DE102018104175B4

DE102018104175B4 - Variabler Kompressionsverhältnismechanismus und Verbrennungsmotor

Info

Publication number: DE102018104175B4
Application number: DE102018104175.6A
Authority: DE
Inventors: Keiju Tomoda
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-02-28
Filing date: 2018-02-23
Publication date: 2019-08-29
Anticipated expiration: 2038-02-24
Also published as: JP2018141441A; US10344669B2; JP6528795B2; DE102018104175A1; US20180245508A1

Abstract

Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') zum Ändern eines mechanischen Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors (100) mit:
einer Pleuelstange (20), welche mit einer einen Kurbelzapfen (17) aufnehmenden Kurbelaufnahmeöffnung (23) versehen ist;
einem exzentrischen Bauteil (30, 30'), welches mit einer einen Kolbenzapfen (16) aufnehmenden Kolbenzapfenaufnahmeöffnung (36) versehen ist und an der Pleuelstange (20) derart angebracht ist, dass es sich drehen kann, um eine Länge zwischen einer Mittelachse der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung (36) und einer Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung (23) zu ändern;
einem Schwingbauteil (40, 40', 50), welches an der Pleuelstange (20) schwingbar angebracht ist und in das exzentrische Bauteil (30, 30') eingreifen kann; und
einem Aktorbauteil (60, 60'), welches konfiguriert ist, um das Schwingbauteil (40, 40', 50) von einer Anfangsposition hin zu einer Stoppposition zu schwingen,
wobei das Schwingbauteil (40, 40', 50) in das exzentrische Bauteil (30, 30') eingreift, um das exzentrische Bauteil (30, 30') zu drehen, wenn es von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt, und von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, wenn es mit dem exzentrischen Bauteil (30, 30') außer Eingriff kommt.

Description

Technischer Hintergrund
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Mechanismus zum Variieren eines Kompressionsverhältnisses und einen Verbrennungsmotor.
Stand der Technik
Aus der Vergangenheit ist ein Verbrennungsmotor mit einem variablen Kompressionsverhältnismechanismus bekannt, welcher ein mechanisches Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors ändern kann. Als solche variable Kompressionsverhältnismechanismen sind verschiedene Mechanismen vorgeschlagen worden. Dabei ist einer zu nennen, welcher die effektive Länge einer in dem Verbrennungsmotor verwendeten Pleuelstange ändern kann (z. B. WO 2014/ 019 683 A1 , JP 2011-196 549 A , WO 2016/ 037 696 A1 In dieser Hinsicht bedeutet die „effektive Länge einer Pleuelstange“ die Länge zwischen einer Mittelachse einer Kurbelaufnahmeöffnung, welche einen Kurbelzapfen aufnimmt, und einer Mittelachse einer Kolbenzapfenaufnahmeöffnung, welchen einen Kolbenzapfen aufnimmt. Somit wird ein Volumen einer Brennkammer, wenn der Kolben an einem oberen Totpunkt des Kompressionshubs ist, kleiner, falls die effektive Länge einer Pleuelstange länger wird, und nimmt somit das mechanische Kompressionsverhältnis zu. Andererseits wird das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben an dem oberen Totpunkt des Kompressionshubs ist, größer, falls die effektive Länge einer Pleuelstange kürzer wird, und fällt somit das mechanische Kompressionsverhältnis.
Als Pleuelstange mit variabler Länge, deren effektive Länge änderbar ist, ist eine bekannt, welche eine Pleuelstangenkörper mit einem Endteil mit kleinem Durchmesser hat, an welchem ein exzentrisches Bauteil, welches sich bezüglich des Pleuelstangenkörpers drehen kann, vorgesehen ist (z. B. WO 2014/ 019 683 A1 , JP 2011-196 549 A , WO 2016/ 037 696 A1 Das exzentrische Bauteil hat eine Kolbenzapfenaufnahmeöffnung, welche den Kolbenzapfen aufnimmt. Die Kolbenzapfenaufnahmeöffnung ist vorgesehen, um bezüglich einem Drehzentrum des exzentrischen Bauteils versetzt zu sein. In einer solchen Pleuelstange mit variabler Länge kann die effektive Länge der Pleuelstange entsprechend geändert werden, falls die Drehposition des exzentrischen Bauteils geändert wird.
In den WO 2014/ 019 683 A1 und JP 2011-196 549 A beschriebenen Pleuelstangen mit variabler Länge wird die effektive Länge der Pleuelstange mit Hilfe eines hydraulischen Kolbenmechanismus geändert, welcher an dem Pleuelstangenkörper vorgesehen ist, um ein exzentrisches Bauteil zu drehen. In einer solchen Pleuelstange mit variabler Länge wird der Strom von Hydrauliköl zu dem hydraulischen Kolbenmechanismus umgeschaltet, um die Drehung des exzentrischen Bauteils zu steuern.
Weiterer Stand der Technik findet sich beispielsweise in DE 102 55 299 A1 , welcher eine Hubkolbenmaschine mit einem variablen Verdichtungsverhältnis mit einer Pleuelstange offenbart. Die Pleuelstange hat an einem Ende ein Kolbenbolzenlagerauge, mit dem ein Kolben über einen Kolbenbolzen verbindbar ist, der mit seiner Bolzenachse über einen Exzenterring exzentrisch zum Kolbenbolzenlagerauge gelagert ist. Ferner sind an der Pleuelstange Verriegelungsmittel vorgesehen, welche zwei schwenkbare Sperrklinken aufweisen, die in Endanschläge eingreifen, um den Exzenterring in Endstellungen fixieren zu können.
US 5 724 935 A offenbart einen Mechanismus, um ein Volumen einer Verbrennungskammer eines Motors zu ändern, ohne auf eine Bewegung des Kolbens angewiesen zu sein. Ein Pleuel ist an seinem einen Ende über ein exzentrisches Bauteil mit einem Kolben gekoppelt und ein H-förmiges Verbindungselement ist zentral mit einem Lagerauge des Pleuels verbunden und an seinen Enden stets mit dem exzentrischen Bauteil und mit dem Kolben gleitend in Eingriff, um diese Elemente während eines Betriebs des Motors kinematisch zu koppeln.
EP 1 424 486 A1 zeigt einen Mechanismus, um ein Kompressionsverhältnis eines Motors variable zu ändern, mit einem Pleuel, dessen eines Ende über ein exzentrisches Bauteil mit einem Kolben verbunden ist. An dem einen Ende des Kolbens ist eine schwenkbaren Getriebehalterung vorgesehen, welche über ein Getriebe stets mit dem exzentrischen Bauteil in Eingriff ist, um dieses zyklisch mit der Bewegung des Pleuels um einen Kolbenbolzen zu bewegen.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Falls jedoch das exzentrische Bauteil mit Hilfe von Hydrauliköl gedreht wird, treten folgende Probleme auf. Die Temperatur des in dem Verbrennungsmotor gespeicherten Hydrauliköls fluktuiert abhängig von der Betriebsbedingung des Verbrennungsmotors, der Außenlufttemperatur, etc. Wenn die Temperatur des Hydrauliköls niedrig ist, wird die Viskosität des Hydrauliköls hoch, und wenn die Temperatur des Hydrauliköls hoch ist, wird die Viskosität des Hydrauliköls niedrig. Folglich ist die Zeit, welche das Hydrauliköl benötigt, um sich zwischen den Kolben zu bewegen, umso länger, je niedriger die Temperatur des Hydrauliköls ist, und ist somit die Zeit, welche benötigt wird, um die effektive Länge der Pleuelstange zu ändern, länger. Wenn das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors durch Ändern der effektiven Länge der Pleuelstange geändert wird, wird entsprechend in dem Verfahren zum Drehen des exzentrischen Bauteils mit Hilfe von Hydrauliköl die Variation der Reaktionszeit groß und ist es schwer, die gewünschte Reaktionszeit zu erreichen.
In Anbetracht des vorstehenden Problems ist es somit eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variablen Kompressionsverhältnismechanismus bereitzustellen, welcher die Variation der Reaktionszeit beim Ändern des mechanischen Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors reduzieren kann.
Zusammenfassung der Erfindung

(1) Ein Variabler Kompressionsverhältnismechanismus, welcher ein mechanisches Kompressionsverhältnis eines Verbrennungsmotors ändern kann, hat eine Pleuelstange, welche mit einer Kurbelaufnahmeöffnung versehen ist, welche einen Kurbelzapfen aufnimmt, ein exzentrisches Bauteil, welches mit einer Kolbenzapfenaufnahmeöffnung versehen ist, welche einen Kolbenzapfen aufnimmt und an der Pleuelstange angebracht ist, um eine Länge zwischen einer Mittelachse der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung und einer Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung zu ändern, ein Schwingbauteil, welches derart an der Pleuelstange angebracht ist, dass es schwingen kann und mit dem exzentrischen Bauteil in Eingriff kommen kann, und ein Aktorbauteil, welches konfiguriert ist, um das Schwingbauteil von einer Anfangsposition hin zu einer Stoppposition zu schwingen, wobei das Schwingbauteil mit dem exzentrischen Bauteil in Eingriff kommt, um das exzentrische Bauteil zu drehen, wenn es von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt, und von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, wenn es außer Eingriff mit dem exzentrischen Bauteil kommt.
(2) Der vorstehend in (1) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, in welchem das Schwingbauteil einen ersten Schwingarm, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil in eine Richtung zu drehen, und einen zweiten Schwingarm, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil in die andere Richtung zu drehen, aufweisen kann.
(3) Der vorstehend in (2) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei das exzentrische Bauteil drei oder mehr Vorsprünge haben kann, welche in das Schwingbauteil eingreifen, und das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors in drei oder mehr Stufen geändert werden kann.
(4) Der vorstehend in (1) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei das Schwingbauteil einen einzelnen Schwingarm aufweisen kann, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil in eine Richtung zu drehen.
(5) Der vorstehend in einem von (1) bis (4) beschriebene Variabler Kompressionsverhältnismechanismus, welcher ferner ein Sperrbauteil aufweisen kann, welches konfiguriert ist, um ein Drehen des exzentrischen Bauteils zu sperren, wenn das exzentrische Bauteil nicht mit dem Schwingbauteil in Eingriff ist.
(6) Der vorstehend in (5) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei das Schwingbauteil das Sperrbauteil kontaktieren kann, um ein Drehen des exzentrischen Bauteils zu entsperren, wenn es von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt.
(7) Der vorstehend in einem von (1) bis (6) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei das Schwingbauteil mit einer Führungsnut ausgebildet sein kann, das Aktorbauteil einen Führungsbolzen aufweisen kann und, wenn der Kurbelzapfen sich dreht, der Führungsbolzen mit der Führungsnut in Eingriff kommen kann und in der Führungsnut geführt werden kann, um das Schwingbauteil von der Anfangsposition zu der Stoppposition zu schwingen.
(8) Der vorstehend in (7) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, optional ferner mit einem Vorspannbauteil, welches das Schwingbauteil von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition vorspannen kann, wobei das Schwingbauteil von der Stoppposition zu der Anfangsposition in einen Zustand, in welchem der Führungsbolzen mit der Führungsnut in Eingriff ist, zurückkehren kann, wenn es mit dem exzentrischen Bauteil außer Eingriff kommt, und die Führungsnut ausgebildet sein kann, um eine Vorspannkraft des Vorspannbauteils zu reduzieren, wenn das Schwingbauteil von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt.
(9) Der vorstehend in einem von (1) bis (8) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei das Aktorbauteil ein sich bewegendes Bauteil, welches sich zwischen einer das Schwingbauteil kontaktierenden Kontaktposition und einer das Schwingbauteil nicht kontaktierenden kontaktlosen Position bewegt, und ein Steuerungsbauteil aufweisen kann, welches eine Bewegung des sich bewegenden Bauteils steuert.
(10) Der vorstehend in (9) beschriebene variable Kompressionsverhältnismechanismus, wobei zwei oder mehr Pleuelstangen und sich bewegende Bauteile vorgesehen sein können, wobei jedes sich bewegende Bauteil rund um jede Pleuelstange vorgesehen ist, und sich die sich bewegenden Bauteile integral bewegen.
(11) Ein Verbrennungsmotor, welcher mit einem variablen Kompressionsverhältnismechanismus nach einem der Ansprüche 1 bis 10 ausgestattet ist.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Nach der vorliegenden Erfindung ist ein variabler
Kompressionsverhältnismechanismus vorgesehen, welcher die Variation einer Reaktionszeit beim Ändern des mechanischen Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors reduzieren kann.
Figurenliste

1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, welcher mit einem variablen Kompressionsverhältnismechanismus nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist.
2 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch den variablen Kompressionsverhältnismechanismus nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
3 ist eine Vorderansicht, welche schematisch den variablen Kompressionsverhältnismechanismus nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
4 ist eine perspektivische Ansicht eines exzentrischen Bauteils.
5 ist eine Vorderansicht des exzentrischen Bauteils.
6 ist eine Vorderansicht eines ersten Schwingarms.
7 ist eine Teil-Querschnitts-Vorderansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus.
8 ist eine schematische Teil-Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus entlang der in 3 gezeigten Linie A-A.
9 ist eine schematische Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus entlang der in 1 gezeigten Linie B-B.
10 ist eine schematische Teil-Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus entlang der in 3 gezeigten Linie C-C.
11 ist eine Ansicht, welche schematisch den Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus beim Ändern einer effektiven Länge einer Pleuelstange zeigt.
12 ist eine linksseitige Ansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus, nachdem sich ein sich bewegendes Bauteil bewegt.
13 ist eine Ansicht, welche schematisch eine Situation zeigt, in welcher der erste Schwingarm das Drehen des exzentrischen Bauteils entsperrt.
14 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen variablen Kompressionsverhältnismechanismus nach einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
15 ist eine perspektivische Ansicht eines exzentrischen Bauteils.
16 ist eine Vorderansicht des exzentrischen Bauteils.
17 ist, ähnlich wie 9, eine schematische Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus.
18 ist eine Ansicht, welche schematisch den Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus beim Ändern der effektiven Länge der Pleuelstange zeigt.
19 ist eine Ansicht, welche zwei Zustände des exzentrischen Bauteils in der zweiten Ausführungsform zeigt.

Beschreibung von Ausführungsformen
Nachfolgend werden mit Bezug auf die Zeichnungen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben. Es ist anzumerken, dass in der nachfolgenden Erklärung ähnlichen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen sind.
Erste Ausführungsform
Als Erstes wird mit Bezug auf 1 bis 13 ein Variabler Kompressionsverhältnismechanismus nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung erklärt.
Verbrennungsmotor
1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors 100, welcher mit einem Variabler Kompressionsverhältnismechanismus 1 nach einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung versehen ist. Der Verbrennungsmotor 100 ist mit einem Kurbelgehäuse 2, einem Zylinderblock 3, einem Zylinderkopf 4, einem Kolben 5, einer Zündkerze 8, einem Einlassventil 9, einer Einlassnockenwelle 10, einem Ansaugkanal 11, einem Auslassventil 12, einer Auslassnockenwelle 13 und einem Auslasskanal 14 versehen. Zwischen dem Zylinderkopf 4 und dem Kolben 5 ist eine Brennkammer 7 ausgebildet. Der Zylinderblock 3 definiert einen Zylinder 15. Der Kolben 5 bewegt sich innerhalb des Zylinders 15 in der Axialrichtung des Zylinders 15 hin und her. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Zylinder vorgesehen. Es ist anzumerken, dass die spezifische Konfiguration des Verbrennungsmotors 100, wie die Anzahl von Zylindern, die Anordnung von Zylindern und Konfigurationen der Ansaug- und Abgassysteme, von der in 1 gezeigten Konfiguration abweichen kann.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus
Der Verbrennungsmotor 100 ist ferner mit einem variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 versehen, welcher das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 ändern kann. 2 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch den variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. In 2 sind von außen nicht sichtbare Teile durch gestrichelte Linien gezeigt. 3 ist eine Vorderansicht, welche schematisch den variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 nach der ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt.
Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 ist mit einer Pleuelstange 20, einem exzentrischen Bauteil 30, welches drehbar an der Pleuelstange 20 angebracht ist, einem schwingbar an der Pleuelstange 20 angebrachten Schwingbauteil, und einem Aktorbauteil 60, welches konfiguriert ist, um das Schwingbauteil zu schwingen, versehen. In der vorliegenden Ausführungsform hat das Schwingbauteil einen ersten Schwingarm 40, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil 30 in eine Richtung zu drehen, und einen zweiten Schwingarm 50, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil 30 in die andere Richtung zu drehen.
Die Pleuelstange 20 ist an einem kleinen Ende 21 durch einen Kolbenzapfen 16 mit dem Kolben 5 verbunden und ist an einem großen Ende 22 mit einem Kurbelzapfen 17 einer Kurbelwelle 18 verbunden. Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 ändert die Länge zwischen einer Achse des Kolbenzapfens 16 und einer Achse des Kurbelzapfens 17, d.h., eine effektive Länge der Pleuelstange 20, um dadurch das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 zu ändern.
Genauer gesagt nutzt der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 den ersten Schwingarm 40, um das exzentrische Bauteil 30 in eine Richtung zu drehen (in 3 gegen den Uhrzeigersinn), um dadurch die effektive Länge der Pleuelstange 20 zu erhöhen. Wenn die effektive Länge der Pleuelstange 20 länger wird, wird die Länge von dem Kolbenzapfen 16 bis zu dem Kurbelzapfen 17 länger und wird folglich das Volumen innerhalb der Brennkammer 7, wenn der Kolben 5 an dem oberen Totpunkt ist, kleiner, wie in 1 durch die durchgezogene Linie gezeigt. Andererseits ändert sich die Hublänge, mit welcher der Kolben 5 sich innerhalb des Zylinders 15 hin und her bewegt, nicht, selbst wenn sich die effektive Länge der Pleuelstange ändert. Somit wird das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 höher, wenn die effektive Länge der Pleuelstange 20 länger wird.
Ferner nutzt der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 den zweiten Schwingarm 50, um das exzentrische Bauteil 30 in die andere Richtung zu drehen (in 3 im Uhrzeigersinn), um dadurch die effektive Länge der Pleuelstange 20 zu verkürzen. Wenn die effektive Länge der Pleuelstange 20 kürzer wird, wird die Länge von dem Kolbenzapfen 16 bis zu dem Kurbelzapfen 17 kürzer und wird dadurch das Volumen der Brennkammer 7, wenn der Kolben 5 an dem oberen Totpunkt ist, größer, wie in 1 durch die gestrichelte Linie gezeigt. Andererseits bleibt die Hublänge des Kolbens 5, wie vorstehend erklärt, konstant. Somit wird das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 niedriger, wenn die effektive Länge der Pleuelstange 20 kürzer wird. Nachfolgend werden verschiedene Komponenten des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 detailliert beschrieben.
Pleuelstange
Als Erstes wird die Pleuelstange 20 erklärt. Eine Pleuelstange 20 ist für jeden der Zylinder 15 des Verbrennungsmotors 100 vorgesehen. In der vorliegenden Ausführungsform gibt es vier Pleuelstangen 20. Jede Pleuelstange 20 hat das großes Ende 22, an dem eine Kurbelaufnahmeöffnung 23 zum Aufnehmen eines Kurbelzapfens 17 vorgesehen ist, und das kleine Ende 21, wo eine das exzentrische Bauteil 30 aufnehmende Öffnung zum Aufnehmen des exzentrischen Bauteils 30 vorgesehen ist. Das kleine Ende 21 ist an der Seite des Kolbens 5 vorgesehen und ist an der dem großen Ende 22 entgegengesetzten Seite positioniert. Es ist anzumerken, dass die Kurbelaufnahmeöffnung 23 größer als die das exzentrische Bauteil 30 aufnehmende Öffnung ist, sodass der Endteil der Pleuelstange 20 an der Seite, an welcher die Kurbelaufnahmeöffnung 23 vorgesehen ist, als das „große Ende 22“ bezeichnet wird, während der Endteil der Pleuelstange 20 an der Seite, an welcher die das exzentrische Bauteil 30 aufnehmende Öffnung vorgesehen ist, als das „kleine Ende 21“ bezeichnet wird.
In dieser Beschreibung wird die Linie, welche sich durch die Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 23 (d.h., der Achse des Kurbelzapfens 17) und die Mittelachse der das exzentrische Bauteil 30 aufnehmenden Öffnung (d.h., der Achse des exzentrischen Bauteils 30), erstreckt, d.h., die Linie, welche durch die Mitte der Pleuelstange 20 verläuft, als die „Achse der Pleuelstange 20“ bezeichnet. Ferner wird die Länge der Pleuelstange 20 in einer Richtung vertikal zu der Achse der Pleuelstange 20 und vertikal zu der Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 23 als die „Breite der Pleuelstange 20“ bezeichnet. Zusätzlich wird die Länge der Pleuelstange 20 in einer Richtung parallel zu der Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung 23 als die „Dicke der Pleuelstange 20“ bezeichnet.
Exzentrisches Bauteil
Als Nächstes wird das exzentrische Bauteil 30 erklärt. 4 ist eine perspektivische Ansicht des exzentrischen Bauteils 30, während 5 eine Vorderansicht des exzentrischen Bauteils 30 ist. Das exzentrische Bauteil 30 weist einen ersten Eingriffsteil 31, einen zweiten Eingriffsteil 32 und einen Sperrteil 33 auf, welcher zwischen dem ersten Eingriffsteil 31 und dem zweiten Eingriffsteil 32 angeordnet ist. Das exzentrische Bauteil 30 ist mit einer Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 versehen, welche den Kolbenzapfen 16 aufnimmt. Die Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und verläuft in der Axialrichtung durch das exzentrische Bauteil 30.
Der erste Eingriffsteil 31 hat vier Vorsprünge 34. Die vier Vorsprünge 34 erstrecken sich von der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 in der Radialrichtung nach außen. Die Enden der Vorsprünge 34 sind abgerundet. Die Vorsprünge 34 sind an der Außenseite der Pleuelstange 20 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 angeordnet. Die Vorsprünge 34 sind mit dem ersten Schwingarm 40 in Eingriff. Wie aus 5 verständlich ist, sind die Vorsprünge 34 in gleichmäßigen Intervallen um die Achse EA des exzentrischen Bauteils 30 angeordnet. In diesem Beispiel ist das Intervall zwischen den Vorsprüngen 60°. Ferner sind die Vorsprünge 34 an einer Hälfte des Außenumfangs des exzentrischen Bauteils 30 angeordnet.
Der erste Eingriffsteil 31 ist mit dem Sperrteil 33 in der Axialrichtung des exzentrischen Bauteils 30 verbunden. Der Verbindungsteil des ersten Eingriffsteils 31 mit dem Sperrteil 33 ist in der das exzentrische Bauteil 30 aufnehmenden Öffnung der Pleuelstange 20 aufgenommen. Der zweite Eingriffsteil 32 hat eine ähnliche Form wie der erste Eingriffsteil 31. Der zweite Eingriffsteil 32 ist in der Axialrichtung des exzentrischen Bauteils 30 mit dem Sperrteil 33 verbunden. Der Verbindungsteil des zweiten Eingriffsteils 32 mit dem Sperrteil 33 ist in der das exzentrische Bauteil 30 aufnehmenden Öffnung der Pleuelstange 20 aufgenommen.
Der Sperrteil 33 hat eine zylindrische Form. Der Sperrteil 33 ist in das kleine Ende 21 der Pleuelstange 20 eingesteckt. Der Sperrteil 33 ist mit vier Sperrlöchern 35 ausgebildet. Die vier Sperrlöcher 35 erstrecken sich jeweils von der Außenoberfläche des Sperrteils 33 in der Radialrichtung nach innen. Die Sperrlöcher 35 sind in der Umfangsrichtung des exzentrischen Bauteils 30 an den gleichen Positionen wie die Vorsprünge 34 angeordnet. Sperrbolzen 91 des Sperrbauteils 90, welches später beschrieben wird, sind in die Sperrlöcher 35 eingesteckt.
Das exzentrische Bauteil 30 kann sich bezüglich dem kleinen Ende 21 um die Achse EA drehen. Somit stimmt die Achse EA des exzentrischen Bauteils 30 mit dem Drehzentrum des exzentrischen Bauteils 30 überein. Ferner ist die Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 derart ausgebildet, dass die Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 parallel zu der Achse EA des exzentrischen Bauteils 30, aber nicht koaxial dazu ist. Somit ist die Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 zu der Achse EA des exzentrischen Bauteils 30, d.h., zu dem Drehzentrum des exzentrischen Bauteils 30, versetzt.
Aus diesem Grund ändert sich die Position der Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 bezüglich der Achse EA des exzentrischen Bauteils 30, falls sich das exzentrische Bauteil 30 dreht. Wenn die Position der Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 an der Seite des großen Endes 22 ist, wird die Länge zwischen der Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 und der Mittelachse PA der Kurbelaufnahmeöffnung 23, d.h., die effektive Länge der Pleuelstange 20, kürzer. Andererseits wird die effektive Länge der Pleuelstange 20 länger, wenn die Position der Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 an der der Seite des großen Endes 22 entgegengesetzten Seite ist, d.h., an der Seite des kleinen Endes 21. Somit kann die effektive Länge der Pleuelstange 20 durch Drehen des exzentrischen Bauteils 30 geändert werden. D.h., das exzentrische Bauteil 30 ist an der Pleuelstange 20 derart angebracht, dass es sich drehen kann, um die effektive Länge der Pleuelstange 20 zu ändern.
Schwingbauteil
Als Nächstes wird das Schwingbauteil erklärt. Wie vorstehend erklärt, hat das Schwingbauteil den ersten Schwingarm 40, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil 30 in eine Richtung zu drehen, und den zweiten Schwingarm 50, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil 30 in die andere Richtung zu drehen. Der erste Schwingarm 40 und der zweite Schwingarm 50 sind derart angeordnet, dass sie in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 sandwichartig um die Pleuelstange 20 angeordnet sind.
6 ist eine Vorderansicht des ersten Schwingarms 40. Der erste Schwingarm 40 weist einen Hauptkörper 41 und einen eingreifenden Teil 42 auf, welcher an dem Frontende des Hauptkörpers 41 positioniert ist. Das Ende des eingreifenden Teils 42 ist abgerundet. Das Schwingbauteil kann mit dem exzentrischen Bauteil 30 in Eingriff kommen. Der eingreifende Teil 42 des ersten Schwingarms 40 greift in die Vorsprünge 34 des exzentrischen Bauteils 30 ein. Ferner, wie in 2 gezeigt, weist der erste Schwingarm 40 ferner einen ersten Stützbolzen 43, einen ersten Stopperbolzen 44 und einen Drehachsenbolzen 48 auf, welche sich von dem Hauptkörper 41 zu der Innenseite der Pleuelstange 20 hin erstrecken.
Wie in 6 gezeigt, ist der Hauptkörper 41 mit einer Führungsnut 45 ausgebildet, um mit einem ersten Führungsbolzen 65 des nachfolgend beschriebenen Aktorbauteils 60 in Eingriff zu kommen. Die Führungsnut 45 ist gekrümmt und verläuft in der kurzen Richtung des Hauptkörpers 41 durch den Hauptkörper 41. Ferner ist der Hauptkörper 41 mit einem Bolzenloch 46 ausgebildet, um den ersten Drehachsenbolzen 48 aufzunehmen. Der erste Drehachsenbolzen 48 ist in das Bolzenloch 46 eingepresst. Der erste Drehachsenbolzen 48 ist eine Schwingdrehachse des ersten Schwingarms 40 und kann sich innerhalb der Pleuelstange 20 drehen. Es ist anzumerken, dass der erste Drehachsenbolzen 48 an dem Hauptkörper 41 durch Schweißen etc. befestigt werden kann. In diesem Fall kann das Bolzenloch 46 weggelassen werden. Ferner ist der Hauptkörper 41 mit einer Bolzenpassagennut 47 ausgebildet, welche der erste Führungsbolzen 65 des Aktorbauteils 60 passiert, wenn der Kurbelzapfen 17 sich dreht.
Der erste Schwingarm 40 und der zweite Schwingarm 50 schwingen von ihren Anfangspositionen hin zu den Stopppositionen, wenn sie das exzentrische Bauteil 30 drehen. Der erste Schwingarm 40 und der zweite Schwingarm 50 haben entgegengesetzte Schwingrichtungen. In 3 ist die Schwingrichtung des ersten Schwingarms 40 durch den Pfeil mit durchgezogener Linie gezeigt, während die Schwingrichtung des zweiten Schwingarms 50 durch den Pfeil mit gestrichelter Linie gezeigt wird.
Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 ist ferner mit einem ersten Vorspannbauteil, welches den ersten Schwingarm 40 von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition vorspannt, und einem zweiten Vorspannbauteil versehen, welches den zweiten Schwingarm 50 von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition vorspannt. Das erste Vorspannbauteil und das zweite Vorspannbauteil sind innerhalb der Pleuelstange 20 angeordnet. 7 ist eine Teil-Querschnitts-Vorderansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1. 7 zeigt schematisch die Situation, in welcher das erste Vorspannbauteil den ersten Schwingarm 40 vorspannt. In 7 ist der erste Schwingarm 40 an der Anfangsposition positioniert. Der Pfad, wenn der erste Schwingarm 40 von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt, wird durch den Pfeil mit gestrichelter Linie gezeigt.
In der vorliegenden Ausführungsform ist das erste Vorspannbauteil eine Torsionsfeder (Torsionsspiralfeder) 80. Die Torsionsfeder 80 weist einen Spiralteil 81 sowie einen ersten Armteil 82 und einen zweiten Armteil 83 auf, welche sich von dem Spiralteil 81 erstrecken. Der Spiralteil 81 ist rund um den ersten Drehachsenbolzen 48 angeordnet. Der erste Armteil 82 wird durch den ersten Stützbolzen 43 des ersten Schwingarms 40 gestützt, während der zweite Armteil 83 durch die Pleuelstange 20 gestützt wird. Die Torsionsfeder 80 spannt den ersten Schwingarm 40 von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition vor (der Richtung, welche der gestrichelten Linie in 7 entgegengesetzt ist). Es ist anzumerken, dass das erste Vorspannbauteil ein anderes Vorspannbauteil wie eine Kompressionsspiralfeder sein kann.
Der erste Stopperbolzen 44 beschränkt den Schwingbereich des ersten Schwingarms 40, wenn er durch das erste Vorspannbauteil vorgespannt ist. Somit bestimmt der erste Stopperbolzen 44 die Anfangsposition des ersten Schwingarms 40. Es ist anzumerken, dass der Stopperbolzen 44 weggelassen werden kann, wenn der Schwingbereich des ersten Schwingarms 40 durch den ersten Stützbolzen 43 etc. beschränkt werden kann.
Das zweite Vorspannbauteil hat eine Konfiguration, welche ähnlich zu dem ersten Vorspannbauteil ist. Der zweite Schwingarm 50 schwingt jedoch in die entgegengesetzte Richtung von dem ersten Schwingarm 40, wenn er von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt, so dass die Vorspannrichtungen des ersten Vorspannbauteils und des zweiten Vorspannbauteils entgegengesetzt sind.
8 ist eine schematische Teil-Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 entlang der in 3 gezeigten Linie A-A. Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 ist ferner mit einem Drehachsenbolzen-Vorspannbauteil 86 versehen. Das Drehachsenbolzen-Vorspannbauteil 86 spannt den ersten Schwingarm 40 durch den ersten Drehachsenbolzen 48 vor und spannt den zweiten Schwingarm 50 durch einen zweiten Drehachsenbolzen 58 vor. Das Drehachsenbolzen-Vorspannbauteil 86 ist innerhalb der Pleuelstange 20 angeordnet und ist zwischen dem ersten Drehachsenbolzen 48 und dem zweiten Drehachsenbolzen 58 angeordnet. Das Drehachsenbolzen-Vorspannbauteil 86 spannt den ersten Drehachsenbolzen 48 und den zweiten Drehachsenbolzen 58 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 zum Äußeren der Pleuelstangen 20 hin vor. In dieser Ausführungsform ist das Drehachsenbolzen-Vorspannbauteil 86 eine Kompressionsspiralfeder.
Der erste Drehachsenbolzen 48 und der zweite Drehachsenbolzen 58 sind entsprechend mit einer ersten Umfangsnut und einer zweiten Umfangsnut, welche sich in den Umfangsrichtungen erstrecken, ausgebildet. An der ersten Umfangsnut und der zweiten Umfangsnut sind entsprechend ein erstes Stopperbauteil 84 und ein zweites Stopperbauteil 85 angeordnet. Das erste Stopperbauteil 84 ermöglicht ein Drehen des ersten Drehachsenbolzens 48, während es eine Bewegung des ersten Drehachsenbolzens 48 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 beschränkt. Das erste Stopperbauteil 84 bewegt sich zusammen mit dem ersten Drehachsenbolzen 48 in die Richtung der Dicke der Pleuelstange 20. Gleichermaßen ermöglicht das zweite Stopperbauteil 85 ein Drehen des zweiten Drehachsenbolzens 58, während es eine Bewegung des zweiten Drehachsenbolzens 58 in die Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 beschränkt. Das zweite Stopperbauteil 85 bewegt sich zusammen mit dem zweiten Drehachsenbolzen 58 in die Richtung der Dicke der Pleuelstange 20.
Der zweite Schwingarm 50 hat eine Form, welche ähnlich der des ersten Schwingarms 40 ist, und ist konfiguriert, um in die entgegengesetzte Richtung von dem ersten Schwingarm 40 zu schwingen, wenn er von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt.
Aktorbauteil
Als Nächstes wird das Aktorbauteil 60 erklärt. Das Aktorbauteil 60 ist innerhalb des Zylinderblocks 3 vorgesehen und schwingt das Schwingbauteil von seiner Anfangsposition hin zu der Stoppposition. 9 ist eine schematische Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 entlang der in 1 gezeigten Linie B-B. In 9 sind der Zylinderblock 3 und das Kurbelgehäuse 2 weggelassen. Das Aktorbauteil 60 weist sich bewegende Bauteile 61 und ein Steuerungsbauteil 62 zum Steuern einer Bewegung der sich bewegenden Bauteile 61 auf.
Das sich bewegende Bauteil 61 bewegt sich zwischen einer das Schwingbauteil kontaktierenden Kontaktposition und einer das Schwingbauteil nicht kontaktierenden kontaktlosen Position. Das sich bewegende Bauteil 61 weist ein erstes Balkenbauteil 63, ein zweites Balkenbauteil 64, den ersten Führungsbolzen 65, welcher sich von dem ersten Balkenbauteil 63 hin zu dem ersten Schwingarm 40 erstreckt, und einen zweiten Führungsbolzen 66, welcher sich von dem zweiten Balkenbauteil 64 hin zu dem zweiten Schwingarm 50 erstreckt, auf. Jedes sich bewegende Bauteil 61 ist um jede Pleuelstange 20 vorgesehen. Die sich bewegenden Bauteile 61 sind miteinander durch ein Rahmenbauteil 67 verbunden. Aus diesem Grund bewegen sich die um die Pleuelstangen 20 vorgesehenen, sich bewegenden Bauteile 61 integral.
Das Steuerungsbauteil 62 ist in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 an einem Endteil der Anzahl von sich bewegenden Bauteilen 61 angeordnet. Das Ende des Steuerungsbauteils 62 ist an einem sich bewegenden Bauteil 61 befestigt. Das Steuerungsbauteil 62 wird in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 aus- und eingefahren, um dadurch die sich bewegenden Bauteile 61 in die Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 zu bewegen. In 9 wird die Bewegungsrichtung der sich bewegenden Bauteile 61 durch die Pfeile angezeigt. Das Steuerungsbauteil 62 ist beispielsweise ein elektrisch gesteuerter Zug-Druck-Elektromagnet. Es ist anzumerken, dass das Kontrollbauteil 62 ein Teil sein kann, welches durch Hydraulik etc. gesteuert wird. Ferner kann das Steuerungsbauteil 62 an dem anderen Ende oder an beiden Enden der Anzahl von sich bewegenden Bauteilen 61 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 angeordnet sein.
Falls das erste Balkenbauteil 63 durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu dem ersten Schwingarm 40 bewegt wird, schiebt es den ersten Schwingarm 40 hin zu der Pleuelstange 20. Falls der erste Führungsbolzen 65 durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu dem ersten Schwingarm 40 bewegt wird, greift er aufgrund eines Drehens des Kurbelzapfens 17 in die Führungsnut 45 des ersten Schwingarms 40 ein. Andererseits schiebt es den zweiten Schwingarm 50 hin zu der Pleuelstange 20, falls das zweite Balkenbauteil 64 durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu dem zweiten Schwingarm 50 bewegt wird. Falls der zweite Führungsbolzen 66 durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu dem zweiten Schwingarm 50 bewegt wird, greift er aufgrund einer Drehung des Kurbelzapfens 17 in die Führungsnut des zweiten Schwingarms 50 ein.
Sperrbauteil
10 ist eine schematische Teil-Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 entlang der in 3 gezeigten Linie C-C. Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 ist ferner mit dem Sperrbauteil 90 versehen, welches konfiguriert ist, um eine Drehung des exzentrischen Bauteils 30 zu sperren, wenn das exzentrische Bauteil 30 nicht mit dem Schwingbauteil in Eingriff ist. Das Sperrbauteil 90 weist den Sperrbolzen 91, das Sperrbolzen-Vorspannbauteil 92 und ein Gleitbauteil 93 auf.
Der Sperrbolzen 91 hat eine Säulenform und ist in das Sperrloch 35 des exzentrischen Bauteils 30 eingesteckt, um eine Drehung des exzentrischen Bauteils 30 zu sperren. Das Sperrbolzen-Vorspannbauteil 92 spannt den Sperrbolzen 91 hin zu dem exzentrischen Bauteil 30 vor. In der vorliegenden Ausführungsform ist das Sperrbolzen-Vorspannbauteil 92 eine Kompressionsspiralfeder. Der Sperrbolzen 91 und das Sperrbolzen-Vorspannbauteil 92 sind innerhalb der Pleuelstange 20 angeordnet.
Der Sperrbolzen 91 ist mit einem Schlitz 94 zum Durchführen des Gleitbauteils 93 ausgebildet. Ferner ist die Pleuelstange 20 mit einem Durchgangsloch zum Durchführen des Gleitbauteils 93 ausgebildet. Der Schlitz 94 und das Durchgangsloch erstrecken sich in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20. Das Gleitbauteil 93 verläuft durch das Durchgangsloch und den Schlitz 94 und erstreckt sich zu der Außenseite der Pleuelstange 20 hin.
Das Gleitbauteil 93 hat eine gedrückte Fläche 95a, gegen welche der erste Schwingarm 40 drückt, eine gedrückte Fläche 95b, gegen welche der zweite Schwingarm 50 drückt, und Druckflächen 96a und 96b, welche gegen den Sperrbolzen 91 drücken. Die gedrückte Fläche 95a ist mit einer Schräge ausgebildet, um durch den ersten Schwingarm 40 zu der Innenseite der Pleuelstange 20 hin geschoben zu werden, wenn der erste Schwingarm 40 schwingt. Die Druckfläche 96a ist mit einer Schräge ausgebildet, um den Sperrbolzen 91 zu der Seite des großen Endes 22 hin zu schieben, wenn das Gleitbauteil 93 durch den ersten Schwingarm 40 geschoben wird. Die gedrückte Fläche 95b ist mit einer Schräge ausgebildet, um durch den zweiten Schwingarm 50 zu der Innenseite der Pleuelstange 20 hin geschoben zu werden, wenn der zweite Schwingarm 50 schwingt. Die Druckfläche 96b ist mit einer Schräge ausgebildet, um den Sperrbolzen 91 zu der Seite des großen Endes 22 hin zu schieben, wenn das Gleitbauteil 93 durch den zweiten Schwingarm 50 geschoben wird.
Aufgrund der vorstehend genannten Konfiguration ist der Sperrbolzen 91 in das Sperrloch 35 eingesteckt, wenn das Gleitbauteil 93 nicht durch das Schwingbauteil geschoben wird, während der Sperrbolzen 91 aus dem Sperrloch 35 herausgezogen wird, wenn das Gleitbauteil 93 durch das Schwingbauteil geschoben wird. Somit ist es möglich, ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30 zu sperren, wenn das Gleitbauteil 93 nicht durch das Schwingbauteil geschoben wird, während es möglich ist, ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30 zu entsperren, wenn das Gleitbauteil 93 durch das Schwingbauteil geschoben wird.
Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus
Nachfolgend wird mit Bezug auf 11 bis 13 der Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 erklärt. 11 ist eine Ansicht, welche schematisch den Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 beim Ändern der effektiven Länge der Pleuelstange 20 zeigt. In 11 werden der Verschiebungsbetrag des sich bewegenden Bauteils 61, der Schwingwinkel des ersten Schwingarms 40, der Drehwinkel des exzentrischen Bauteils 30 und der Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 gezeigt, wenn der Kurbelwinkel (Rotationswinkel der Kurbelwelle 18) sich ändert. Die Ansichten, welche den Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 zeigen, zeigen jeweils einen Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 bei den Kurbelwinkeln, welche unter den Figuren gezeigt sind. In diesem Beispiel wird das exzentrische Bauteil 30 aufgrund des ersten Schwingarms 40 in eine Richtung gedreht (in 11 gegen den Uhrzeigersinn), wodurch die effektive Länge der Pleuelstange 20 verlängert wird und das mechanische Kompressionsverhältnis wiederum erhöht wird.
In dem dargestellten Beispiel ist die Mittelachse der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 bei dem Kurbelwinkel CA0 an der Seite des großen Endes 22 positioniert. Aus diesem Grund ist die effektive Länge der Pleuelstange 20 am kürzesten und ist das mechanische Kompressionsverhältnis auf den niedrigsten Wert gesetzt. Ferner ist das sich bewegende Bauteil 61 an der in 9 gezeigten Position. Das erste Balkenbauteil 63 kontaktiert nicht den ersten Schwingarm 40. Aus diesem Grund ist der erste Schwingarm 40 durch die Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils an der Anfangsposition (Schwingwinkel = 0°) positioniert.
Bei dem Kurbelwinkel CA1 wird das sich bewegende Bauteil 61 durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu dem ersten Schwingarm 40 bewegt. Infolgedessen drückt das erste Balkenbauteil 63 gegen den ersten Schwingarm 40 und bewirkt, dass der erste Schwingarm 40 an der Pleuelstange 20 anliegt. Zu dieser Zeit ist der erste Schwingarm 40 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 an der gleichen Position positioniert, wie die Vorsprünge 34 des exzentrischen Bauteils 30. 12 ist eine linksseitige Ansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1, nachdem das sich bewegende Bauteil 61 sich bewegt. Es ist anzumerken, dass in 12 der erste Führungsbolzen 65 des sich bewegenden Bauteils 61 von dem ersten Schwingarm 40 in der Richtung der Breite der Pleuelstange 20 versetzt ist.
Nach dem Kurbelwinkel CA1 nähert sich der erste Schwingarm 40 mit einem Drehen des Kurbelzapfens 17 dem ersten Führungsbolzen 65 an. 11 zeigt die Drehrichtung des Kurbelzapfens 17, welcher sich um die Achse der Kurbelwelle 18 dreht, durch Pfeile an. Die Führungsnut 45 des ersten Schwingarms 40 ist ausgebildet, um mit dem ersten Führungsbolzen 65 in Eingriff zu kommen, wenn der Kurbelzapfen 17 sich dreht. Aus diesem Grund ist bei dem Kurbelwinkel CA2 der erste Führungsbolzen 65 mit der Führungsnut 45 in Eingriff.
Danach wird der erste Führungsbolzen 65, welcher mit der Führungsnut 45 in Eingriff ist, durch die Führungsnut 45 geführt. Von dem Kurbelwinkel CA2 bis zu dem Kurbelwinkel CA3 bewegt sich der erste Führungsbolzen 65 innerhalb der Führungsnut 45, während er die Seitenwände der Führungsnut 45 kontaktiert und ein Rotationsmoment auch den ersten Schwingarm 40 überträgt. Infolgedessen schwingt der erste Schwingarm 40 entgegen der Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils um den ersten Drehachsenbolzen 48 von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition. Zu dieser Zeit schiebt der erste Schwingarm 40 das Gleitbauteil 93 des Sperrbauteils 90 und entsperrt ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30.
13 ist eine Ansicht, welche schematisch die Situation zeigt, in welcher der erste Schwingarm 40 das Drehen des exzentrischen Bauteils 30 entsperrt. 13 ist eine Querschnittsansicht der gleichen Ebene wie 10. Wenn das erste Balkenbauteil 63 nicht gegen den ersten Schwingarm 40 drückt, drückt der erste Schwingarm 40 nicht gegen das Gleitbauteil 93. Danach liegt der erste Schwingarm 40 an der Pleuelstange 20 an, falls das erste Balkenbauteil 63 gegen den ersten Schwingarm 40 drückt. Zu dieser Zeit ist jedoch der erste Schwingarm 40 von dem Gleitbauteil 93 in der Richtung der Breite der Pleuelstange 20 derart versetzt, dass das Gleitbauteil 93 nicht geschoben wird. Danach drückt der erste Schwingarm 40 gegen das Gleitbauteil 93, um es zum Inneren der Pleuelstange 20 zu bewegen, falls der erste Schwingarm 40 aufgrund des ersten Führungsbolzens 65 schwingt. Wenn das Gleitbauteil 93 sich zum Inneren der Pleuelstange 20 bewegt, wird der Sperrbolzen 91 entgegen der Vorspannkraft des Sperrbolzen-Vorspannbauteils 92 zu der Seite des großen Endes 22 bewegt. Infolgedessen wird der Sperrbolzen 91 aus dem Sperrloch 35 herausgezogen und wird das Drehen des exzentrischen Bauteils 30 entsperrt.
Bei erneuter Bezugnahme auf 11 wird zwischen dem Kurbelwinkel CA2 und dem Kurbelwinkel CA3 ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30 entsperrt. Danach greift der eingreifende Teil 42 des ersten Schwingarms 40 bei dem Kurbelwinkel CA3 in die Vorsprünge 34 des exzentrischen Bauteils 30 ein. Von dem Kurbelwinkel CA3 bis zu dem Kurbelwinkel CA4 bewegt sich der erste Führungsbolzen 65 innerhalb der Führungsnut 45, es wird jedoch kein Drehmoment auf den ersten Schwingarm 40 übertragen. Aus diesem Grund erhöhen sich der Schwingwinkel des ersten Schwingarms 40 und der Drehwinkel des exzentrischen Bauteils 30 nicht.
Danach, von dem Kurbelwinkel CA4 bis zu dem Kurbelwinkel CA6, bewegt sich der erste Führungsbolzen 65 innerhalb der Führungsnut 45. Zu dieser Zeit wird ein Rotationsmoment auf den ersten Schwingarm 40 übertragen. Infolgedessen schwingt der erste Schwingarm 40 um den ersten Drehachsenbolzen 48 hin zu der Stoppposition und dreht das exzentrische Bauteil 30. 11 zeigt eine Ansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 bei dem Kurbelwinkel CA5 zwischen dem Kurbelwinkel CA4 und dem Kurbelwinkel CA6.
Bei dem Kurbelwinkel CA6 erreicht der erste Schwingarm 40 die Stoppposition und wird der Drehwinkel des exzentrischen Bauteils 30 60°. Infolgedessen werden der Vorsprung 34 und das Sperrloch 35, welches in der gleichen Umfangsrichtung wie der Sperrbolzen 91 positioniert ist, geschaltet. Aufgrund dessen bewegt sich die Mittelachse der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 hin zu der Seite des kleinen Endes 21, wird die effektive Länge der Pleuelstange 20 verlängert und wird das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 erhöht. Ferner wird bei dem Kurbelwinkel CA6 der erste Schwingarm 40 von dem Gleitbauteil 93 in die Richtung der Breite der Pleuelstange 20 verschoben. Infolgedessen wird das Gleitbauteil 93 zwischen dem Kurbelwinkel CA6 und dem Kurbelwinkel CA7 durch den Sperrbolzen 91 zu seiner Ausgangsposition zurückgeführt und wird der Sperrbolzen 91 in das Sperrloch 35 eingesteckt.
Danach, bei dem Kurbelwinkel CA7, wird das sich bewegende Bauteil 61 durch das Steuerungsbauteil 62 derart bewegt, dass es sich von dem ersten Schwingarm 40 trennt. Infolgedessen bewegt sich der erste Schwingarm 40 aufgrund der Vorspannkraft des Drehachsenbolzen-Vorspannbauteils 86 derart, dass er sich von der Pleuelstange 20 trennt, wodurch der erste Schwingarm 40 und das exzentrische Bauteil 30 außer Eingriff kommen. Ferner ist eine Änderung des Verschiebungsbetrags des sich bewegenden Bauteils 61 ausgehend von dem Kurbelwinkel CA7 kleiner als eine Änderung des Verschiebungsbetrags des sich bewegenden Bauteils 61 ausgehend von dem Kurbelwinkel CA1. Aus diesem Grund werden durch eine Bewegung des sich bewegenden Bauteils 61 der erste Schwingarm 40 und das exzentrische Bauteil 30 außer Eingriff gebracht, werden jedoch der erste Führungsbolzen 65 und die Führungsnut 45 in Eingriff gehalten.
Bei dem Kurbelwinkel CA8, wenn die Bewegung des sich bewegenden Bauteils 61 beendet ist und das exzentrische Bauteil 30 und der erste Schwingarm 40 außer Eingriff sind, schwingt aufgrund der Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils der erste Schwingarm 40 von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition. Bei dem Kurbelwinkel CA10 kehrt der erste Schwingarm 40 zu der Anfangsposition zurück. 11 zeigt eine Ansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 bei dem Kurbelwinkel CA9 zwischen dem Kurbelwinkel CA8 und dem Kurbelwinkel CA10.
Zwischen dem Kurbelwinkel CA8 und dem Kurbelwinkel CA10 wird ebenfalls der erste Führungsbolzen 65 durch die Führungsnut 45 geführt. Somit kehrt der erste Schwingarm 40 in dem Zustand, in welchem der erste Führungsbolzen 65 in die Führungsnut 45 eingreift, von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurück. Ferner ist die Führungsnut 45 ausgebildet, um die Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils zu reduzieren, wenn der erste Schwingarm 40 von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt. D.h., wenn der erste Schwingarm 40 von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, überträgt der erste Führungsbolzen 65 ein Rotationsmoment in der dem Rotationsmoment aufgrund des ersten Vorspannbauteils entgegengesetzten Richtung auf den ersten Schwingarm 40. Aus diesem Grund ist die Schwinggeschwindigkeit, wenn der erste Schwingarm 40 zu der Anfangsposition zurückkehrt, reduziert. Es ist anzumerken, dass das Rotationsmoment aufgrund des ersten Führungsbolzens 65 kleiner als das Rotationsmoment aufgrund des ersten Vorspannbauteils ist.
Danach wird bei dem Kurbelwinkel CA11 das sich bewegende Bauteil 61 durch das Steuerungsbauteil 62 zu dessen Ursprungsposition (Position bei dem Kurbelwinkel CA0) zurückgeführt. Aufgrund dessen wird nach der Änderung der effektiven Länge der Pleuelstange 20 der erste Führungsbolzen 65 daran gehindert, gegen den ersten Schwingarm 40 zu stoßen oder aufgrund eines Drehens des Kurbelzapfens 17 mit der Führungsnut 45 in Eingriff zu kommen.
Falls, wie in der vorliegenden Ausführungsform, vier Zylinder 15 vorliegen, sind vier Kurbelzapfen 17 paarweise unter einer 180°-Phasendifferenz angeordnet. Aus diesem Grund ist es aufgrund des in 11 gezeigten Betriebs möglich, gleichzeitig die effektiven Längen von zwei Pleuelstangen 20 zu erhöhen, welche an Kurbelzapfen 17 der gleichen Phase angelenkt sind. Ferner liegt zu dieser Zeit an den anderen beiden Pleuelstangen 20 aufgrund des ersten Balkenbauteils 63 der erste Schwingarm 40 an der Pleuelstange 20 an, verlaufen jedoch die ersten Führungsbolzen 65 durch die Bolzenpassagennuten 47 und greifen nicht in die Führungsnuten 45 ein. Durch Bewegen der sich bewegenden Bauteile 61 bei einem Kurbelwinkel, welcher um 180° von dem Kurbelwinkel CA1 versetzt ist, ist es möglich, gleichzeitig die effektiven Längen der anderen beiden Pleuelstangen 20 zu erhöhen. In den Pleuelstangen 20, in welchen die effektiven Längen nicht geändert wurden, passieren zu dieser Zeit die ersten Führungsbolzen 65 die Bolzenpassagennuten 47 und greifen nicht in die Führungsnuten 45 ein. Folglich ist es möglich, die effektiven Längen der Pleuelstangen 20 zu ändern, selbst wenn, wie in der vorliegenden Ausführungsform, die sich bewegenden Bauteile 61, welche um die Pleuelstangen 20 vorgesehen sind, integral bewegt werden.
Wenn das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 weiter erhöht wird, nachdem das mechanische Kompressionsverhältnis geändert wurde, wird der in 11 gezeigte Betrieb erneut durchgeführt. Andererseits wird das sich bewegende Bauteil 61 hin zu dem ersten Schwingarm 50 bewegt und dreht der zweite Schwingarm 50 das exzentrische Bauteil 30 in die andere Richtung (in 11 im Uhrzeigersinn), wenn das mechanische Kompressionsverhältnis gesenkt wird. Infolgedessen wird die effektive Länge der Pleuelstange 20 verkürzt und wird das mechanische Kompressionsverhältnis gesenkt. Es ist anzumerken, dass der zweite Schwingarm 50 nicht geschwungen wird, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis am niedrigsten eingestellt ist (Anfangszustand in 11). Andererseits wird der erste Schwingarm 40 nicht geschwungen, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis am höchsten eingestellt ist.
Es ist anzumerken, dass die sich bewegenden Bauteile 61 des Aktorbauteils 60 sich unabhängig bewegen können. In diesem Fall verbindet das Rahmenbauteil 67 die ersten Balkenbauteile 63 und zweiten Balkenbauteile 64 der sich bewegenden Bauteile 61. Die sich bewegenden Bauteile 61 sind nicht miteinander verbunden. Ferner ist für jedes sich bewegende Bauteil 61 ein Steuerungsbauteil 62 vorgesehen. Wenn die sich bewegenden Bauteile 61 unabhängig bewegt werden, ist es folglich möglich, die einzelnen, sich bewegenden Bauteile 61 mit ihrem optimalen Timing zu bewegen, sodass die Bolzenpassagennuten 47 des ersten Schwingarms 40 nicht nötig sind.
Ferner kann die Tiefe der Führungsnut 45 entlang der Route des ersten Führungsbolzens 65 derart graduell abgeflacht werden, dass der Boden der Führungsnut 45 den ersten Führungsbolzen 65 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 schiebt, wenn der erste Führungsbolzen 65 die Führungsnut 45 passiert. In diesem Fall ist die Führungsnut 45 derart ausgebildet, dass das exzentrische Bauteil 30 und der erste Schwingarm 40 außer Eingriff kommen, nachdem der Sperrbolzen 91 in das Sperrloch 35 eingesteckt wird, und dass das sich bewegende Bauteil 61 zu seiner Anfangsposition zurückkehrt, wenn der erste Führungsbolzen 65 die erste Führungsnut 45 passiert.
Funktionsweise und Effekte in der ersten Ausführungsform
In der vorliegenden Ausführungsform werden aufgrund des Schwingens des Schwingbauteils die effektive Länge der Pleuelstange 20 und wiederum das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 mechanisch geändert. Die Schwingzeit des Schwingbauteils fluktuiert abhängig von der Motorgeschwindigkeit des Verbrennungsmotors 100 etc. geringfügig, der Betrag der Fluktuation ist jedoch sehr klein. Aus diesem Grund ist es in der vorliegenden Ausführungsform möglich, die Variation der Reaktionszeit beim Ändern des mechanischen Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors 100 zu reduzieren.
In dieser Hinsicht wirkt eine Massenkraft auf den Kolbenzapfen 16, wenn der Kolben 5 sich in den Zylinder 15 des Verbrennungsmotors 100 hin und her bewegt. Ferner wirkt eine Explosionskraft auf den Kolbenzapfen 16, wenn ein Luft-KraftstoffGemisch in der Brennkammer 7 verbrannt wird. Infolgedessen wirkt ein Rotationsmoment auf das exzentrische Bauteil 30 und neigt das exzentrische Bauteil 30 dazu, sich fälschlicherweise zu drehen. Entgegengesetzt hierzu sperrt in der vorliegenden Ausführungsform das Sperrbauteil 90 ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30, wenn das exzentrische Bauteil 30 nicht mit dem Schwingbauteil in Eingriff ist. Aus diesem Grund kann ein fehlerhafter Betrieb des exzentrischen Bauteils 30 unterdrückt werden.
Ferner stößt das Schwingbauteil gegen die Pleuelstange 20 und wird ein Aufprallgeräusch erzeugt, wenn das Schwingbauteil aufgrund der Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt. Entgegengesetzt hierzu wird in der vorliegenden Ausführungsform aufgrund des ersten Führungsbolzens 65 und der Führungsnut 45 die Vorspannkraft des ersten Vorspannbauteils reduziert und wird die Schwinggeschwindigkeit des ersten Schwingarms 40 reduziert, wenn der erste Schwingarm 40 von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt. Aus diesem Grund kann das Aufprallgeräusch, welches erzeugt wird, wenn das Schwingbauteil von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, reduziert werden. Ferner können Abnutzung und Bruch des Schwingbauteils unterdrückt werden.
Um ein den Betriebszustand des Verbrennungsmotors 100 entsprechendes mechanisches Kompressionsverhältnis einzustellen, ist ferner das mechanische Kompressionsverhältnis vorzugsweise eines, welches in drei oder mehr Stufen änderbar ist. Entgegengesetzt hierzu gibt es in der vorliegenden Ausführungsform vier Vorsprünge des exzentrischen Bauteils 30, welche in das Schwingbauteil eingreifen. Aus diesem Grund ist es möglich, das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 in vier Stufen zu ändern. Es ist anzumerken, dass die Anzahl von Vorsprüngen des exzentrischen Bauteils 30 eine andere Zahl von drei oder mehr sein kann. Ferner wird die Anzahl von Vorsprüngen des exzentrischen Bauteils 30 auf zwei gesetzt, wenn das mechanische Kompressionsverhältnis in zwei Stufen geändert wird.
Ferner bewegen sich in der vorliegenden Ausführungsform die sich bewegenden Bauteile 61, welche um die Pleuelstangen 20 vorgesehen sind, integral. Aufgrund dessen ist es nicht notwendig, die sich bewegenden Bauteile 61 separat zu steuern, sodass die Konfiguration des Aktorbauteils 60 und somit die Konfiguration des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1 vereinfacht werden können. Es ist anzumerken, dass es zwei oder mehr Pleuelstangen 20 gibt, welche an dem Verbrennungsmotor 100 vorgesehen sind, wenn die sich bewegenden Bauteile 61 integral bewegt werden.
Zweite Ausführungsform
Der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1' nach einer zweiten Ausführungsform ist grundsätzlich ähnlich wie der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1 nach der ersten Ausführungsform, abgesehen von den nachstehend beschriebenen Punkten. Aus diesem Grund wird nachfolgend die zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit Fokus auf die Teile erklärt, welche unterschiedlich zu der ersten Ausführungsform sind.
14 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch einen variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1' nach der zweiten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung zeigt. Auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform hat der variable Kompressionsverhältnismechanismus 1' eine Pleuelstange 20, ein exzentrisches Bauteil 30', welches an der Pleuelstange 20 drehbar angeordnet ist, ein Schwingbauteil, welches an der Pleuelstange 20 schwingbar angeordnet ist, ein Aktorbauteil 60', welches konfiguriert ist, um das Schwingbauteil zu schwingen, und ein Sperrbauteil 90, welches konfiguriert ist, um ein Drehen des exzentrischen Bauteils 30' zu sperren. In der zweiten Ausführungsform hat das Schwingbauteil einen einzelnen Schwingarm 40', welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil 30' in eine Richtung zu drehen. Aus diesem Grund kann die Konfiguration des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1' vereinfacht werden. Es ist anzumerken, dass der Schwingarm 40' eine ähnliche Form wie der erste Schwingarm 40 in der ersten Ausführungsform hat.
Exzentrisches Bauteil
15 ist eine perspektivische Ansicht des exzentrischen Bauteils 30', während 16 eine Vorderansicht des exzentrischen Bauteils 30' ist. Das exzentrische Bauteil 30' enthält einen Eingriffsteil 31' und einen Sperrteil 33', welcher an dem Eingriffsteil 31' angrenzt. Das exzentrische Bauteil 30' ist mit einer Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 versehen, welche einen Kolbenzapfen 16 aufnimmt. Die Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet und verläuft in dessen Axialrichtung durch das exzentrische Bauteil 30'.
Der Eingriffsteil 31' hat sechs Vorsprünge 34. Die sechs Vorsprünge 34 erstrecken sich jeweils von der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 in der Radialrichtung nach außen. Die Enden der Vorsprünge 34 sind abgerundet. Die Vorsprünge 34 sind an der Außenseite der Pleuelstange 20 in der Richtung der Dicke der Pleuelstange 20 angeordnet. Die Vorsprünge 34 greifen in den Schwingarm 40' ein. Wie aus 16 verständlich ist, sind die Vorsprünge 34 in gleichen Intervallen rund um die Achse EA des exzentrischen Bauteils 30' angeordnet. In diesem Beispiel sind die Intervalle der Vorsprünge 60°. Ferner sind die Vorsprünge 34 über den gesamten Außenumfang des exzentrischen Bauteils 30' angeordnet. Der Eingriffsteil 31' ist mit dem Sperrteil 33' in der Axialrichtung des exzentrischen Bauteils 30' verbunden. Der Verbindungsteil des Eingriffsteils 31' mit dem Sperrteil 33' ist in der das exzentrische Bauteil 30' aufnehmenden Öffnung der Pleuelstange 20 aufgenommen.
Der Sperrteil 33' hat eine zylindrische Form. Der Sperrteil 33' ist in das kleine Ende 21 der Pleuelstange 20 eingesteckt. Der Sperrteil 33' ist mit sechs Sperrlöchern 35 ausgebildet. Die sechs Sperrlöcher 35 erstrecken sich jeweils von der Außenfläche des Sperrteils 33' in der Radialrichtung nach innen. Die Sperrlöcher 35 sind in der Umfangsrichtung des exzentrischen Bauteils 30' an den gleichen Positionen wie die Vorsprünge 34 angeordnet. Die Sperrbolzen 91 des Sperrbauteils 90 sind in die Sperrlöcher 35 eingesteckt.
Aktorbauteil
17 ist, ähnlich wie 9, eine schematische Querschnittsansicht des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1'. Das Aktorbauteil 60' enthält sich bewegende Bauteile 61' und ein Steuerungsbauteil 62, welches die Bewegungen der sich bewegenden Bauteile 61' steuert. Das sich bewegende Bauteil 61' bewegt sich zwischen einer das Schwingbauteil kontaktierenden Kontaktposition und einer das Schwingbauteil nicht kontaktierenden kontaktlosen Position. Das sich bewegende Bauteil 61' enthält ein Balkenbauteil 63' und einen Führungsbolzen 65', welcher sich von dem Balkenbauteil 63' hin zu dem Schwingarm 40' erstreckt. Die sich bewegenden Bauteile 61' sind um die Pleuelstangen 20 vorgesehen und sind miteinander durch ein Rahmenbauteil 67' verbunden. Aus diesem Grund bewegen sich die um die Pleuelstangen 20 vorgesehenen, sich bewegenden Bauteile 61' integral.
Falls die Balkenbauteile 63' durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu den Schwingarmen 40' bewegt werden, werden die Schwingarme 40' hin zu den Pleuelstangen 20 geschoben. Falls die Führungsbolzen 65' durch das Steuerungsbauteil 62 hin zu den Schwingarmen 40' bewegt werden, kommen diese aufgrund der einer Rotation der Kurbelwelle 18 mit den Führungsnuten 45 der Schwingarme 40' in Eingriff.
Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus
18 ist eine Ansicht, welche schematisch den Betrieb des variablen Kompressionsverhältnismechanismus 1' beim Ändern der effektiven Länge der Pleuelstange 20 zeigt. In diesem Beispiel wird das exzentrische Bauteil 30' durch den Schwingarm 40' in eine Richtung (in 18 gegen den Uhrzeigersinn) gedreht, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange 20 verlängert wird. Wie aus 18 verständlich, wird auch in der zweiten Ausführungsform die effektive Länge der Pleuelstange 20 auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform verlängert.
In der zweiten Ausführungsform wird jedoch das exzentrische Bauteil 30' nicht in die andere Richtung gedreht (in 18 im Uhrzeigersinn). Aus diesem Grund wird in der zweiten Ausführungsform das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 in zwei Stufen geändert, während das exzentrische Bauteil 30' zwischen zwei in 19 gezeigten Zuständen umgeschaltet wird. In 19 zeigt das untere exzentrische Bauteil 30' den Zustand eines hohen Kompressionsverhältnisses, während das obere exzentrische Bauteil 30' den Zustand eines niedrigen Kompressionsverhältnisses zeigt. Das mechanische Kompressionsverhältnis wird geschaltet, indem der in 18 gezeigte Betrieb drei Mal wiederholt wird. Aus diesem Grund werden auch in der zweiten Ausführungsform die effektive Länge der Pleuelstange 20 und somit das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors 100 durch das Schwingen des Schwingbauteils mechanisch geändert. Somit ist es möglich, die Variation der Reaktionszeit beim Ändern des mechanischen Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors 100 zu reduzieren.
Es ist anzumerken, dass die sich bewegenden Bauteile 61' des Aktorbauteils 60' in der Lage sein können, sich auf die gleiche Weise wie in der ersten Ausführungsform unabhängig zu bewegen. In diesem Fall ist das Rahmenbauteil 67' nicht notwendig und ist ein Steuerungsbauteil 62 für jedes sich bewegende Bauteil 61' vorgesehen. Wenn die sich bewegenden Bauteile 61' unabhängig bewegt werden, ist es somit möglich, die einzelnen, sich bewegenden Bauteile 61 mit ihrem optimalen Timing zu bewegen, sodass die Bolzenpassagennut 47 des Schwingarms 40' nicht notwendig ist.
Ferner können das exzentrische Bauteil 30' und der Schwingarm 40' wie beispielsweise in WO 2016/ 037 696 A1 gezeigte Getriebestrukturen haben und kann das exzentrische Bauteil 30' durch einen Schwingbetrieb des Schwingarms 40' um 180° gedreht werden. In diesem Fall ermöglicht ein Schwingbetrieb des Schwingarms 40', dass das mechanische Kompressionsverhältnis geschaltet wird. Ferner ist es möglich, die Mittelachse PA der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung 36 auf der Achse der Pleuelstange 20 zu platzieren, während das exzentrische Bauteil 30' nicht mit dem Schwingarm 40' in Eingriff ist. In diesem Fall wird, selbst wenn eine Massenkraft und eine Explosionskraft auf den Kolbenzapfen wirken, nahezu kein Rotationsmoment erzeugt, welches eine Drehung des exzentrischen Bauteils 30' verursacht. Aus diesem Grund kann das Sperrbauteil 90 weggelassen werden.
Vorstehend sind bevorzugte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung erklärt worden, die vorliegende Erfindung ist jedoch nicht auf diese Ausführungsformen begrenzt und kann innerhalb des Umfangs der Ansprüche auf verschiedene Art und Weise modifiziert und geändert werden.
Bezugszeichenliste

1,1': Variabler Kompressionsverhältnismechanismus
16: Kolbenzapfen
17: Kurbelzapfen
20: Pleuelstange
23: Kurbelaufnahmeöffnung
30, 30': exzentrisches Bauteil
36: Kolbenzapfenaufnahmeöffnung
40: erster Schwingarm
40': Schwingarm
45: Führungsnut
50: zweiter Schwingarm
60, 60': Aktorbauteil
61, 61': sich bewegendes Bauteil
62: Steuerungsbauteil
65, 65', 66: Führungsbolzen
80: Vorspannbauteil
90: Sperrbauteil
100: Verbrennungsmotor

Claims

Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') zum Ändern eines mechanischen Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors (100) mit: einer Pleuelstange (20), welche mit einer einen Kurbelzapfen (17) aufnehmenden Kurbelaufnahmeöffnung (23) versehen ist; einem exzentrischen Bauteil (30, 30'), welches mit einer einen Kolbenzapfen (16) aufnehmenden Kolbenzapfenaufnahmeöffnung (36) versehen ist und an der Pleuelstange (20) derart angebracht ist, dass es sich drehen kann, um eine Länge zwischen einer Mittelachse der Kolbenzapfenaufnahmeöffnung (36) und einer Mittelachse der Kurbelaufnahmeöffnung (23) zu ändern; einem Schwingbauteil (40, 40', 50), welches an der Pleuelstange (20) schwingbar angebracht ist und in das exzentrische Bauteil (30, 30') eingreifen kann; und einem Aktorbauteil (60, 60'), welches konfiguriert ist, um das Schwingbauteil (40, 40', 50) von einer Anfangsposition hin zu einer Stoppposition zu schwingen, wobei das Schwingbauteil (40, 40', 50) in das exzentrische Bauteil (30, 30') eingreift, um das exzentrische Bauteil (30, 30') zu drehen, wenn es von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt, und von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, wenn es mit dem exzentrischen Bauteil (30, 30') außer Eingriff kommt.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1) nach Anspruch 1, wobei das Schwingbauteil (40, 50) einen ersten Schwingarm (40), welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil (30) in eine Richtung zu drehen, und einen zweiten Schwingarm (50), welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil (30) in die andere Richtung zu drehen, aufweist.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1) nach Anspruch 2, wobei das exzentrische Bauteil (30) drei oder mehr Vorsprünge hat, welche mit dem Schwingbauteil (40, 50) in Eingriff kommen, und das mechanische Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors (100) in drei oder mehr Stufen geändert wird.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1') nach Anspruch 1, wobei das Schwingbauteil (40') einen einzelnen Schwingarm aufweist, welcher konfiguriert ist, um das exzentrische Bauteil (30') in eine Richtung zu drehen.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 4, ferner mit einem Sperrbauteil (90), welches konfiguriert ist, um ein Drehen des exzentrischen Bauteils (30, 30') zu sperren, wenn das exzentrische Bauteil (30, 30') nicht mit dem Schwingbauteil (40, 40', 50) in Eingriff ist.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach Anspruch 5, wobei das Schwingbauteil (40, 40', 50) das Sperrbauteil (90) kontaktiert, um ein Drehen des exzentrischen Bauteils (30, 30') zu entsperren, wenn es von der Anfangsposition hin zu der Stoppposition schwingt.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Schwingbauteil (40, 40', 50) mit einer Führungsnut (45) ausgebildet ist, das Aktorbauteil (60, 60') einen Führungsbolzen (65, 65', 66) aufweist und, wenn der Kurbelzapfen (17) sich dreht, der Führungsbolzen (65, 65', 66) mit der Führungsnut (45) in Eingriff kommt und in der Führungsnut (45) geführt wird, um das Schwingbauteil (40, 40', 50) von der Anfangsposition zu der Stoppposition zu schwingen.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach Anspruch 7, ferner mit einem Vorspannbauteil (80), welches das Schwingbauteil (40, 40', 50) von der Stoppposition hin zu der Anfangsposition vorspannt, wobei das Schwingbauteil (40, 40', 50) in dem Zustand, in welchem der Führungsbolzen (65, 65', 66) mit der Führungsnut in Eingriff ist, von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt, wenn es mit dem exzentrischen Bauteil (30, 30') außer Eingriff kommt, und die Führungsnut (45) ausgebildet ist, um eine Vorspannkraft des Vorspannbauteils (80) zu reduzieren, wenn das Schwingbauteil (40, 40', 50) von der Stoppposition zu der Anfangsposition zurückkehrt.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Aktorbauteil (60, 60') ein sich bewegendes Bauteil (61, 61'), welches sich zwischen einer das Schwingbauteil (40, 40', 50) kontaktierenden Kontaktposition und einer das Schwingbauteil (40, 40', 50) nicht kontaktierenden kontaktlosen Position bewegt, und ein Steuerungsbauteil (62) aufweist, welches eine Bewegung des sich bewegenden Bauteils (61, 61') steuert.
Variabler Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach Anspruch 9, wobei es zwei oder mehr Pleuelstangen (20) und sich bewegende Bauteile (61, 61') gibt, jedes sich bewegende Bauteil (61, 61') um jede der Pleuelstangen (20) vorgesehen ist und sich die sich bewegenden Bauteile (61, 61') integral bewegen.
Verbrennungsmotor (100), welcher mit einem variablen Kompressionsverhältnismechanismus (1, 1') nach einem der Ansprüche 1 bis 10 versehen ist.