
PLT 3: Japanische Patentveröffentlichung Nr. 2015-527518A

Kurzfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wenn zusätzliche Teile wie eine Nockenscheibe und ein elektrisch angetriebener Motor innerhalb einer Ölwanne angeordnet werden, wird jedoch das Gehäuse des Verbrennungsmotors größer. Es wird schwierig, eine solche längenvariable Pleuelstange an einem bereits vorhandenen Verbrennungsmotor zu montieren.
Daher ist angesichts des oben genannten Problems ein Ziel der vorliegenden Erfindung die Schaffung eines Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung, der in der Lage ist, eine Vergrößerung des Verbrennungsmotorgehäuses zu vermeiden, während die effektive Länge der Pleuelstange geändert wird.
Lösung des Problems
Um das oben genannte Problem zu lösen, wird in einem ersten Aspekt ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung angegeben, der aufweist: eine Kurbelwelle und eine mit der Kurbelwelle verbundene Pleuelstange, wobei die Pleuelstange einen Pleuelstangenkörper aufweist, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, in der ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle aufgenommen wird, einen ersten, am Pleuelstangenkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder, zu dem Hydrauliköl geliefert wird, einen ersten Hydraulikkolben, der innerhalb des ersten Hydraulikzylinders gleitet, einen zweiten, am Pleuelstangenkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder, zu dem Hydrauliköl geliefert wird, einen zweiten Hydraulikkolben, der innerhalb des zweiten Hydraulikzylinders gleitet, ein Kupplungselement, das mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, und das sich gekoppelt mit dem ersten Hydraulikkolben und dem zweiten Hydraulikkolben bewegt, um eine Länge zwischen einem Mittelpunkt der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung und einem Mittelpunkt der Kurbelaufnahmeöffnung zu ändern, einen innerhalb des Pleuelstangenkörpers ausgebildeten Hydraulikölweg, der mit dem ersten Hydraulikzylinder und dem zweiten Hydraulikzylinder in Verbindung steht, und einen innerhalb des Hydraulikölwegs angeordneten Schieber, der sich bewegt zwischen einer ersten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder zum zweiten Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg nicht zugelassen ist und eine Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder zum ersten Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg zugelassen ist, und einer zweiten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder zum zweiten Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg zugelassen ist und eine Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder zum ersten Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg nicht zugelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung ferner ein innerhalb des Kurbelzapfens angeordnetes Vorspannelement aufweist, das den Schieber so vorspannt, dass eine Position des Schiebers selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.
Um das oben genannte Problem zu lösen, wird in einem zweiten Aspekt ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung angegeben, der aufweist: eine Kurbelwelle und eine mit der Kurbelwelle verbundene Pleuelstange, wobei die Pleuelstange einen Pleuelstangenkörper aufweist, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, in der ein Kurbelzapfen der Kurbelwelle aufgenommen wird, einen am Pleuelstangenkörper ausgebildeten Hydraulikzylinder, zu dem Hydrauliköl geliefert wird, einen Hydraulikkolben, der innerhalb des Hydraulikzylinders gleitet, ein Kupplungselement, das mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung versehen ist, die einen Kolbenbolzen aufnimmt, und das sich gekoppelt mit dem Hydraulikkolben bewegt, um eine Länge zwischen einem Mittelpunkt der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung und einem Mittelpunkt der Kurbelaufnahmeöffnung zu ändern, einen innerhalb des Pleuelstangenkörpers ausgebildeten Hydraulikölweg, der mit dem Hydraulikzylinder in Verbindung steht, und einen innerhalb des Hydraulikölwegs angeordneten Schieber, der sich bewegt zwischen einer ersten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg zum Hydraulikzylinder zugelassen ist und eine Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg nicht zugelassen ist, und einer zweiten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg zum Hydraulikzylinder nicht zugelassen ist und eine Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder durch den Hydraulikölweg zugelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung ferner ein innerhalb des Kurbelzapfens angeordnetes Vorspannelement aufweist, das den Schieber so vorspannt, dass eine Position des Schiebers selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.
In einem dritten Aspekt gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt weist der Motor ferner eine Vorspannfeder auf, die das Vorspannelement vorspannt, und das Vorspannelement wird durch einen Öldruck, der zum Vorspannelement geliefert wird, verstellt, um zu bewirken, dass sich die Vorspannfeder zusammenzieht, und die Vorspannkraft der Vorspannfeder wird zwischen einer ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und einer zweiten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber in die zweite Betätigungsposition verstellt wird, verstellt.
In einem vierten Aspekt gemäß dem ersten oder dem zweiten Aspekt wird das Vorspannelement durch einen Öldruck, der zu einem Endabschnitt des Vorspannelements geliefert wird, und einem Öldruck, der zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements geliefert wird, zwischen einer ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und einer zweiten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber in die zweite Betätigungsposition verstellt wird, verstellt.
In einem fünften Aspekt gemäß irgendeinem der Aspekte eins bis vier bewegt sich der Schieber parallel zu einer Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung, wenn er sich zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition bewegt.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung angegeben, der in der Lage ist, eine Vergrößerung des Motorgehäuses zu vermeiden, während die effektive Länge der Pleuelstange geändert wird.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
3 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
4 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung eines Endabschnitts eines Pleuelstangenkörpers, der einen kleinen Durchmesser aufweist.
5 ist eine schematische Teil-Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle, gesehen aus einer Richtung A-A von 3.
6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle, gesehen aus einer Richtung B-B von 5.
7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kurbelzapfens, gesehen aus einer Richtung C-C von 5.
8 ist eine Ansicht ähnlich 5, wenn das Vorspannelement in eine zweite Vorspannungsposition gebracht ist und ein Schieber in eine zweite Betätigungsposition gebracht ist.
9 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kurbelzapfens, gesehen aus einer Richtung D-D von 8.
10 ist eine Ansicht, die schematisch einen Hydraulikölweg in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
11 ist eine Ansicht, die schematisch einen Hydraulikölweg in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
12A ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
12B ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der ersten Ausführungsform zeigt.
13 ist eine schematische Teil-Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange und einer Kurbelwelle, gesehen aus einer Richtung A-A von 3.
14 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
15 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
16 ist eine Ansicht, die schematisch einen Hydraulikölweg in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
17 ist eine Ansicht, die schematisch einen Hydraulikölweg in der dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
18A ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
18B ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange gemäß der dritten Ausführungsform zeigt.
Beschreibung von Ausführungsformen
Nachstehend wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ausführlich erläutert. Man beachte, dass in der folgenden Erläuterung ähnlichen Komponenten gleiche Bezugszeichnen zugeordnet sind.
<Erste Ausführungsform>
Zunächst wird unter Bezugnahme auf 1–12 ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert.
<Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung>
1 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß einer ersten Ausführungsform. 1 zeigt bei 1 einen Verbrennungsmotor. Der Verbrennungsmotor 1 weist auf: ein Kurbe1wellengehäuse 2, einen Zylinderblock 3, einen Zylinderkopf 4, Kolben 5, längenvariable Pleuelstangen 6, Brennkammern 7, in den mittleren Abschnitten der Oberseiten der Brennkammern 7 angeordnete Zündkerzen 8, Ansaugventile 9, eine Ansaugnockenwelle 10, Ansaugöffnungen 11, Auslassventile 12, eine Auslassnockenwelle 13, Auslassöffnungen 14, eine Ölwanne 16 und eine Kurbelwelle 17. Im Zylinderblock 3 sind Zylinder 15 ausgebildet. Die Kolben 5 bewegen sich innerhalb der Zylinder 15 auf und ab.
Die längenvariable Pleuelstange 6 ist an einem Endabschnitt, der einen kleinen Durchmesser aufweist, durch einen Kolbenbolzen 21 mit dem Kolben 5 verbunden und ist an einem Endabschnitt, der einen großen Durchmesser aufweist, mit einem Kurbelzapfen 17a der Kurbelwelle 17 verbunden. Die längenvariable Pleuelstange 6 kann die Länge von der Achse des Kolbenbolzens 21 zur Achse des Kurbelzapfens 17a, das heißt die effektive Länge ändern, wie weiter unten erläutert wird.
Wenn die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 größer wird, wird die Länge vom Kurbelzapfen 17a zum Kolbenbolzen 21 größer, und daher wird das Volumen der Brennkammer 7, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt steht, kleiner, wie von der durchgezogenen Linie in der Figur dargestellt ist. Aber obwohl sich die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 ändert, ändert sich andererseits die Hublänge des Kolbens 5, der sich im Zylinder auf und ab bewegt, nicht. Daher wird zu dieser Zeit die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor 1 höher.
Wenn die effektive Länge der längenvariablen Pleuelstange 6 dagegen kleiner wird, wird die Länge vom Kurbelzapfen 17a zum Kolbenbolzen 21 kleiner, und daher wird das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben 5 am oberen Totpunkt steht, größer, wie von der gestrichelten Linie in der Figur dargestellt ist. Wie oben erläutert, ist jedoch die Hublänge des Kolbens 5 konstant. Daher wird zu dieser Zeit die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor 1 niedriger.
<Gestaltung der längenvariablen Pleuelstange>
2 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt, wohingegen 3 eine seitliche Querschnittsdarstellung ist, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6 gemäß einer ersten Ausführungsform zeigt. Wie in 2 und 3 dargestellt ist, weist die längenvariable Pleuelstange 6 auf: einen Pleuelstangenkörper 31, ein exzentrisches Element 32, das verschwenkbar am Pleuelstangenkörper 31 befestigt ist, einen ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 und einen zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34, die am Pleuelstangenkörper 31 vorgesehen sind, ein erstes Verbindungselement 45, welches das exzentrische Element 32 und den ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 miteinander verbindet, und ein zweites Verbindungselement 46, welches das exzentrische Element 32 und den zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 miteinander verbindet.
<Pleuelstangenkörper>
Zunächst wird der Pleuelstangenkörper 31 erläutert. Der Pleuelstangenkörper 31 weist auf: einen Endabschnitt 31a mit großem Durchmesser, der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung 41 versehen ist, die einen Kurbelzapfen 17a der Kurbelwelle aufnimmt, einen Endabschnitt 31b mit kleinem Durchmesser, der mit einer Hülsenaufnahmeöffnung 42 versehen ist, die eine später erläuterte Hülse 32a des exzentrischen Elements 32 aufnimmt, und einen Stangenabschnitt 31c, der sich zwischen dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser erstreckt. Der Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser wird von einem Abdeckungsabschnitt 31d des Pleuelstangenkörpers 31 gebildet, der mit dem Stangenabschnitt 31c verbolzt ist. Der Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist auf der Seite angeordnet, wo der Kolben 5 liegt, und ist auf der Seite positioniert, die dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser entgegengesetzt ist. Man beachte, dass die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 größer ist als die Hülsenaufnahmeöffnung 42, so dass der Endabschnitt des Pleuelstangenkörpers 31 auf der Seite, wo die Kurbelzapfenaufnahmeöffnung 41 vorgesehen ist, als „Endabschnitt 31a mit großem Durchmesser” bezeichnet wird, während der Endabschnitt des Pleuelstangenkörpers 31 auf der Seite, wo die Hülsenaufnahmeöffnung 42 vorgesehen ist, als „Endabschnitt 31b mit kleinem Durchmesser” bezeichnet wird.
Ferner wird in der vorliegenden Beschreibung die Linie X, die zwischen der Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41 (das heißt der Achse des Kurbelzapfens 17a, der in der Kurbelaufnahmeöffnung 41 aufgenommen ist) und der Mittelachse der ersten Hülsenaufnahmeöffnung 42 (das heißt der Achse der Hülse 32a, die in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 aufgenommen ist) (3) verläuft, das heißt die Linie, die durch die Mitte des Pleuelstangenkörpers 31 verläuft, als „Achse X der Pleuelstange 6 und des Pleuelstangenkörpers 31” bezeichnet.
Ferner wird die Länge der Pleuelstange 6 in einer Richtung, die vertikal ist zur Achse X der Pleuelstange 6 und die vertikal ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41, als „Breite der Pleuelstange 6” bezeichnet. Ferner wird die Länge der Pleuelstange 6 in einer Richtung, die parallel ist zur Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 41, als „Dicke der Pleuelstange 6” bezeichnet. Wie aus 2 und 3 hervorgeht, ist die Breite des Pleuelstangenkörpers 31 am Stangenabschnitt 31c zwischen dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser und dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser am kleinsten, wenn man die Region, wo die Hydraulikkolbenmechanismen 33 und 34 vorgesehen sind, außer Acht lässt. Ferner ist die Breite des Endabschnitts 31a mit dem großen Durchmesser größer als die Breite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser. Dagegen ist die Dicke des Pleuelstangenkörpers 31 als im Wesentlichen konstante Dicke gestaltet, wenn man die Region außer Acht lässt, wo die Hydraulikkolbenmechanismen 33 und 34 vorgesehen sind.
<Exzentrisches Element>
Nun wird das exzentrische Element 32 erläutert. 4 ist eine schematische perspektivische Zerlegungsdarstellung der Umgebung des Endabschnitts 31b des Pleuelstangenkörpers 31, der einen kleinen Durchmesser aufweist. In 4 ist das exzentrische Element 32 im zerlegten Zustand dargestellt. Wie in 2 bis 4 gezeigt ist, ist das exzentrische Element 32 versehen mit einer zylindrischen Hülse 32a, die in der im Pleuelstangenkörper 31 ausgebildeten Hülsenaufnahmeöffnung 42 aufgenommen wird; zwei ersten Armen 32b, die von der Hülse 32a in einer in der Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 ausgehen; und zwei zweiten Armen 32c, die in der anderen Richtung in der Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 (der Richtung, die der genannten einen Richtung im Wesentlichen entgegengesetzt ist) von der Hülse 32a ausgehen. Die Hülse 32a kann sich innerhalb der Hülsenaufnahmeöffnung 42 drehen. Aus diesem Grund ist das exzentrische Element 32 an dem Endabschnitt 31b der Pleuelstange 31, der den kleinen Durchmesser aufweist, so angebracht, dass es sich in Bezug auf den Pleuelstangenkörper 31 in der Umfangsrichtung des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser drehen kann. Die Rotationsachse des exzentrischen Elements 32 entspricht der Mittelachsenlinie der Hülsenaufnahmeöffnung 42.
Ferner ist an der Hülse 32a des exzentrischen Elements 32 die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d vorgesehen, die den Kolbenbolzen 21 aufnimmt. Diese Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Die zylindrisch geformte Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d ist so ausgebildet, dass ihre Achsenlinie parallel zur Mittelachsenlinie der zylindrischen Außenform der Hülse 32a, aber nicht koaxial ist. Daher ist die Achsenlinie der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d von der Mittelachsenlinie der zylindrischen Außenform der Hülse 32a, d. h. der Rotationsachsenlinie des exzentrischen Elements 32 versetzt.
Auf diese Weise ist in der vorliegenden Ausführungsform die Mittelachsenlinie der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d von der Rotationsachsenlinie des exzentrischen Elements 32 versetzt. Aus diesem Grund ändert sich die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d innerhalb der Hülsenaufnahmeöffnung 42, wenn sich das exzentrische Element 32 dreht. Wenn die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 auf der Seite des Endabschnitts 31a mit dem großen Durchmesser liegt, wird die effektive Länge der Pleuelstange kleiner. Wenn die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d in der Hülsenaufnahmeöffnung 42 dagegen auf der Seite liegt, die dem Endabschnitt 31a mit dem großen Durchmesser entgegengesetzt ist, das heißt auf der Seite des Endabschnitts 31b mit dem kleinen Durchmesser, wird die effektive Länge der Pleuelstange größer. Daher wird gemäß dieser Ausführungsform die effektive Länge der Pleuelstange 6 dadurch geändert, dass eine Drehung des exzentrischen Elements 32 bewirkt wird. Das heißt, das exzentrische Element 32 ist so an dem Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers 31, der den kleinen Durchmesser aufweist, angebracht, dass es in der Lage ist sich zu drehen, um die effektive Länge der Pleuelstange 6 zu ändern.
<Hydraulikkolbenmechanismus>
Nun wird unter Bezugnahme auf 3 der erste Hydraulikkolbenmechnismus 33 erläutert. Der erste Hydraulikkolbenmechanismus 33 weist auf: einen ersten Hydraulikzylinder 33a, der am Stangenabschnitt 31c des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist, einen ersten Hydraulikkolben 33b, der innerhalb des ersten Hydraulikzylinders 33a gleitet, und eine erste Öldichtung 33c, die das Hydrauliköl einschließt, das in das Innere des ersten Hydraulikzylinders 33a geliefert wird. Der erste Hydraulikzylinder 33a ist in Bezug auf die Achse X der Pleuelstange 6 fast ganz oder aber ganz auf der Seite des ersten Armes 32b angeordnet. Ferner erstreckt sich der erste Hydraulikzylinder 33a bis zu einem gewissen Grad schräg angewinkelt in Bezug auf die X-Achse, so dass er in der Breitenrichtung umso weiter vom Pleuelstangenkörper 31 nach außen vorsteht, je näher er dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist.
Der erste Hydraulikkolben 33b ist durch das erste Verbindungselement 45 mit dem ersten Arm 32b des exzentrischen Elements 32 verbunden. Der erste Hydraulikkolben 33b ist durch einen Zapfen so mit dem ersten Verbindungselement 45 verbunden, dass er in der Lage ist sich zu drehen. Wie in 4 gezeigt ist, sind die ersten Arme 32b des exzentrischen Elements 32 an dem Endabschnitt auf der Seite, die der mit der Hülse 32a verbundenen Seite entgegengesetzt ist, durch einen Stift so mit dem ersten Verbindungselement 45 verbunden, dass sie in der Lage sind, sich zu drehen. Daher bewegt sich der erste Hydraulikkolben 33b gekoppelt mit dem exzentrischen Element 32. Die erste Öldichtung 33c weist eine Ringform auf und ist am Umfang des unteren Endabschnitts des ersten Hydraulikkolbens 33b angebracht.
Nun wird der zweite Hydraulikkolbenmechanismus 34 erläutert. Der zweite Hydraulikkolbenmechanismus 34 weist auf: einen zweiten Hydraulikzylinder 34a, der an einem Stangenabschnitt 31c des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist, einen zweiten Hydraulikkolben 34b, der innerhalb des zweiten Hydraulikzylinders 34a gleitet, und eine zweite Öldichtung 34c, die das Hydrauliköl einschließt, das in das Innere des zweiten Hydraulikzylinders 34a geliefert wird. Der zweite Hydraulikzylinder 34a ist in Bezug auf die Achsenlinie X der Pleuelstange 6 fast ganz oder aber ganz auf der Seite des zweitens Armes 32c angeordnet. Ferner erstreckt sich der zweite Hydraulikzylinder 34a in exakt einem bestimmten Grad schräg angewinkelt in Bezug auf die X-Achsenlinie, so dass er in der Breitenrichtung des Pleuelstangenkörpers 31 umso weiter nach außen vorsteht, je näher er dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist.
Der zweite Hydraulikkolben 34b ist durch das zweite Verbindungselement 46 mit den zweiten Armen 32c des exzentrischen Elements 32 verbunden. Der zweite Hydraulikkolben 34b ist durch einen Stift so mit dem zweiten Verbindungselement 46 verbunden, dass er in der Lage ist sich zu drehen. Wie in 4 gezeigt ist, sind die zweiten Arme 32c an dem Endabschnitt auf der Seite, die der mit der Hülse 32a verbundenen Seite entgegengesetzt ist, durch einen Stift so mit dem zweiten Verbindungselement 46 verbunden, dass sie in der Lage sind, sich zu drehen. Daher bewegt sich der zweite Hydraulikkolben 34b gekoppelt mit dem exzentrischen Element 32. Die zweite Öldichtung 34c weist eine Ringform auf und ist am Umfang des unteren Endabschnitts des zweiten Hydraulikkolbens 34b befestigt.
<Strömungsrichtungsverstellmechanismus>
Die längenvariable Pleuelstange 6 ist ferner mit einem Strömungsrichtungsverstellmechanismus versehen, der den Strom des Hydrauliköls zum ersten Hydraulikkolbenmechanismus 33 und zum zweiten Hydraulikkolbenmechanismus 34 verstellt. Der Strömungsrichtungsverstellmechanismus ist versehen mit einem Hydraulikölweg 50, durch den ein Hydrauliköl strömt, mit Rückschlagventilen 71, 72 und einem Schieber 80, die den Strom des Hydrauliköls steuern, und mit einem Vorspannelement 61, das die Position des Schiebers 80 verstellt. Wie in 3 gezeigt ist, ist der Hydraulikölweg 50 innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet und steht in Verbindung mit dem ersten Hydraulikzylinder 33a und dem zweiten Hydraulikzylinder 34a.
Die zwei Rückschlagventile 71, 72 und der einzelne Schieber 80 sind im Hydraulikölweg 50 angeordnet, der innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist. Genauer sind die zwei Rückschlagventile 71, 72 und der Schieber 80 in Richtung der Achsenlinie X der Pleuelstange 6 zwischen der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und dem ersten Hydraulikzylinder 33a und dem zweiten Hydraulikzylinder 34a angeordnet. Ferner sind die beiden Rückschlagventile 71, 72 in Bezug auf den Schieber 80 in Richtung der Achsenlinie X der Pleuelstange 6 auf der Seite der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d angeordnet. Ferner sind die Rückschlagventile 71, 72 auf beiden Seiten der Achsenlinie X der Pleuelstange 6 angeordnet, während der Schieber 80 auf der Achsenlinie X der Pleuelstange 6 angeordnet ist. Man beachte, dass das Layout des Schiebers 80 und der Rückschlagventile 71, 72 von dem in 3 gezeigten Layout verschieden sein kann, solange der Schieber 80 im Hydraulikölweg 50 zwischen den beiden Rückschlagventilen 71, 72 angeordnet ist.
5 ist eine schematische Teil-Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange 6 und einer Kurbelwelle 17, gesehen aus der Richtung A-A von 3. 6 ist eine schematische Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange 6 und einer Kurbelwelle 17, gesehen aus der Richtung B-B von 5. 7 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kurbelzapfens 17a, gesehen aus einer Richtung C-C von 5. Man beachte, dass in 3 die Kurbelwelle 17 weggelassen ist. Ferner ist in 6 der untere Endabschnitt des Pleuelstangenkörpers 31 einschließlich des Abdeckungsabschnitts 31d weggelassen. Die Kurbelwelle 17 weist einen Kurbelzapfen 17a, ein Kurbeldrehlager 17b, einen Kurbelarm 17c und ein Gegengewicht 17d auf.
Wie in 5 gezeigt ist, wird der Schieber 80 in einem Schieberhalteraum 47 gehalten, der innerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist. Der Schieberhalteraum 47 ist so ausgebildet, dass er eine Achsenlinie aufweist, die parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41 verläuft. Der Schieber 80 wird von einem Endabschnitt des Schieberhalteraums 47 aus eingeführt. Dieser Endabschnitt wird nach der Einführung des Schiebers 80 durch ein erstes Dichtungselement 81 verschlossen.
Der Schieber 80 weist einen säulenförmigen Säulenabschnitt 80a und einen vorstehenden Abschnitt 80b auf, der vom Säulenabschnitt 80a vorsteht. Der vorstehende Abschnitt 80b steht in einer Richtung vor, die vertikal ist zur Achsenlinienrichtung des Säulenabschnitts 80a. Der vorstehende Abschnitt 80b ist in einer Schiebenut 48 des Schieberhalteraums 47 angeordnet und gleitet innerhalb einer Schiebenut 48, die parallel ist zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Der vorstehende Abschnitt 80b des Schiebers 80 wird durch das Vorspannelement 61 vorgespannt, wenn sich die Kurbelwelle 17 dreht, und dadurch bewegt sich der Schieber 80 parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Wie in 5 bis 7 gezeigt ist, ist am Kurbelzapfen 17a der Kurbelwelle 17 in Umfangsrichtung eine Nut 171 ausgebildet, die sich in der Umfangsrichtung erstreckt, so dass der vorstehende Abschnitt 80b nicht am Kurbelzapfen 17a anschlägt, wenn sich die Kurbelwelle 17 dreht.
Das Vorspannelement 61 ist innerhalb des Kurbelzapfens 17a der Kurbelwelle 17 angeordnet. Genauer wird das Vorspannelement 61 in einem Vorspannelementhalteraum 62 gehalten, der innerhalb des Kurbelzapfens 17a ausgebildet ist. Ferner hält der Vorspannelementhalteraum 62 auch eine Vorspannfeder 63, die das Vorspannelement 61 vorspannt. Die Vorspannfeder 63 ist beispielsweise eine Spiralfeder und spannt das Vorspannelement 61 in einer Richtung vor, die parallel ist zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41.
Der Vorspannelementhalteraum 62 weist eine zylindrische Form auf und ist so ausgebildet, dass sich seine Achsenlinien parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41 erstreckt. Das Vorspannelement 61 und die Vorspannfeder 63 werden von einem Endabschnitt des Vorspannelementhalteraums 62 aus eingeführt. Dieser Endabschnitt wird nach der Einführung des Vorspannelements 61 und der Vorspannfeder 63 durch ein zweites Dichtungselement 64 verschlossen.
Das Vorspannelement 61 weist eine Säulenform auf. Am Vorspannelement 61 ist eine Verstellnut 61a ausgebildet. Die Verstellnut 61a verläuft in einer Richtung, die vertikal ist zur Achsenlinienrichtung des Vorspannelements 61. Wie in 7 gezeigt ist, weist die Verstellnut 61a eine konisch geformte erste Schrägwand 61b und zweite Schrägwand 61c auf. Die Breite der Verstellnut 61a wird verringert, wenn sich die Kurbelwelle 17 in der Richtung dreht, in welcher der vorstehende Abschnitt 80b des Schiebers 80 durch die Verstellnut 61a hindurchgeht (in Richtung des Pfeiles in 7).
Innerhalb der Kurbelwelle 17, genauer innerhalb des Kurbeldrehlagers 17c und der Kurbezapfen 17b der Kurbelwelle 17, ist ein Öldruckzuführweg 18 für die Zuführung von Öldruck zum Vorspannelement 61 ausgebildet. Der Öldruckzuführweg 18 steht an dem Endabschnitt auf der Seite, die dem Endabschnitt entgegengesetzt ist, an dem die Vorspannfeder 63 angeordnet ist, mit dem Vorspannelementhalteraum 62 in Verbindung. Der Öldruckzuführweg 18 wird mit Öl von einer (nicht gezeigten) Öldruckzufuhrquelle außerhalb der Kurbelwelle 17 beliefert. Der Öldruck, der auf dem Öldruckzuführweg 18 zum Vorspannelement 61 geliefert wird, bewirkt, dass sich die Vorspannfeder 63 zusammenzieht.
Die Höhe des Öldrucks, der auf dem Öldruckzuführweg 18 zum Vorspannelement 61 geliefert wird, wird von einem (nicht gezeigten) Öldrucksteuerventil gesteuert, das zwischen der Öldruckzufuhrquelle und dem Öldruckzuführweg 18 angeordnet ist. Das Vorspannelement 61 wird durch den Öldruck, der zum Vorspannelement 61 geliefert wird, zwischen einer ersten Vorspannungsposition und einer zweiten Vorspannungsposition verstellt, um zu bewirken, dass sich die Vorspannfeder 63 zusammenzieht, und die Vorspannkraft der Vorspannfeder 63 zu bewirken. Das Vorspannelement 61 verstellt den Schieber 80 in der ersten Vorspannungsposition in die erste Betätigungsposition und verstellt den Schieber 80 in der zweiten Vorspannungsposition in die zweite Betätigungsposition. Das Vorspannelement 61 bewegt sich parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41, wenn es zwischen der ersten Vorspannungsposition und der zweiten Vorspannungsposition verstellt wird.
In 5 nimmt das Vorspannelement 61 die erste Vorspannungsposition ein, während der Schieber 80 die erste Betätigungsposition einnimmt. Wenn Öldruck, der einen Schwellenwert erreicht oder überschreitet, zum Vorspannelement 61 geliefert wird, bewegt sich das Vorspannelement 61 aufgrund der durch den Öldruck bewirkten Kontraktion der Vorspannfeder 63 in die erste Vorspannungsposition. Dabei bewegt sich das Vorspannelement 61 entgegen der Vorspannkraft der Vorspannfeder 63 parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Der Schwellenwert des Öldrucks wird gemäß der Querschnittsfläche des Vorspannelements 61 (oder der Querschnittsfläche des Vorspannelementhalteraums 62), dem Elastizitätskoeffizienten der Vorspannfeder 63 usw. bestimmt.
Wie aus 7 hervorgeht, wird in einem Fall, wo das Vorspannelement 61 aus der zweiten Vorspannungsposition in die erste Vorspannungsposition verstellt wird, der vorstehende Abschnitt 80b des Schiebers 80 durch die erste Schrägwand 61b des Vorspannelements 61 vorgespannt, wenn sich die Kurbelwelle 17 dreht. Infolgedessen wird der Schieber 80 aus der zweiten Betätigungsposition in die erste Betätigungsposition verstellt. In der vorliegenden Ausführungsform wird die Position des Schiebers 80 verstellt, wenn der Kolben 5 durch den oberen Totpunkt geht. Man beachte, dass die Position des Schiebers 80 verstellt werden kann, wenn der Kolben 5 durch eine andere Position zwischen dem oberen Totpunkt und dem unteren Totpunkt geht. Zum Beispiel kann der Schieber 80 am Abdeckungsabschnitt 31d des Pleuelstangenkörpers 31 angeordnet sein, und die Position des Schiebers 80 kann verstellt werden, wenn der Kolben 5 durch den unteren Totpunkt geht.
8 ist eine Ansicht ähnlich 5, wenn das Vorspannelement 61 in eine zweite Vorspannungsposition gebracht ist und ein Schieber 80 in eine zweite Betätigungsposition gebracht ist. 9 ist eine schematische Querschnittsdarstellung eines Kurbelzapfens 17a, gesehen aus einer Richtung D-D von 8. Wenn das Vorspannelement 61 nicht mit Öldruck beliefert wird oder wenn das Vorspannelement 61 mit Öldruck beliefert wird, der unter dem Schwellenwert liegt, bewegt sich das Vorspannelement 61 aufgrund der Vorspannkraft der Vorspannfeder 63 in die zweite Vorspannungsposition. Dabei bewegt sich das Vorspannelement 61 aufgrund der Vorspannkraft der Vorspannfeder 63 parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41.
Wie aus 9 hervorgeht, wird in einem Fall, wo das Vorspannelement 61 aus der ersten Vorspannungsposition in die zweite Vorspannungsposition verstellt wird, der vorstehende Abschnitt 80b des Schiebers 80 durch die zweite Schrägwand 61c des Vorspannelements 61 vorgespannt, wenn sich die Kurbelwelle 17 dreht. Infolgedessen wird der Schieber 80 aus der ersten Betätigungsposition in die zweite Betätigungsposition verstellt. Daher spannt das Vorspannelement 61 den Schieber 80 so vor, dass die Position des Schiebers 80 selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.
10 und 11 sind Ansichten, die schematisch den Hydraulikölweg 50 in der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Der Hydraulikölweg 50 weist einen ersten Zylinder-Ölübertragungsweg 51, der mit dem ersten Hydraulikzylinder 33a in Verbindung steht, und einen zweiten Zylinder-Ölübertragungsweg 52, der mit dem zweiten Hydraulikzylinder 34a in Verbindung steht, auf. Der erste Zylinder-Ölübertragungsweg 51 verzweigt sich in einen ersten Ölübertragungsweg 53 und einen ersten Raum-Ölübertragungsweg 54. Der zweite Zylinder-Ölübertragungsweg 52 verzweigt sich in einen zweiten Ölverbindungsweg 55 und einen zweiten Raum-Ölübertragungsweg 56.
Der erste Raum-Ölübertragungsweg 54 steht in Verbindung mit dem ersten Zylinder-Ölübertragungsweg 51 und dem Schieberhalteraum 47. Der erste Ölübertragungsweg 53 steht in Verbindung mit einem dritten Raum-Ölübertragungsweg 57, der mit dem Schieberhalteraum 47 in Verbindung steht, und dem ersten Zylinder-Ölübertragungsweg 51. Der zweite Raum-Ölübertragungsweg 56 steht in Verbindung mit dem zweiten Zylinder-Ölübertragungsweg 52 und dem Schieberhalteraum 47. Der zweite Ölverbindungsweg 55 steht in Verbindung mit dem dritten Raum-Ölübertragungsweg 57 und dem zweiten Zylinder-Ölübertragungsweg 52.
Am ersten Ölübertragungsweg 53 ist das erste Rückschlagventil 71 angeordnet, während am zweiten Ölverbindungsweg 55 das zweite Rückschlagventil 72 angeordnet ist. Das erste Rückschlagventil 71 lässt den Strom des Hydrauliköls im ersten Ölübertragungsweg 53 vom Schieberhalteraum 47 zum ersten Hydraulikzylinder 33a zu und lässt den Strom des Hydrauliköls vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum Schieberhalteraum 47 nicht zu. Das zweite Rückschlagventil 72 lässt den Strom des Hydrauliköls im zweiten Ölverbindungsweg 55 vom Schieberhalteraum 47 zum zweiten Hydraulikzylinder 34a zu und lässt den Strom des Hydrauliköls vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum Schieberhalteraum 47 nicht zu.
<Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange>
Nun wird unter Bezugnahme auf 10 bis 12 die Funktionsweise der Pleuelstange 6 erläutert. 12A zeigt den Zustand, wo der erste Hydraulikzylinder 33a mit Hydrauliköl versorgt wird und der zweite Hydraulikzylinder 34a nicht mit Hydrauliköl versorgt wird. Dagegen zeigt 12B den Zustand, wo der zweite Hydraulikzylinder 34a mit Hydrauliköl versorgt wird und der erste Hydraulikzylinder 33a nicht mit Hydrauliköl versorgt wird.
Wie oben erläutert, nimmt der Schieber 80 die erste Betätigungsposition ein, wenn das Vorspannelement 61 die erste Vorspannungsposition einnimmt. Anders ausgedrückt wird der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition gebracht, wenn das Vorspannelement 61 mit einem Öldruck versorgt wird, der mindestens so hoch ist wie der Schwellenwert. 10 zeigt den Strom des Hydrauliköls, wenn der Schieber 80 die erste Betätigungsposition einnimmt. In der ersten Position unterbricht der Schieber 80 die Verbindung zwischen dem ersten Raum-Ölübertragungsweg 54 und dem dritten Raum-Ölübertragungsweg 57 und bringt den zweiten Raum-Ölübertragungsweg 56 über den Schieberhalteraum 47 in Verbindung mit dem dritten Raum-Ölübertragungsweg 57.
Infolgedessen wird der Strom des Hydrauliköls vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a zugelassen, während der Strom des Hydrauliköls vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a nicht zugelassen wird. Daher lässt der Schieber 80 in der ersten Betätigungsposition die Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a durch den Hydraulikölweg 50 nicht zu und lässt die Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a durch den Hydraulikölweg 50 zu.
In diesem Zusammenhang wirkt eine abwärts gerichtete Kraft auf den zweiten Hydraulikkolben 34b, wenn die aufwärts gerichtete Trägheitskraft, die durch die Auf- und Abbewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wird, auf den Kolbenbolzen 21 wirkt. Wenn diese Trägheitskraft erzeugt wird, nachdem sich der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition bewegt hat, wird das Hydrauliköl innerhalb des zweiten Hydraulikzylinders 34a aus dem zweiten Hydraulikzylinder 34a ausgeführt. Infolgedessen strömt das Hydrauliköl im Inneren des zweiten Hydraulikzylinders 34a durch den zweiten Zylinder-Ölübertragungsweg 52, den zweiten Raum-Ölübertragungsweg 56, den dritten Raum-Ölübertragungsweg 57, den ersten Ölverbindungsweg 53 und den ersten Zylinder-Ölübertragungsweg 51 und wird zum ersten Hydraulikzylinder 33a geliefert. Aus diesem Grund steigt der erste Hydraulikkolben 33b und der zweite Hydraulikkolben 34b sinkt.
Das exzentrische Element 32 bewegt sich gekoppelt mit dem ersten Hydraulikkolben 33b und dem zweiten Hydraulikkolben 34b, so dass es eine Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange 6 bewirkt. Aus diesem Grund wird das exzentrische Element 32, wie in 12A gezeigt, in der Richtung der Pfeilmarkierung in der Figur gedreht, und die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d sinkt in eine tiefere Position. Infolgedessen wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6 größer und erreicht in der Figur L1. Wenn das Vorspannelement 61 verwendet wird, um zu bewirken, dass sich der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition bewegt, wird daher die effektive Länge der Pleuelstange 6 größer und dadurch wird die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor 1 höher.
Wenn das Vorspannelement 61 dagegen in die zweite Vorspannungsposition gebracht wird, wird der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition gebracht. Anders ausgedrückt wird der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition gebracht, wenn das Vorspannelement 61 mit einem Öldruck unter dem Schwellenwert beliefert wird oder gar nicht mit Öldruck beliefert wird. 11 zeigt den Strom des Hydrauliköls, wenn der Schieber 80 die zweite Betätigungsposition einnimmt. In der zweiten Position bringt der Schieber 80 den ersten Raum-Ölübertragungsweg 54 und den dritten Raum-Ölübertragungsweg 57 über den Schieberhalteraum 47 in Verbindung und unterbricht die Verbindung zwischen dem zweiten Raum-Ölübertragungsweg 56 und dem dritten Raum-Ölübertragungsweg 57. Infolgedessen wird der Strom des Hydrauliköls vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a zugelassen, während der Strom des Hydrauliköls vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a nicht zugelassen wird. Daher lässt der Schieber 80 in der zweiten Betätigungsposition die Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder 34a zum ersten Hydraulikzylinder 33a durch den Hydraulikölweg 50 nicht zu und lässt die Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder 33a zum zweiten Hydraulikzylinder 34a durch den Hydraulikölweg 50 zu.
In diesem Zusammenhang wirkt eine abwärts gerichtete Kraft auf den ersten Hydraulikkolben 33b, wenn die abwärts gerichtete Trägheitskraft, die durch die Auf-und-Abbewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wird, und die abwärts gerichtete Explosionskraft, die durch eine Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb der Brennkammer 7 erzeugt wird, auf den Kolbenbolzen 21 wirken. Wenn diese Trägheitskraft und Explosionskraft erzeugt werden, nachdem sich der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition bewegt hat, wird das Hydrauliköl innerhalb des Hydraulikzylinders 33a aus dem ersten Hydraulikzylinder 33a ausgeführt. Infolgedessen strömt das Hydrauliköl innerhalb des ersten Hydraulikzylinders 33a durch den ersten Zylinder-Ölübertragungsweg 51, den ersten Ölverbindungsweg 53, den dritten Raum-Ölübertragungsweg 57, den zweiten Ölverbindungsweg 55 und den zweiten Zylinder-Ölübertragungsweg 52 und wird zum zweiten Hydraulikzylinder 34a geliefert. Aus diesem Grund sinkt der erste Hydraulikkolben 33b und der zweite Hydraulikkolben 34b steigt.
Das exzentrische Element 32 bewegt sich gekoppelt mit dem ersten Hydraulikkolben 33b und dem zweiten Hydraulikkolben 34b, so dass es eine Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange 6 bewirkt. Aus diesem Grund wird das exzentrische Element 32, wie in 12B gezeigt, in der Richtung der Pfeilmarkierung in der Figur gedreht (in der zur Pfeilmarkierung von 12A entgegengesetzten Richtung), und die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d sinkt in eine tiefere Position. Infolgedessen wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6 L2, was kürzer ist als L1 in der Figur. Wenn das Vorspannelement 61 verwendet wird, um zu bewirken, dass sich der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition bewegt, wird daher die effektive Länge der Pleuelstange 6 kleiner und dadurch wird die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor 1 niedriger.
Wie oben erläutert, kann in der vorliegenden Ausführungsform durch die Verwendung des Vorspannelements 61 zum Verstellen der Position des Schiebers 80 zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition die effektive Länge der Pleuelstange 6 zwischen L1 und L2 verstellt werden. Infolgedessen kann im Verbrennungsmotor 1, in dem die Pleuelstange 6 verwendet wird, die mechanische Verdichtung geändert werden.
<Wirkungsweise und Wirkung der ersten Ausführungsform>
Wie oben erläutert wurde, ist in der vorliegenden Ausführungsform das Vorspannelement 61, das die Position des Schiebers 80 verstellt, innerhalb des Kurbelzapfens 17a der Kurbelwelle 17 angeordnet. Aus diesem Grund wird vermieden, dass das Motorgehäuse (ein Abschnitt, der aus dem Zylinderkopf 4, dem Zylinderblock 3, dem Kurbelgehäuse 2 und der Ölwanne 16 besteht), größer wird, während die effektive Länge der Pleuelstange 6 geändert werden kann. Ferner besteht keine Notwendigkeit dafür, Öldruck zum Steuern des Vorspannelements 61 zum Pleuelstangenkörper 31 zu liefern, so dass der Öldruckzuführweg verkürzt werden kann und die Ansprechempfindlichkeit verbessert werden kann, wenn die mechanische Verdichtung des Verbrennungsmotors 1 verstellt wird.
In diesem Zusammenhang wirken die Trägheitskraft, die durch die Auf-und-Abbewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wird, und die Explosionskraft, die durch eine Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb einer Brennkammer 7 erzeugt wird, grundsätzlich in der vertikalen Richtung zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41. Im Gegensatz dazu bewegt sich der Schieber 80 in der vorliegenden Ausführungsform parallel zur Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41, wenn er sich zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition bewegt. Aus diesem Grund wirken in der vorliegenden Ausführungsform fast gar keine Trägheitskraft und Explosionskraft in der Betätigungsrichtung des Schiebers 80, so dass eine fehlerhafte Betätigung des Schiebers 80 aufgrund der Trägheitskraft und der Explosionskraft unterdrückt werden kann.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausführungsform das exzentrische Element 32 dem Kupplungselement entspricht, das sich gekoppelt mit dem ersten Hydraulikkolben 33b und dem zweiten Hydraulikkolben 34b bewegt, um die effektive Länge der Pleuelstange 6 zu ändern.
<Zweite Ausführungsform>
Nun wird ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung gemäß der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Gestaltung und die Funktionsweise des Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß der zweiten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Funktionsweise des Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich, bis auf die nachstehend erläuterten Punkte.
Die längenvariable Pleuelstange der ersten Ausführungsform ist der längenvariablen Pleuelstange der zweiten Ausführungsform gleich. 13 ist eine schematische Teil-Querschnittsdarstellung einer Pleuelstange 6 und einer Kurbelwelle 17', gesehen aus der Richtung A-A von 3. Man beachte, dass in 3 die Kurbelwelle 17' weggelassen ist. In der zweiten Ausführungsform wird das Vorspannelement 61 von dem Öldruck, der zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, und von dem Öldruck, der zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, zwischen der ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und der zweiten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition verstellt wird, verstellt. Deswegen ist es möglich, unter Niedertemperaturbedingungen, wo das Öl hochviskos ist, die Ansprechempfindlichkeit beim Verstellen der Position des Schiebers 80 zu verbessern, wodurch andererseits auch die Ansprechempfindlichkeit beim Verstellen des mechanischen Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors 1 verbessert werden kann.
Innerhalb der Kurbelwelle 17', genauer innerhalb des Kurbeldrehlagers 17b und des Kurbelarms 17c der Kurbelwelle 17', sind ein erster Öldruckzuführweg 18a zum Liefern von Öldruck zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 und ein zweiter Öldruckzuführweg 18b zum Liefern von Öldruck zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 ausgebildet. Der erste Öldruckzuführweg 18a steht an einem Endabschnitt des Vorspannelementhalteraums 62 mit dem Vorspannelementhalteraum 62 in Verbindung. Der zweite Öldruckzuführweg 18b steht am anderen Endabschnitt des Vorspannelementhalteraums 62 mit dem Vorspannelementhalteraum 62 in Verbindung. Der erste Öldruckzuführweg 18a und der zweite Öldruckzuführweg 18b werden mit Öl von einer (nicht gezeigten) Öldruckzufuhrquelle außerhalb der Kurbelwelle 17' beliefert.
Die Höhe des Öldrucks, der durch den ersten Öldruckzuführweg 18a zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, wird von einem (nicht gezeigten) ersten Öldrucksteuerventil gesteuert, das zwischen der Öldruckzufuhrquelle und dem ersten Öldruckzuführweg 18a angeordnet ist. Die Höhe des Öldrucks, der durch den zweiten Öldruckzuführweg 18b zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, wird von einem (nicht gezeigten) zweiten Öldrucksteuerventil gesteuert, das zwischen der Öldruckzufuhrquelle und dem zweiten Öldruckzuführweg 18b angeordnet ist.
Wenn der Öldruck, der durch den ersten Öldruckzuführweg 18a zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, über den Öldruck, der durch den zweiten Öldruckzuführweg 18b zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, hinaus erhöht wird, wird das Vorspannelement 61 in die erste Vorspannungsposition verstellt. Infolgedessen wird der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition verstellt. Wenn dagegen der Öldruck, der durch den ersten Öldruckzuführweg 18a zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, nicht auf einen Öldruck erhöht wird, der durch den zweiten Öldruckzuführweg 18b zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, wird das Vorspannelement 61 in die zweite Vorspannungsposition verstellt. Infolgedessen wird der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition verstellt.
<Dritte Ausführungsform>
Nun wird ein Verbrennungsmotor mit variabler Verdichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erläutert. Die Gestaltung und die Funktionsweise des Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß der dritten Ausführungsform sind der Gestaltung und der Funktionsweise des Verbrennungsmotors mit variabler Verdichtung gemäß der ersten Ausführungsform ähnlich, bis auf die nachstehend erläuterten Punkte.
14 ist eine perspektivische Darstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6' gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. 15 ist eine seitliche Querschnittsdarstellung, die schematisch eine längenvariable Pleuelstange 6' gemäß der dritten Ausführungsform zeigt. In der dritten Ausführungsform ist die längenvariable Pleuelstange 6' versehen mit einem Pleuelstangenkörper 31, einem exzentrisches Element 32, das so am Pleuelstangenkörper 31 angebracht ist, dass es in der Lage ist sich zu drehen, einem hydraulischen Kolbenmechanismus 33', der am Pleuelstangenkörper 31 vorgesehen ist, und einem Verbindungselement 45', welches das exzentrische Element 32 und den hydraulischen Kolbenmechanismus 33' verbindet. Anders als in der ersten Ausführungsform ist die längenvariable Pleuelstange 6' mit nur einem einzigen hydraulischen Kolbenmechanismus 33' und nur einem einzigen Verbindungselement 45' ausgestattet.
Der Hydraulikkolbenmechanismus 33' weist auf: einen Hydraulikzylinder 33a', der an einem Stangenabschnitt 31c des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet ist, einen Hydraulikkolben 33b', der innerhalb des Hydraulikzylinders 33a' gleitet, und eine Öldichtung 33c', die das Hydrauliköl einschließt, das in das Innere des Hydraulikzylinders 33a' geliefert wird. Der Hydraulikzylinder 33a' ist in Bezug auf die Achsenlinie X der Pleuelstange 6' fast ganz oder aber ganz auf der Seite des ersten Armes 32b angeordnet. Ferner erstreckt sich der Hydraulikzylinder 33a' in exakt einem bestimmten Grad schräg angewinkelt in Bezug auf die X-Achsenlinie, so dass er in der Breitenrichtung umso weiter über den Pleuelstangenkörper 31 nach außen vorsteht, je näher er dem Endabschnitt 31b mit dem kleinen Durchmesser ist.
Ferner ist die längenvariable Pleuelstange 6' mit einem Strömungsrichtungsverstellmechanismus versehen, der den Strom des Hydrauliköls zum Hydraulikkolbenmechanismus 33' verstellt. Der Strömungsrichtungsverstellmechanismus ist versehen mit einem Hydraulikölweg 50', durch den das Hydrauliköl strömt, einem Rückschlagventil 73 und einem Schieber 80, der den Strom des Hydrauliköls steuert, und einem Vorspannelement 61, das die Position des Schiebers 80 verstellt. Der Hydraulikölweg 50' ist im Inneren des Pleuelstangenkörpers 31 ausgebildet. Anders als in der ersten Ausführungsform ist die längenvariable Pleuelstange 6' mit nur einem einzigen Rückschlagventil 73 und einem einzigen Schieber 80 ausgestattet.
Das Rückschlagventil 73 ist in Bezug auf den Schieber 80 in Richtung der Achsenlinie X der Pleuelstange 6 auf der Seite der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d angeordnet. Ferner sind das Rückschlagventil 73 und der Schieber 80 auf der Achsenlinie X der Pleuelstange 6' angeordnet. Man beachte, dass die Gestaltung des Schiebers 80 und des Rückschlagventils 73 von der in 15 gezeigten Gestaltung verschieden sein kann, solange das Rückschlagventil 73 im Hydraulikölweg 50 zwischen dem Hydraulikzylinder 33a' und dem Schieber 80 angeordnet ist. Der Schieber 80 wird durch ein Vorspannelement 61, das im Kurbelzapfen 17a der Kurbelwellee 17 angeordnet ist, auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform selektiv zwischen einer ersten Betätigungsposition und einer zweiten Betätigungsposition verstellt.
16 und 17 sind Ansichten, die schematisch den Hydraulikölweg 50' in einer dritten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigen. Der Hydraulikölweg 50' weist auf: einen Zylinder-Ölübertragungsweg 91, der mit dem Hydraulikzylinder 33a' in Verbindung steht, einen Hydraulikölzuführweg 92, der Hydrauliköl von der Ölzufuhrvorrichtung 70 zuführt, und einen Abführweg 93, der mit der Seite außerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 in Verbindung steht. Der Zylinder-Ölübertragungsweg 91 verzweigt sich in einen vierten Raum-Ölübertragungsweg 94 und einen fünften Raum-Ölübertragungsweg 95. Das Hydrauliköl wird durch den Weg innerhalb der Kurbelwelle 17 aus der Ölzufuhrvorrichtung 70 zum Hydraulikölzuführweg 92 geliefert.
Der vierte Raum-Ölübertragungsweg 94 und der fünfte Raum-Ölübertragungsweg 95 stehen jeweils mit dem Zylinder-Ölübertragungsweg 91 und dem Schieberhalteraum 47 in Verbindung. Im vierten Raum-Ölübertragungsweg 94 ist ein Rückschlagventil 73 angeordnet. Das Rückschlagventil 73 lässt den Strom des Hydrauliköls zum Hydraulikzylinder 33a' aus dem Schieberhalteraum 47 im vierten Raum-Ölübertragungsweg 94 zu und lässt den Strom des Hydrauliköls vom Hydraulikzylinder 33a' zum Schieberhalteraum 47 nicht zu.
<Funktionsweise der längenvariablen Pleuelstange>
Nun wird unter Bezugnahme auf 16 bis 18A und 18B die Funktionsweise der Pleuelstange 6' erläutert. 18A zeigt den Zustand, wo der Hydraulikzylinder 33a' mit Hydrauliköl beliefert wird. Dagegen zeigt 18B den Zustand, wo der Hydraulikzylinder 33a' nicht mit Hydrauliköl beliefert wird.
Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform nimmt der Schieber 80 die erste Betätigungsposition ein, wenn das Vorspannelement 61 die erste Vorspannungsposition einnimmt. Anders ausgedrückt wird der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition gebracht, wenn das Vorspannelement 61 mit einem Öldruck beliefert wird, der mindestens so hoch ist wie der Schwellenwert. 16 zeigt den Strom des Hydrauliköls, wenn der Schieber 80 die erste Betätigungsposition einnimmt. In der ersten Betätigungsposition unterbricht der Schieber 80 die Verbindung zwischen dem fünften Raum-Ölübertragungsweg 95 und dem Abführweg 93 und bringt den Hydraulikölzuführweg 92 und den vierten Raum-Ölübertragungsweg 94 über den Schieberhalteraum 47 in Verbindung. Infolgedessen wird die Zufuhr von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder 33a' zugelassen und die Abfuhr von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a' wird nicht zugelassen. Daher lässt der Schieber 80 in der ersten Betätigungsposition die Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg 50' zum Hydraulikzylinder 33a' zu und lässt die Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder 33a' durch den Hydraulikölweg 50' nicht zu.
Das Hydrauliköl, das von der Ölzufuhrvorrichtung 70 geliefert wird, strömt durch den Hydraulikölzuführweg 92, den vierten Raum-Ölübertragungsweg 94 und den Zylinder-Ölübertragungsweg 91 und wird zum Hydraulikzylinder 33a' geliefert. Aus diesem Grund steigt der Hydraulikkolben 33b'.
Das exzentrische Element 32 bewegt sich gekoppelt mit dem Hydraulikkolben 33b', um die effektive Länge der Pleuelstange 6' zu ändern. Aus diesem Grund wird das exzentrische Element 32, wie in 18A gezeigt, in der Richtung der Pfeilmarkierung in der Figur gedreht, und die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d steigt auf eine höhere Position. Infolgedessen wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6' größer und wird L1 in der Figur. Wenn das Vorspannelement 61 verwendet wird, um den Schieber 80 in die erste Betätigungsp zu bewegen, wird daher die effektive Länge der Pleuelstange 6' größer und dadurch wird die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor höher.
Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform nimmt dagegen der Schieber 80 die zweite Betätigungsposition ein, wenn das Vorspannelement 61 die zweite Vorspannungsposition einnimmt. Anders ausgedrückt wird der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition gebracht, wenn das Vorspannelement 61 mit einem Öldruck unter dem Schwellenwert beliefert wird oder gar nicht mit Öldruck beliefert wird. 17 zeigt den Strom des Hydrauliköls, wenn der Schieber 80 die zweite Betätigungsposition einnimmt. In der zweiten Position bringt der Schieber 80 den fünften Raum-Ölübertragungsweg 95 und den Abführweg 93 über den Schieberhalteraum 47 in Verbindung und unterbricht die Verbindung zwischen dem Hydraulikölzuführweg 92 und dem vierten Raum-Ölübertragungsweg 94. Infolgedessen wird die Zufuhr von Hydrauliköl zum Hydraulikzylinder 33a' nicht zugelassen und die Abfuhr von Hydrauliköl aus dem Hydraulikzylinder 33a' wird zugelassen. Daher lässt der Schieber 80 in der zweiten Betätigungsposition die Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg 50' zum Hydraulikzylinder 33a' nicht zu und lässt die Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder 33a' durch den Hydraulikölweg 50' zu.
In diesem Zusammenhang wirkt eine abwärts gerichtete Kraft auf den Hydraulikkolben 33b', wenn die abwärts gerichtete Trägheitskraft, die durch die Auf-und-Abbewegung des Kolbens 5 innerhalb des Zylinders 15 des Verbrennungsmotors 1 erzeugt wird, und die abwärts gerichtete Explosionskraft, die durch eine Verbrennung der Luft-Kraftstoff-Mischung innerhalb einer Brennkammer 7 erzeugt wird, auf den Kolbenbolzen 21 wirken. Wenn diese Trägheitskraft und Explosionskraft erzeugt werden, nachdem sich der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition bewegt hat, wird das Hydrauliköl innerhalb des Hydraulikzylinders 33a' aus dem Hydraulikzylinder 33a' ausgeführt. Infolgedessen strömt das Hydrauliköl im Inneren des Hydraulikzylinders 33a' durch den Zylinder-Ölübertragungsweg 91, den fünften Raum-Ölübertragungsweg 95 und den Abführweg 93 und wird aus dem Pleuelstangenkörper 31 nach außen abgeführt. Aus diesem Grund sinkt der Hydraulikkolben 33b'.
Das exzentrische Element 32 bewegt sich gekoppelt mit dem Hydraulikkolben 33b', um die effektive Länge der Pleuelstange 6' zu ändern. Aus diesem Grund wird das exzentrische Element 32, wie in 18B gezeigt, in der Richtung der Pfeilmarkierung in der Figur gedreht (in der zur Pfeilmarkierung von 18A entgegengesetzten Richtung), und die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d sinkt in eine tiefere Position. Infolgedessen wird die Länge zwischen der Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung 41 und der Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 32d, das heißt die effektive Länge der Pleuelstange 6' L2, was kürzer ist als L1 in der Figur. Wenn das Vorspannelement 61 verwendet wird, um zu bewirken, dass sich der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition bewegt, wird daher die effektive Länge der Pleuelstange 6' kleiner und dadurch wird die mechanische Verdichtung im Verbrennungsmotor niedriger.
Wie oben erläutert, kann in der dritten Ausführungsform durch die Verwendung des Vorspannelements 61 zum Verstellen der Position des Schiebers 80 zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition die effektive Länge der Pleuelstange 6' zwischen L1 und L2 verstellt werden. Infolgedessen kann im Verbrennungsmotor 1, der mit der Pleuelstange 6' ausgestattet ist, die mechanische Verdichtung geändert werden.
Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform ist in der dritten Ausführungsform das Vorspannelement 61, das die Position des Schiebers 80 ändern, im Kurbelzapfen 17a der Kurbelwelle 17 angeordnet. Aus diesem Grund kann vermieden werden, dass das Motorgehäuse größer wird, während die effektive Länge der Pleuelstange 6' geändert wird. Ferner besteht keine Notwendigkeit dafür, Öldruck zum Steuern des Vorspannelements 61 zum Pleuelstangenkörper 31 zu liefern, so dass der Öldruckzuführweg verkürzt werden kann und die Ansprechempfindlichkeit verbessert werden kann, wenn die mechanische Verdichtung des Verbrennungsmotors geändert wird.
Ferner sind in der dritten Ausführungsform anders als in der ersten Ausführungsform nur ein einziger hydraulischer Kolbenmechanismus und nur ein einziges Verbindungselement vorhanden. Aus diesem Grund kann die Anzahl der Teile der längenvariablen Pleuelstange verringert werden. Infolgedessen können in der dritten Ausführungsform das Gesamtgewicht und die Herstellungskosten der längenvariablen Pleuelstange verringert werden.
Man beachte, dass in der dritten Ausführungsform das exzentrische Element 32 dem Kupplungselement entspricht, das sich gekoppelt mit dem Hydraulikkolben 33b' bewegt, um die effektive Länge der Pleuelstange 6' zu ändern. Jedoch kann das Kupplungselement ein Element sein wie es in PLT 3 beschrieben ist, das sich in Richtung der Achsenlinie der Pleuelstange zusammen mit dem Hydraulikkolben linear bewegt.
<Andere Ausführungsformen>
Nachstehend wurden bevorzugte Ausführungsformen gemäß der vorliegenden Erfindung erläutert, aber die vorliegende Erfindung ist nicht auf diese Ausführungsformen beschränkt. Innerhalb des Wortsinns der Ansprüche können verschiedene Modifikationen und Änderungen vorgenommen werden. Zum Beispiel kann die Richtung, in welcher der Schieber 80 durch das Vorspannelement 61 bewegt wird, in Bezug auf die Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung 41 schräg sein. Ferner können die Hydraulikölwege 50, 50' in den Ausführungsformen von den in 10, 11, 16 und 17 gezeigten Hydraulikölwegen verschieden sein, solange sie in der Lage sind, den Strom des Hydrauliköls aufgrund der Bewegung des Schiebers 80 zu verstellen. Zum Beispiel kann der Hydraulikölweg 50 in der ersten Ausführungsform und in der zweiten Ausführungsform einen Nachfüllweg aufweisen, um neues Öl nachzufüllen, wenn Hydrauliköl aus dem Hydraulikkolbenmechanismus 33, 34 usw. austritt. In diesem Fall wird der Nachfüllweg auf einem Weg, der innerhalb der Kurbelwelle 17 ausgebildet ist, mit Hydrauliköl von einer Öldruckzufuhrquelle außerhalb des Pleuelstangenkörpers 31 versorgt.
Ferner können die oben genannten Ausführungsformen in beliebigen Kombinationen ausgeführt werden. Zum Beispiel kann in der dritten Ausführungsform das Vorspannelement 61 wie in der zweiten Ausführungsform von dem Öldruck, der zu einem Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, und von dem Öldruck, der zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements 61 geliefert wird, zwischen der ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber 80 in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und der zweiten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber 80 in die zweite Betätigungsposition verstellt wird, verstellt werden.
Man beachte, dass in dieser Beschreibung ein Ansteigen des Hydraulikkolbens bedeutet, dass sich der Hydraulikkolben so bewegt, dass er sich dem Endabschnitt 31b des Pleuelstangenkörpers, der den kleinen Durchmesser aufweist, in der axialen Richtung der Pleuelstange nähert, während ein Sinken des Hydraulikkolbens bedeutet, dass sich der Hydraulikkolben in der axialen Richtung der Pleuelstange vom Endabschnitt mit dem kleinen Durchmesser wegbewegt.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
6, 6': Pleuelstange
17: Kurbelwelle
17a: Kurbelzapfen
21: Kolbenbolzen
31: Pleuelstangenkörper
32: exzentrisches Element
32d: Kolbenbolzenaufnahmeöffnung
33a: erster Hydraulikzylinder
33b: erster Hydraulikkolben
34a: zweiter Hydraulikzylinder
34b: zweiter Hydraulikkolben
33a': Hydraulikzylinder
33b': Hydraulikkolben
41: Kurbelaufnahmeöffnung
50, 50': Hydraulikölweg
61: Vorspannelement
80: Schieber

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2014/019684 A [0005]
WO 2015/082722 A [0005]
JP 2015-527518 A [0005]

Claims

Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung, eine Kurbelwelle (17) und eine mit der Kurbelwelle (17) verbundene Pleuelstange (6) aufweisend, wobei die Pleuelstange (6) aufweist: einen Pleuelstangenkörper (31), der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) versehen ist, die einen Kurbelzapfen (17a) der Kurbelwelle (17) aufnimmt, einen ersten Hydraulikzylinder (33a), der am Pleuelstangenkörper (31) ausgebildet ist und mit Hydrauliköl beliefert wird, einen ersten Hydraulikkolben (33b), der innerhalb des ersten Hydraulikzylinders (33a) gleitet, einen zweiten Hydraulikzylinder (34a), der am Pleuelstangenkörper (31) ausgebildet ist und mit Hydrauliköl beliefert wird, einen zweiten Hydraulikkolben (34b), der innerhalb des zweiten Hydraulikzylinders (34a) gleitet, ein Kupplungselement (32), das mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (32d) zum Aufnehmen eines Kolbenbolzens (21) versehen ist und das sich gekoppelt mit dem ersten Hydraulikkolben (33b) und dem zweiten Hydraulikkolben (34b) so bewegt, dass es eine Länge zwischen einer Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (32d) und einer Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung (41) ändert; einen Hydraulikölweg (50), der innerhalb des Pleuelstangenkörpers (31) ausgebildet ist und mit dem ersten Hydraulikzylinder (33a) und dem zweiten Hydraulikzylinder (34a) in Verbindung steht, und einen Schieber (80), der innerhalb des Hydraulikölwegs (50) angeordnet ist und der sich bewegt zwischen einer ersten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder (33a) zum zweiten Hydraulikzylinder (34a) durch den Hydraulikölweg (50) nicht zugelassen ist und eine Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder (34a) zum ersten Hydraulikzylinder (33a) durch den Hydraulikölweg (50) zugelassen ist, und einer zweiten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl vom ersten Hydraulikzylinder (33a) zum zweiten Hydraulikzylinder (34a) durch den Hydraulikölweg (50) zugelassen ist und eine Zufuhr von Hydrauliköl vom zweiten Hydraulikzylinder (34a) zum ersten Hydraulikzylinder (33a) durch den Hydraulikölweg (50) nicht zugelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung ferner aufweist: ein Vorspannelement (61), das innerhalb des Kurbelzapfens (17a) angeordnet ist und das den Schieber (80) so vorspannt, dass eine Position des Schiebers (80) selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.
Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung, eine Kurbelwelle (17) und eine mit der Kurbelwelle (17) verbundene Pleuelstange (6') aufweisend, wobei die Pleuelstange (6') aufweist: einen Pleuelstangenkörper (31), der mit einer Kurbelaufnahmeöffnung (41) versehen ist, die einen Kurbelzapfen (17a) der Kurbelwelle (17) aufnimmt, einen Hydraulikzylinder (33a'), der am Pleuelstangenkörper (31) ausgebildet ist und mit Hydrauliköl beliefert wird, einen Hydraulikkolben (33b'), der innerhalb des Hydraulikzylinders (33a') gleitet, ein Kupplungselement (32), das mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (32d) zum Aufnehmen eines Kolbenbolzens (21) versehen ist und das sich gekoppelt mit dem Hydraulikkolben (33b') so bewegt, dass es eine Länge zwischen einer Mitte der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (32d) und einer Mitte der Kurbelaufnahmeöffnung (41) ändert, einen Hydraulikölweg (50'), der innerhalb des Pleuelstangenkörpers (31) ausgebildet und mit dem Hydraulikzylinder (33a') in Verbindung steht, und einen Schieber (80), der innerhalb des Hydraulikölwegs (50') angeordnet ist und der sich bewegt zwischen einer ersten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg (50') zum Hydraulikzylinder (33a') zugelassen ist und eine Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder (33a') durch den Hydraulikölweg (50) nicht zugelassen ist, und einer zweiten Betätigungsposition, in der eine Zufuhr von Hydrauliköl durch den Hydraulikölweg (50') zum Hydraulikzylinder (33a') nicht zugelassen ist und eine Abfuhr von Hydrauliköl vom Hydraulikzylinder (33a') durch den Hydraulikölweg (50') zugelassen ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung ferner aufweist: ein Vorspannelement (61), das innerhalb des Kurbelzapfens (17a) angeordnet ist und das den Schieber (80) so vorspannt, dass eine Position des Schiebers (80) selektiv zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition verstellt wird.
Verbrennungsmotor mit variabler Verbrennung (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Verbrennungsmotor ferner eine Vorspannfeder (63) aufweist, die das Vorspannelement (61) vorspannt, und das Vorspannelement (61) durch Öldruck, der zum Vorspannelement (61) geliefert wird, verstellt wird, so dass die Vorspannfeder (63) sich zusammenzieht, und die Vorspannkraft der Vorspannfeder (63) zwischen einer ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber (80) in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und eine zweite Vorspannungsposition, in welcher der Schieber (80) in die zweite Betätigungsposition verstellt wird.
Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung nach Anspruch 1 oder 2, wobei das Vorspannelement (61) durch einen Öldruck, der zu einem Endabschnitt des Vorspannelements (61) geliefert wird, und einen Öldruck, der zum anderen Endabschnitt des Vorspannelements (61) geliefert wird, zwischen einer ersten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber (80) in die erste Betätigungsposition verstellt wird, und einer zweiten Vorspannungsposition, in welcher der Schieber (80) in die zweite Betätigungsposition verstellt wird, verstellt wird.
Verbrennungsmotor (1) mit variabler Verdichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei sich der Schieber (80) parallel zu einer Mittelachsenlinie der Kurbelaufnahmeöffnung (41) bewegt, wenn er sich zwischen der ersten Betätigungsposition und der zweiten Betätigungsposition bewegt.