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Technisches Gebiet
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Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf einen Verbrennungsmotor.
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Stand der Technik
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WO 2016/ 037 696 A1 offenbart als einen herkömmlichen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der ein mechanisches Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors ändern kann, einen Mechanismus, in dem ein Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende, das an einem kleinen Ende einer Pleuelstange ausgebildet ist, zur Drehbarkeit ein exzentrisches Element eingesteckt ist, das einen Kolbenbolzen so stützt, dass eine Mittelachse des Kolbenbolzens an einer Position positioniert ist, die von einer Mittelachse des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende um genau einen vorbestimmten Betrag versetzt ist. Gemäß der Beschaffenheit des herkömmlichen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus ist es möglich, die Mittelachse des Kolbenbolzens um die Mittelachse des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende auf und ab zu bewegen (Zylinderaxialrichtung), indem das exzentrische Element innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs in beide Richtungen gedreht wird. Daher ist es möglich, die Länge der Mittelachse des Kolbenbolzens bis zur Mittelachse des Kurbelzapfens (nachstehend als „Pleuelstangenlänge“ bezeichnet) veränderlich zu machen. Wenn als Folge beispielsweise bei Verlängerung der Pleuelstangenlänge das Volumen einer Brennkammer geringer wird, wenn ein Kolben am oberen Verdichtungstotpunkt positioniert ist, ist es möglich, das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors zu erhöhen. Wenn, im Gegensatz dazu, andererseits die Pleuelstangenlänge kürzer wird, wird das Volumen der Verbrennungskammer größer, wenn ein Kolben am oberen Verdichtungstotpunkt positioniert ist, sodass das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors verringert werden kann.
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Zudem offenbart die
DE 10 2013 225 063 A1 einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus, der durch die Massenkräfte eines Arbeitskolbens und die Gaskräfte im Zylinder einer Brennkraftmaschine angetrieben wird.
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Ferner offenbart die
US 2002/ 0 056 340 A1 eine Kurbelwelle, bei der zwei bewegliche Elemente in einem Gegengewicht der Kurbelwelle untergebracht sind.
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Die
WO 2014/ 019 684 A1 offenbart eine Aktuierungseinheit für variable Triebwerkskomponenten, bei der ein Mechanismus für ein variables Verdichtungsverhältnis an einer Pleuelstange verstellt wird.
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Zusammenfassung der Offenbarung
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Hier ist der oben erwähnte herkömmliche variable Verdichtungsverhältnismechanismus so konfiguriert, um den Drehwinkel des exzentrischen Elements einzuschränken, indem das exzentrische Element schließlich zum Anstoßen gegen einen Anschlag gebracht wird, wenn das exzentrische Element zur Drehung gebracht wird. Allerdings steuert der oben erwähnte herkömmliche variable Verdichtungsverhältnismechanismus nicht die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements, sodass das stoßartige Geräusch beim Anschlagen des exzentrischen Elements an den Anschlag größer wird und wahrscheinlich ein Geräusch erzeugt wird.
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Die vorliegende Offenbarung wurde unter Fokussierung auf ein solches Problem gemacht und hat als Ziel, das Geräusch zu unterdrücken, das vom variablen Verdichtungsverhältnismechanismus erzeugt wird, der eine Pleuelstangenlänge verändert, um ein mechanisches Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu ändern.
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Um dieses Problem zu lösen, ist gemäß einem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ein variabler Verdichtungsverhältnismechanismus vorgesehen, der eine Pleuelstangenlänge in einem Bereich von einer Mittelachse eines Kolbenbolzens bis zu einer Mittelachse eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle ändert, um ein mechanisches Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors zu ändern, der mit einer Pleuelstange versehen ist, die mit einem ersten Wellenaufnahmeloch versehen ist, das an einem kleinen Ende ausgebildet ist, und mit einem zweiten Wellenaufnahmeloch, das an einem großen Ende ausgebildet ist und einen Kurbelzapfen stützt, einem exzentrischen Element, das zur Drehbarkeit in das erste Wellenaufnahmeloch eingesteckt ist und das den Kolbenbolzen so stützt, dass die Mittelachse des Kolbenbolzens an einer Position positioniert ist, die von einer Mittelachse des ersten Wellenaufnahmeloches um genau einen vorbestimmten Betrag versetzt ist, Anschlägen, die am kleinen Ende vorgesehen sind, gegen welche das exzentrische Element anstößt, um einen Drehbereich des exzentrischen Elements einzuschränken, und die das exzentrische Element dazu bringen, bei einer Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position, bei der die Pleuelstangenlänge kurz wird, und bei einer Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position, bei der die Pleuelstangenlänge lang wird, zu stoppen, einem ersten Zahnrad, das am exzentrischen Element vorgesehen ist und sich zusammen mit dem exzentrischen Element dreht, einem zweiten Zahnrad, das zur Drehbarkeit an der Pleuelstange angebracht ist und das mit dem ersten Zahnrad in Eingriff tritt, um das erste Zahnrad zur Drehung zu bringen, und einem Zahnradantriebsmechanismus versehen ist, um das zweite Zahnrad dazu zu bringen, sich zu drehen, um das exzentrische Element dazu zu bringen, sich zu drehen. Des Weiteren ist der Zahnradantriebsmechanismus mit einem Zahnradantriebsstift versehen, der am zweiten Zahnrad vorgesehen ist, einem ersten beweglichen Element und einem zweiten beweglichen Element, das in einem Gegengewicht der Kurbelwelle untergebracht ist und konfiguriert ist, sich auf die Seite des Zahnradantriebsstiftes bewegen zu können, wenn das exzentrische Element zur Drehung gebracht wird, wobei eine erste Führungsnut an einer Fläche des ersten beweglichen Elements ausgebildet ist, die dem Zahnradantriebsstift zugewandt ist und mit dem Zahnradantriebsstift in Eingriff steht, wenn das exzentrische Element von der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position zur Drehung in Richtung der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und wobei eine zweite Führungsnut an einer Fläche des zweiten beweglichen Elements ausgebildet ist, die dem Zahnradantriebsstift zugewandt ist und mit dem Zahnradantriebsstift in Eingriff tritt, wenn das exzentrische Element von der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position zur Drehung in Richtung der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und konfiguriert ist, den Zahnradantriebsstift zur Bewegung relativ zu dem Gegengewicht entlang der ersten Führungsnut und entlang der zweiten Führungsnut zu bringen, um das zweite Zahnrad zur Drehung zu bringen.
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Gemäß diesem Aspekt der vorliegenden Offenbarung ist es möglich, das Geräusch, das vom variablen Verdichtungsverhältnismechanismus erzeugt wird, zu unterdrücken, wenn die Pleuelstangenlänge geändert wird, um das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors zu ändern.
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Figurenliste
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- 1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.
- 2 ist eine schematische Vorderansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 3 ist eine schematische Perspektivansicht, bei der der variable Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung von der Vorderseite gezeigt wird.
- 4 ist eine schematische Rückansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung.
- 5 ist eine schematische Perspektivansicht, bei der der variable Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung von der Rückseite gezeigt wird.
- 6 ist eine Perspektivansicht eines Schenkelantriebsmechanismus.
- 7 ist eine Ansicht, die eine Positionsbeziehung des Schenkelantriebsmechanismus etc. zu einem vorbestimmten Zeitpunkt in einem Auslasshub zeigt.
- 8 ist eine Ansicht, die einen Vergleich zwischen dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus in dem Zustand zeigt, in dem das mechanische Verdichtungsverhältnis ein geringes Verdichtungsverhältnis gemacht wird, und dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus in dem Zustand, in dem das mechanische Verdichtungsverhältnis ein hohes Verdichtungsverhältnis gemacht wird.
- 9 ist eine Vorderansicht, die den Zustand vor dem Schalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses vom hohen Verdichtungsverhältnis auf das geringe Verdichtungsverhältnis zeigt.
- 10 ist eine Vorderansicht, die den Zustand nach dem Schalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses vom geringen Verdichtungsverhältnis auf das hohe Verdichtungsverhältnis zeigt.
- 11 ist eine Draufsicht in Bezug auf 9.
- 12 ist eine Draufsicht in Bezug auf 10.
- 13 ist eine Ansicht, die eine Schaltschienenantriebsvorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erklärt.
- 14 ist eine Draufsicht eines Verschiebungselements betrachtet von einer Gegengewichtsseite.
- 15 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Verschiebeelement von einem Ursprungszustand aus zur Bewegung gebracht wird, um eine zweite Schaltschiene zur Bewegung auf eine Pleuelstangenseite zu bringen.
- 16 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Verschiebeelement von dem Zustand aus zur Bewegung gebracht wird, der in 15 gezeigt ist, um die zweite Schaltschiene zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange zu bringen, um in den Ursprungszustand zurückzukehren.
- 17 ist eine Ansicht, die einen Zustand zeigt, in dem das Verschiebeelement vom Ursprungszustand aus zur Bewegung gebracht wird, um die zweite Schaltschiene zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 zu bringen.
- 18 ist eine Ansicht, die einen geschlossenen Ölkanal zeigt, der an der Innenseite des Gegengewichtes ausgebildet ist.
- 19 ist eine Ansicht, die einen Zustand des geschlossenen Ölkanals zeigt, wenn die zweite Schaltschiene von dem Zustand aus zu Bewegung gebracht wird, der in 18 gezeigt ist, und zwar in eine Richtung weg von der Pleuelstange.
- 20 ist eine Ansicht, die einen Zustand des geschlossenen Ölkanals zeigt, wenn die zweite Schaltschiene von dem Zustand, der in 18 gezeigt ist, aus zur Bewegung zur Seite der Pleuelstange gebracht wird.
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Beschreibung der Ausführungsformen
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Nachstehend werden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung mit Bezug auf die Zeichnungen im Detail beschrieben. Es ist zu beachten, dass in den folgenden Erklärungen gleichartigen Komponenten die gleichen Bezugszeichen zugewiesen werden.
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Erste Ausführungsform
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1 ist eine schematische Querschnittsansicht eines Verbrennungsmotors 1, der mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung versehen ist.
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Wie es in 1 gezeigt ist, ist der Verbrennungsmotor 1 mit einem Zylinderblock 2, einem Zylinderkopf 3, der oberhalb des Zylinderblocks 2 angebracht ist, einem Kurbelgehäuse 4, das unterhalb des Zylinderblocks 2 angebracht ist, und einer Ölwanne 5 versehen, die unterhalb des Kurbelgehäuses 4 angebracht ist.
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Der Zylinderblock 2 ist mit den Zylindern 6 ausgebildet. In der vorliegenden Ausführungsform sind vier Zylinder 6 in einer Reihe entlang einer Längsrichtung des Zylinderblocks 2 ausgebildet. Innerhalb der Zylinder 6 sind Kolben 7 vorgesehen, die einen Verbrennungsdruck aufnehmen und sich innerhalb der Zylinder 6 vor- und zurückbewegen. Die Räume, die durch den Zylinderkopf 3, die Zylinder 6 und die Kolben 7 definiert werden, sind Brennkammern 8.
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Die Kolben 7 sind mit einer Kurbelwelle 9 verbunden, die innerhalb des Kurbelgehäuses 4 gestützt ist, um durch die Pleuelstange 30 gedreht werden zu können, die einen Teil des später erklärten variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 bildet. Aufgrund dieser Kurbelwelle 9 wird die Hin- und Herbewegung der Kolben 7 in eine Drehbewegung umgewandelt. Die Kurbelwelle 9 ist mit Wellenzapfen 9a, die durch das Kurbelgehäuse 4 drehbar gelagert werden, mit Kurbelzapfen 9b, die sich um die Wellenzapfen 9a drehen, und mit Gegengewichten 9c versehen, um die Kurbelwelle 9 laufruhig zu drehen.
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Der Zylinderkopf 3 ist mit Einlasskanälen 10 ausgebildet, die sich zu einer Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 öffnen (rechte Seite in der Figur) sowie zu den Brennkammern 8 und Auslasskanälen 11 öffnen, die sich zu der anderen Seitenfläche des Zylinderkopfes 3 (linke Seite in der Figur) und zu den Brennkammern 8 öffnen.
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Des Weiteren sind am Zylinderkopf 3 Zündkerzen 14 zur Zündung eines Luft-Kraftstoff-Gemischs aus Kraftstoff, der von Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 13 eingespritzt wird, die an einem Ansaugkrümmer 12 angebracht sind, und Luft innerhalb der Brennkammern 8 angeordnet, um den Brennkammern 8 zugewandt zu sein. Es ist zu beachten, dass die Kraftstoffeinspritzvorrichtungen 13 am Zylinderkopf 3 angebracht sein können, um Kraftstoff direkt in die Brennkammern 8 einspritzen zu können.
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Des Weiteren ist der Zylinderkopf 3 mit Einlassventilen 15 zum Öffnen und Schließen der Öffnungen zwischen den Brennkammern 8 und den Ansaugkanälen 10 und mit einer Einlassventilbetätigungsvorrichtung 16 zur Antriebsbetätigung der Einlassventile 15 versehen. Des Weiteren ist der Zylinderkopf 3 mit Auslassventilen 17 zum Öffnen und Schließen der Öffnungen zwischen den Brennkammern 8 und den Auslasskanälen 11 und einer Auslassventilbetätigungsvorrichtung 18 zur Antriebsbetätigung der Auslassventile 17 versehen.
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Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 20 ist konfiguriert, das Volumen einer Brennkammer 8 ändern zu können, wenn ein Kolben 7 am oberen Totpunkt positioniert ist, indem die Pleuelstangenlänge (Länge von einer Mittelachse eines Kolbenbolzens 7a (= Mittelachse P2 des später erklärten exzentrischen Wellenlagers 44) bis zur Mittelachse P3 des Kurbelzapfens 9b) geändert wird. Durch die Verlängerung der Pleuelstangenlängen werden die Volumina der Brennkammern 8 kleiner, wenn die Kolben 7 am oberen Totpunkt positioniert sind, sodass es möglich ist, das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 zu erhöhen. Andererseits werden durch die Verkürzung der Pleuelstangenlängen die Volumina der Brennkammern 8 größer, wenn die Kolben 7 am oberen Totpunkt positioniert sind, sodass es möglich ist, das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors 1 zu verringern. Nachstehend werden die Details des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 gemäß der vorliegenden Ausführungsform unter Bezug auf 2 bis 13 erklärt.
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2 ist eine schematische Vorderansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20. 3 ist eine schematische Perspektivansicht, bei der der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 20 von der Vorderseite gezeigt wird. 4 ist eine schematische Rückansicht des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20. 5 ist eine schematische Perspektivansicht, bei der der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 20 von der Rückseite gezeigt wird. Es ist zu beachten, dass zur Vereinfachung der vorliegenden Erklärung die Richtung, die mit der Axialrichtung der Zylinder übereinstimmt (Oben-Unten-Richtung der 2), als „Pleuelstangenlängsrichtung“ bezeichnet wird, die Richtung, die mit der Blocklängsrichtung (Tiefenrichtung des Papiers der 2) übereinstimmt, als die „Pleuelstangentiefenrichtung“ bezeichnet wird, und die Richtung, die mit der Blockbreitenrichtung (Links-Rechts-Richtung der 2) übereinstimmt, als die „Pleuelstangenbreitenrichtung“ bezeichnet wird.
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Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 20 ist mit einer Pleuelstange 30, einem exzentrischen Element 40, einem zweiten Zahnrad 50, das nachfolgend als ein Segmentzahnrad 50 bezeichnet wird, einem Sperrmechanismus 60 zur Fixierung des exzentrischen Elements 40 und einem Zahnradantriebsmechanismus 70 versehen, um das Segmentzahnrad 50 zur Drehung zu bringen, um das exzentrische Element 40 zur Drehung zu bringen. Nachstehend werden zuerst mit Bezug auf 2 bis 8 die spezifischen Konfigurationen der Pleuelstange 30, des exzentrischen Elements 40, des Segmentzahnrads 50 und des Sperrmechanismus 60 erklärt. Danach werden unter Bezug auf 9 bis 12 die spezifischen Konfigurationen des Zahnradantriebsmechanismus 70 erklärt.
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Die Pleuelstange 30 ist ein Element zur Verbindung des Kolbens 7 und der Kurbelwelle 9 und ist mit einem kleinen Ende 31, einem großen Ende 32 und einem Pleuelschaft 33 versehen.
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Das kleine Ende 31 ist ein Teil, der an einer Endseite in der Pleuelstangenlängsrichtung (Seite des Kolbens 7) ausgebildet ist und als ein Lager zur Lagerung des Kolbens 7 durch den Kolbenbolzen 7a fungiert. Am kleinen Ende 31 ist ein Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende 34 zum Einstecken des exzentrischen Elementes 40 ausgebildet.
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Des Weiteren sind an der Vorderfläche des kleinen Endes 31 ein erster Anschlag 35 und ein zweiter Anschlag 36 ausgebildet, die aus der Vorderfläche des kleinen Endes 31 in die Pleuelstangentiefenrichtung herausragen. Der erste Anschlag 35 und der zweite Anschlag 36 stoßen gegen einen zahnlosen Teil 42a des später erklärten exzentrischen Elements 40 an und schränken den Drehwinkelbereich des exzentrischen Elements 40 auf einen vorbestimmten Drehwinkelbereich ein (in der vorliegenden Ausführungsform ca. 180°).
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Das große Ende 32 ist ein Teil, das an der anderen Endseite in der Pleuelstangenlängsrichtung (Seite der Kurbelwelle 9) ausgebildet ist und als ein Lager zur Lagerung des Kurbelzapfens 9b fungiert. Am großen Ende 32 ist ein Wellenaufnahmeloch am großen Loch 37 zum Einstecken des Kurbelzapfens 9b ausgebildet.
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Der Pleuelschaft 33 ist ein Teil, der sich vom kleinen Ende 31 bis zum großen Ende 32 in der Pleuelstangenlängsrichtung erstreckt. Am Pleuelschaft 33 ist eine Schenkelstütze 38 ausgebildet, die aus einer Seitenfläche (in 2 und 3 die linke Seite in der Figur und in 4 und 5 die rechte Seite in der Figur) in die Pleuelstangenbreitenrichtung herausragt und als ein Lager zum Lagern des später erklärten Sperrschenkels 61 fungiert.
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Das exzentrische Element 40 ist ein Element, das zur Drehbarkeit in das Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende 34 eingesteckt ist und den Kolbenbolzen 7a stützt, sodass die Mittelachse des Kolbenbolzens 7a an einer Position positioniert ist, die um genau einen vorbestimmten Betrag von der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 versetzt ist. Das exzentrische Element 40 ist mit einem säulenförmigen Hauptkörper 41, einem ersten Zahnrad 42, das nachfolgend als ein teilweise verzahntes Zahnrad 42 bezeichnet wird, das an der Vorderseite des Hauptkörpers 41 vorgesehen ist (siehe 2 und 3), und einem Eingriffsteil 43 versehen, das an der Rückseite des Hauptkörpers 41 vorgesehen ist (siehe 4 und 5).
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Der Hauptkörper 41 ist mit einem Außendurchmesser ausgebildet, der im Wesentlichen mit dem Innendurchmesser des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 übereinstimmt, und wird in das Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende 34 eingesteckt, um sich in beide Richtungen um die Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 als Drehmittelpunkt drehen zu können. Am Hauptkörper 41 ist ein exzentrisches Wellenlager 44 ausgebildet, das eine Mittelachse P2 an einer Position hat, die von der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 um genau einen vorbestimmten Betrag versetzt ist. In das exzentrische Wellenlager 44 wird der Kolbenbolzen 7a eingesteckt. Daher dreht sich bei einer Umdrehung des exzentrischen Elements 40 die Mittelachse des Kolbenbolzens 7a (= Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44) um eine Umdrehung um die Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist das teilweise verzahnte Zahnrad 42 ein außenverzahntes Zahnrad, das an einem Bereich einen zahnlosen Teil 42a hat, und ist an der Vorderfläche des Hauptkörpers 41 ausgebildet, um entlang der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 41 zu verlaufen. Durch Drehung des teilweise verzahnten Zahnrads 42 dreht sich der Hauptkörper 41 zusammen mit dem teilweise verzahnten Zahnrad 42. Bei Betrachtung der Pleuelstange 30 von vorne ist der zahnlose Teil 42a so ausgebildet, um schließlich gegen den ersten Anschlag 35 anzustoßen, wenn das teilweise verzahnte Zahnrad 42 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Des Weiteren ist es so ausgebildet, um schließlich gegen den zweiten Anschlag 36 zu stoßen, wenn das teilweise verzahnte Zahnrad 42 im Gegensatz dazu zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn gebracht wird.
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Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Eingriffsteil 43 ein Teil, der aus der Rückfläche des Hauptkörpers 41 in die Pleuelstangentiefenrichtung herausragt. In der vorliegenden Ausführungsform ist der Eingriffsteil 43 entlang der Umfangsrichtung des Hauptkörpers 41 über mehr als die Hälfte des Umfangs des Hauptkörpers 41 ausgebildet. Das Eingriffsteil 43 stößt gegen den Sperrhebel 63 des später erklärten Sperrmechanismus 60, um zu verhindern, dass sich das exzentrische Element in eine spezifische Richtung dreht.
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Wie in 2 und 3 gezeigt, ist das Segmentzahnrad 50 ein fächerförmiges außenverzahntes Zahnrad, das an der Vorderseite der Pleuelstange 30 vorgesehen ist, um ständig mit dem teilweise verzahnten Zahnrad 42 im Eingriff zu stehen, und dazu dient, um eine Kraft an das teilweise verzahnte Zahnrad 42 zu übertragen, um das teilweise verzahnte Zahnrad 42 und dadurch das exzentrische Element 40 zu drehen. Das Segmentzahnrad 50 wird zur Drehbarkeit durch einen Zahnradbefestigungsstift 51 an der Pleuelstange 30 gestützt und ist ausgebildet, um sich in beide Richtungen um den Zahnradbefestigungsstift 51 als Drehmittelpunkt zu drehen. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Drehwinkelbereich des exzentrischen Elements 40 durch den ersten Anschlag 35 und den zweiten Anschlag 36 eingeschränkt wird, die an der Vorderfläche des kleinen Endes 31 ausgebildet sind, sodass auch der Drehwinkelbereich des Segmentzahnrads 50 eingeschränkt ist.
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Des Weiteren ist am Segmentzahnrad 50 ein säulenförmiger Zahnradantriebsstift 71 ausgebildet, der aus der Fläche des Segmentzahnrads 50 in die Pleuelstangentiefenrichtung herausragt. Der Zahnradantriebsstift 71 ist ein Teil, der einen Teil des später beschriebenen Zahnradantriebsmechanismus 70 bildet. Details zur Funktion des Zahnradantriebsstiftes 71 werden mit Bezug auf 9 bis 12 erklärt.
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Wie in 4 und 5 gezeigt, ist der Sperrmechanismus 60 ein Mechanismus, der an einer Rückflächenseite der Pleuelstange 30 vorgesehen ist, um das exzentrische Element 40 zu fixieren (in Eingriff damit zu stehen) und zu verhindern, dass sich das exzentrische Element 40 in eine spezifische Richtung dreht. Der Sperrmechanismus 60 ist mit einem Sperrschenkel 61, einem Drückstab 62 und einem Sperrhebel 63 versehen. Des Weiteren ist der Sperrmechanismus 60 außerdem mit einem Schenkelantriebsmechanismus 64 versehen, wie es in 6 und 7 gezeigt ist.
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Nachstehend werden zuerst unter Bezug auf 4 und 5 die Details des Sperrschenkels 61, des Drückstabs 62 und des Sperrhebels 63 erklärt.
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Der Sperrschenkel 61 ist an seinem Mittelteil durch eine Schenkelstützwelle 65 gestützt, um innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs um eine Mittelachse einer Schenkelstützwelle 65 schwingen zu können, die zur Drehbarkeit an der Schenkelstütze 38 gestützt wird.
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Am Ende des Sperrschenkels 61 wird an der Außenseite vom Mittelteil in der Pleuelstangenbreitenrichtung (in 4 und 5 die rechte Seite vom Mittelteil) (nachstehend als „Außenseitenende“ bezeichnet) eine äußere Kraft F ausgebracht, um das Außenseitenende nach unten zu drücken, das um die Schenkelstützwelle 65 schwenkt. In der vorliegenden Ausführungsform kann der Schenkelantriebsmechanismus 64, der später in Bezug auf 6 und 7 beschrieben wird, dazu verwendet werden, das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 nach unten zu drücken, während dies nicht in 4 und 5 gezeigt ist. Des Weiteren wird am Außenseitenende des Sperrschenkels 61 eine Endseite einer ersten Feder 66 befestigt, um auf den Sperrschenkel 61 eine Kraft auszuüben, um das Außenseitenende nach oben zu drücken, wenn das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 nach unten gedrückt ist. Die andere Endseite der ersten Feder 66 wird an der Seitenfläche der Pleuelstange 30 befestigt.
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Am Ende des Sperrschenkels 61 wird das untere Ende des Drückstabs 62 an der Innenseite vom Mittelteil in der Pleuelstangenbreitenrichtung (in 4 und 5 die linke Seite vom Mittelteil) (nachstehend als das „Innenseitenende“ bezeichnet) befestigt.
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Der Drückstab 62 ist ein stabförmiges Element, das sich von der Seite des großen Endes 32 zur Seite des kleinen Endes 31 erstreckt und die Sperrbetätigung des Sperrschenkels 61 an den Sperrhebel 63 überträgt. Der Drückstab 62 wird, wie oben beschrieben, an seinem unteren Ende am Innenseitenende des Sperrschenkels 61 befestigt und wird am Pleuelschaft 33 so angeordnet, dass sein vorderes Ende gegen die untere Fläche des Endes einer Endseite des Sperrhebels 63 anstößt (in 4 und 5 die rechte Seite). Wenn das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 nach unten gedrückt wird, der um die Schenkelstützwelle 65 schwenkbar ist, und das Innenseitenende des Sperrschenkels 61 nach oben gedrückt wird, wird daher das Ende von einer Endseite des Sperrhebels 63 durch den Drückstab 62 nach oben gedrückt.
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Der Sperrhebel 63 ist durch einen Hebelbefestigungsstift 67 an der Pleuelstange 30 drehbar gelagert, sodass es ermöglicht wird, dass er innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs um den Hebelbefestigungsstift 67 als Drehmittelpunkt schwingt. Der Sperrhebel 63 stößt, wie oben beschrieben, gegen ein vorderes Ende des Drückstabs 62 an der unteren Fläche des Endes von einer Endseite (in 4 und 5 die rechte Seite).
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An der anderen Endseite des Sperrhebels 63 (in 4 und 5 die linke Seite) ist ein Hakenteil 63a mit einem vorderen Ende ausgebildet, das in Richtung der Oberseite in der Pleuelstangenlängsrichtung gebogen ist (Seite des kleinen Endes 31). Indem dieser Hakenteil 63a an dem Eingriffsteil 43 des exzentrischen Elements 40 anliegt, wird das exzentrische Element 40 fixiert und es wird verhindert, dass sich das exzentrische Element 40 in eine spezifische Richtung dreht. Wenn es sich beispielsweise in dem Zustand befindet, der in 4 und 5 gezeigt ist, verhindert der Hakenteil 63a, dass sich das exzentrische Element 40 in der Figur im Uhrzeigersinn dreht. Wenn des Weiteren aufgrund des Drückstabs 62 das Ende von einer Endseite des Sperrhebels 63 nach oben gedrückt wird, der um den Hebelbefestigungsstift 67 schwenkbar ist, und die andere Endseite des Sperrhebels 63 nach unten gedrückt wird, wird die Fixierung (Eingriff) des exzentrischen Elements 40 durch das Hakenteil 63a gelöst.
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Des Weiteren wird an der untere Fläche der anderen Endseite des Sperrhebels 63 eine Endseite einer zweiten Feder 68 befestigt, um eine Kraft auf den Sperrhebel 63 auszuüben, die die andere Endseite des Sperrhebels 63 nach oben drückt, wenn die andere Endseite des Sperrhebels 63 nach unten gedrückt wird. Die zweite Feder 68 ist an einer Vertiefung 39 angeordnet, die an der Rückseite des Pleuelschafts 33 vorgesehen ist. Die andere Endseite der zweiten Feder 68 wird am Grund der Vertiefung 39 befestigt.
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Als Nächstes werden mit Bezug auf 6 und 7 die Details des Schenkelantriebsmechanismus 64 erklärt. 6 ist eine Perspektivansicht des Schenkelantriebsmechanismus 64. 7 ist eine Ansicht, die die Positionsbeziehung des Schenkelantriebsmechanismus 64 etc. bei einem vorbestimmten Zeitpunkt während des Auslasshubs zeigt.
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Wie es in 6 und 7 gezeigt ist, ist der Schenkelantriebsmechanismus 64 mit einem Schalthebel 641, einer Steuerwelle 642 und einer Hebelantriebsnocke 643 versehen.
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Während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 bewegt sich die Pleuelstange 30 zusammen mit dem Kolben 7 ebenfalls innerhalb des Zylinders 6 hin und her, während sie ihre Neigung ändert. Aus diesem Grund wird am Schalthebel 641, wie es in 7 gezeigt ist, das untere Ende 641b am Zylinderblock 2 befestigt, um das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 durch das vordere Ende 641a zu einem vorbestimmten Zeitpunkt innerhalb eines Zyklus des Verbrennungsmotors nach unten drücken zu können (in dem Beispiel von 7 während des Auslasshubs). An der Seite des unteren Endes 641 b des Schalthebels 641 ist eine dritte Feder 644 vorgesehen, um den Schalthebel 641 aus dem Zustand, in dem das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 nach unten gedrückt wird, zu seinem Originalzustand zurückkehren zu lassen.
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Die Steuerwelle 642 erstreckt sich in die Pleuelstangentiefenrichtung und ist beispielsweise am Zylinderblock 2 drehbar gelagert, um zu ermöglichen, dass sie sich zu jedem Zeitpunkt aufgrund des elektromagnetischen Stellantriebes etc. dreht.
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Die Hebelantriebsnocke 643 ist an der Steuerwelle 642 befestigt, um am Schalthebel 641 anzuliegen. Wenn die Steuerwelle 642 zur Drehung gebracht wird, treibt die Antriebsnocke den Schalthebel 641 durch den Nockenteil an und drückt das Außenseitenende des Sperrschenkels 61 nach unten.
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8 ist eine Ansicht, die im Vergleich den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 in dem Zustand, in dem das mechanische Verdichtungsverhältnis ein niedriges Verdichtungsverhältnis gemacht wird, und den variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 in dem Zustand, in dem das mechanische Verdichtungsverhältnis ein hohes Verdichtungsverhältnis gemacht wird, zeigt.
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Wenn in der vorliegenden Ausführungsform der Zustand vorliegt, der in 8(A) gezeigt wird, das heißt, wenn der zahnlose Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 gegen den ersten Anschlag 35 anstößt, wird die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 (= Mittelachse des Kolbenbolzens 7a) rechts unterhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert. Zu dem Zeitpunkt des Zustandes, der in 8(A) gezeigt wird, wird die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 rechts unterhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert, sodass die Pleuelstangenlänge kürzer wird. Aus diesem Grund erhöht sich das Volumen der Brennkammer, wenn der Kolben 7 am oberen Totpunkt positioniert ist, sodass das mechanische Verdichtungsverhältnis ein niedriges Verdichtungsverhältnis wird. Auf diese Weise wird es in der vorliegenden Ausführungsform aufgrund des ersten Anschlags 35 möglich, das exzentrische Element 40 an der Position zu stoppen, an der die Pleuelstangenlänge am kürzesten wird, das heißt, die Niedrig- Verdichtungsverhältnis-Position, an der die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 rechts unterhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert ist.
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Wenn das Segmentzahnrad 50 von dem Zustand, der in 8(A) gezeigt ist, im Uhrzeigersinn in der Figur gedreht wird, dreht sich das exzentrische Element 40 gegen den Uhrzeigersinn in der Figur, bis der zahnlose Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 gegen den zweiten Anschlag 36 anstößt und den Zustand annimmt, der in 8(B) gezeigt ist.
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Des Weiteren wird in der vorliegenden Ausführungsform beim Vorliegen des Zeitpunkts des Zustandes, der in 8(B) gezeigt ist, das heißt, wenn der zahnlose Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 gegen den zweiten Anschlag 36 anstößt, die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 rechts oberhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert. Zu dem Zeitpunkt des Zustands, der in 8(B) gezeigt ist, wird die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 rechts oberhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert, sodass die Pleuelstangenlänge länger wird. Aus diesem Grund wird das Volumen der Brennkammer kleiner, wenn der Kolben 7 am oberen Totpunkt positioniert ist, sodass das mechanische Verdichtungsverhältnis ein hohes Verdichtungsverhältnis wird. Auf diese Weise kann in der vorliegenden Ausführungsform der zweite Anschlag 36 dazu verwendet werden, das exzentrische Element 40 an einer Position zum Stoppen zu bringen, an der die Pleuelstangenlänge am längsten wird, das heißt, die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position, bei der die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44 rechts oberhalb der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 positioniert ist.
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Wenn das Segmentzahnrad 50 gegen den Uhrzeigersinn in der Figur von dem Zustand in 8(B) aus gedreht wird, dreht sich das exzentrische Element 40 im Uhrzeigersinn in der Figur, bis ein zahnloser Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 gegen den ersten Anschlag 35 anstößt und dann in den Zustand zurückkehrt, der in 8(A) gezeigt ist.
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Auf diese Weise wird in der vorliegenden Ausführungsform das exzentrische Element 40 zur Drehung innerhalb eines vorbestimmten Drehwinkelbereichs in beide Richtungen gebracht, um die Mittelachse des Kolbenbolzens 7a (= die Mittelachse P2 des exzentrischen Wellenlagers 44) nach oben und unten um die Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 (Zylinderaxialrichtung) zum Schwingen zu bringen und dadurch die Pleuelstangenlänge zu ändern und das mechanische Verdichtungsverhältnis zu ändern.
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Zu diesem Zeitpunkt bringt der variable Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform das exzentrische Element 40 dazu, gegen den ersten Anschlag 35 oder den zweiten Anschlag 36 anzustoßen, um dadurch das exzentrische Element 40 bei der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position oder bei der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position zum Stoppen zu bringen. Wenn sich das mechanische Verdichtungsverhältnis verändert, indem das exzentrische Element 40 durch das Segmentzahnrad 50 zur Drehung gebracht wird, stößt aus diesem Grund jedes Mal das exzentrische Element 40, das heißt, der zahnlose Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42, gegen den ersten Anschlag 35 oder den zweiten Anschlag 36. Wenn das stoßartige Geräusch beim Zusammenstoß des zahnlosen Teils 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 mit dem ersten Anschlag 35 oder dem zweiten Anschlag 36 größer wird, verschlechtert sich wahrscheinlich das Geräuschverhalten des Verbrennungsmotors und des Weiteren auch das Vibrationsverhalten.
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Daher wurde der Zahnradantriebsmechanismus 70 in der vorliegenden Ausführungsform dazu konfiguriert, die Steuerung der Geschwindigkeit der Drehung des exzentrischen Elements zu ermöglichen, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis geändert wird, indem das exzentrische Element 40 durch das Segmentzahnrad 50 zur Drehung gebracht wird. Nachstehend wird mit Bezug auf 9 bis 12 die detaillierte Konfiguration des Zahnradantriebsmechanismus 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erklärt.
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9 ist eine Vorderansicht, die die Positionsbeziehung des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 und der Kurbelwelle 9 zeigt, wenn ein Kolben 7 an einem unteren Totpunkt ist, und zeigt den Zustand vor Verwendung des Zahnradantriebsmechanismus 70, um das Segmentzahnrad 50 zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn in der Figur zu bringen, das heißt, vor der Schaltung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses von einem hohen Verdichtungsverhältnis auf ein niedriges Verdichtungsverhältnis. 10 ist eine Vorderansicht, die die Positionsbeziehung des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus 20 und der Kurbelwelle 9 zeigt, wenn der Kolben 7 an einem unteren Totpunkt ist, und zeigt den Zustand nach Verwendung des Zahnradantriebsmechanismus 70, um das Segmentzahnrad 50 zur Drehung im Uhrzeigersinn in der Figur zu bringen, das heißt, nach dem Schalten des mechanischen Verdichtungsverhältnisses vom niedrigen Verdichtungsverhältnis auf das hohe Verdichtungsverhältnis. Es ist zu beachten, dass die durchgezogenen Linien und die gestrichelten Linien in 9 und 10 den Weg des Zahnradantriebsstiftes 71 zeigen, wenn der Kolben 7 nahe dem unteren Totpunkt während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1 positioniert ist.
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Des Weiteren ist 11 eine Draufsicht in Bezug auf 9. 12 ist eine Draufsicht in Bezug auf 10.
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Wie es in 9 bis 12 gezeigt ist, ist der Zahnradantriebsmechanismus 70 mit einem Zahnradantriebsstift 71 versehen, der an einem Segmentzahnrad 50 vorgesehen ist, einer ersten Schaltschiene 72 und einer zweiten Schaltschiene 73, die im Gegengewicht 9c untergebracht sind, und einer Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 zum Antrieb der ersten Schaltschiene 72 und der zweiten Schaltschiene 73.
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Wie es in 11 und 12 gezeigt ist, ist die erste Schaltschiene 72 üblicherweise im Gegengewicht 9c untergebracht, um der Pleuelstange 30 zugewandt zu sein, und ist ausgebildet, um durch die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 in Richtung der Seite der Pleuelstange 30 bewegt zu werden.
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Des Weiteren ist an der Fläche der ersten Schaltschiene 72, die der Pleuelstange 30 zugewandt ist, eine erste Führungsnut 72a ausgebildet, die auf der Bahn des Zahnradantriebsstifts 71 positioniert ist und in die der Zahnradantriebsstift 71 eingepasst wird, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis das hohe Verdichtungsverhältnis ist, sich der Kolben 7 nahe des unteren Totpunkts in dem Zustand bewegt, in dem die erste Schaltschiene 72 durch die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 zur Bewegung in Richtung der Seite der Pleuelstange 30 gebracht wird, wie es in 9 gezeigt ist.
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Die erste Führungsnut 72a wird in eine Nutenform gebracht, um ein Einpassen des Zahnradantriebsstifts 71 darin zu ermöglichen, dann zu ermöglichen, dass der Zahnradantriebsstift 71 zur Bewegung in Richtung der unteren Seiten in der Pleuelstangenlängsrichtung (Seite des großen Endes 32) zusammen mit der Bewegung des Kolbens 7 gebracht wird, und dadurch zu ermöglichen, dass das Segmentzahnrad 50 zur Drehung gegen den Uhrzeigersinn in 9 gebracht wird, um das mechanische Verdichtungsverhältnis vom hohen Verdichtungsverhältnis auf das niedrige Verdichtungsverhältnis zu schalten. Das heißt, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Zahnradantriebsstift 71 zur Bewegung in Richtung der unteren Seite in der Pleuelstangenlängsrichtung entlang der ersten Führungsnut 72a gebracht wird, um das Segmentzahnrad 50 und dadurch das exzentrische Element 40 zur Drehung zu bringen und das mechanischen Verdichtungsverhältnis vom hohen Verdichtungsverhältnis auf das niedrige Verdichtungsverhältnis zu schalten.
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Des Weiteren ist die zweite Schaltschiene 73 ebenso, in derselben Weise wie die erste Schaltschiene 72, üblicherweise im Gegengewicht 9c untergebracht, um der Pleuelstange 30 zugewandt zu sein, und ist ausgebildet, sodass die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 dazu verwendet werden kann, es zur Bewegung in Richtung der Seite der Pleuelstange 30 zu bringen, wie es in 11 und 12 gezeigt ist.
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Des Weiteren ist, wie es in 10 gezeigt ist, an der Fläche der zweiten Schaltschiene 73, die der Pleuelstange 30 zugewandt ist, eine zweite Führungsnut 73a ausgebildet, die auf der Bahn des Zahnradantriebsstifts 71 positioniert ist, und in die der Zahnradantriebsstift 71 eingepasst wird, wenn sich der Kolben 7 in dem Fall, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis das niedrige Verdichtungsverhältnis ist, nahe zum unteren Totpunkt in dem Zustand bewegt, in dem die zweite Schaltschiene 73 durch die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 zur Bewegung in Richtung der Seite der Pleuelstange 30 gebracht wird.
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Die zweite Führungsnut 73a wird in eine Nutenform gebracht, sodass sie den Zahnradantriebsstift 71 dazu bringt, sich nach oben in der Längsrichtung der Pleuelstange (Seite des kleinen Endes 31) zusammen mit der Bewegung des Kolbens 7 zu bewegen, nachdem der Zahnradantriebsstift 71 eingepasst ist, und dadurch das Segmentzahnrad 50 zur Drehung im Uhrzeigersinn in 10 zu bringen, um zu ermöglichen, dass das mechanische Verdichtungsverhältnis vom niedrigen Verdichtungsverhältnis auf das hohe Verdichtungsverhältnis geschaltet wird. Das heißt, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Zahnradantriebsstift 71 zur Bewegung nach oben in der Längsrichtung der Pleuelstange entlang der zweiten Führungsnut 73a gebracht wird, um das Segmentzahnrad 50 und dadurch das exzentrische Element 40 zur Drehung zu bringen und um das mechanische Verdichtungsverhältnis vom geringen Verdichtungsverhältnis auf das hohe Verdichtungsverhältnis zu schalten.
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Hier bewegt sich der Zahnradantriebsstift 71, wie es durch die durchgezogenen Linien und die gestrichelten Linien in 9 und 10 gezeigt ist, nahe dem unteren Totpunkt zusammen mit der Bewegung des Kolbens 7 von der Rechtsrichtung in Richtung der Linksrichtung in der Figur in der Pleuelstangenbreitenrichtung. Wenn sich der Zahnradantriebsstift 71 in der Pleuelstangenbreitenrichtung entlang der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a bewegt, wird die Geschwindigkeit der Bewegung des Zahnradantriebsstifts in der Pleuelstangenbreitenrichtung eine im Wesentlichen konstante Geschwindigkeit der Bewegung in Bezug auf die Motordrehzahl.
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Daher ist die Umdrehungsgeschwindigkeit des Segmentzahnrads 50 und damit auch die des exzentrischen Elements 40 umso schneller, je größer der Bewegungsbetrag des Zahnradantriebsstifts 71 an der Längsrichtungsseite der Pleuelstange pro Zeiteinheit ist. Das heißt, je größer die Neigungen der Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a sind, desto schneller kann die Umdrehungsgeschwindigkeit des Segmentzahnrads 50 und damit auch die des exzentrischen Elements 40 gemacht werden. Andererseits kann die Umdrehungsgeschwindigkeit des Segmentzahnrads 50 und damit auch die des exzentrischen Elements 40 umso langsamer gemacht werden, je geringer die Neigungen der Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a sind. Auf diese Weise ist es dem Zahnradantriebsmechanismus 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch Änderung der Neigungen der Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a möglich, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Segmentzahnrads 50 und damit auch die des exzentrischen Elements 40 zu steuern.
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Daher werden in der vorliegenden Ausführungsform die Neigungen der Nutenformen der zweiten Hälften der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a kleiner gemacht. Das heißt, dass in der vorliegenden Ausführungsform die Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a in Nutenformen gebracht werden, die das Segmentzahnrad 50 zur Drehung bringen, sodass die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40, nachdem das exzentrische Element 40 zur Drehung um genau einen vorbestimmten Winkel gebracht wurde, geringer als die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40 wird, bevor es zur Drehung um genau einen vorbestimmten Winkel gebracht wurde. Daher ist es möglich, die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40 zu verringern, bevor der zahnlose Teil 42a des teilweise verzahnten Zahnrads 42 und ein Anschlag kollidieren, sodass das stoßartige Geräusch unterdrückt werden kann. Als Folge kann auch die Vibration aufgrund des Stoßes unterdrückt werden.
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Wie es in 11 und 12 gezeigt ist, ist die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einer Kolbenkammer 741 versehen, die innerhalb eines Gegengewichtes 9c ausgebildet ist, und einem Schaltkolben 742, der innerhalb der Kolbenkammer 741 gehalten wird und mit der ersten Schaltschiene 72 verbunden ist. Die Kolbenkammer 741 wird durch den Schaltkolben 742 in zwei Kammern unterteilt. An der Federkammer 741a einer der beiden Kammern ist eine vierte Feder 743 so angeordnet, dass sie den Schaltkolben 742 zur Seite der Pleuelstange 30 konstant vorspannt. Des Weiteren ist an die Hydraulikkammer 741b, als die andere der beiden Kammern, ein Zufuhrkanal für hydraulisches Fluid (nicht gezeigt) angebunden. Dieser ist so ausgebildet, dass das hydraulische Fluid der Hydraulikkammer 741 b zugeführt und daraus entnommen werden kann.
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Durch die Zufuhr des hydraulischen Fluids an die Hydraulikkammer 741b bewirkt der Öldruck, dass sich der Schaltkolben 742 zu der Seite zu bewegt, die der Pleuelstange 30 entgegengesetzt ist, und zwar gegen die Vorspannkraft der vierten Feder 743, sodass verhindert werden kann, dass sich der Zahnradantriebsstift 71 in die erste Führungsnut 72a der ersten Schaltschiene 72 einpasst.
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Andererseits bewegt sich durch die Entnahme des hydraulischen Fluids aus der Hydraulikkammer 741b aufgrund der Vorspannkraft der vierten Feder 743 der Schaltkolben 742 in Richtung der Seite der Pleuelstange 30, sodass der Zahnradantriebsstift 71 in die erste Führungsnut 72a der ersten Schaltschiene 72 eingepasst werden kann.
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Gemäß der vorliegenden Ausführungsform, die oben erklärt ist, ist der variable Verdichtungsverhältnismechanismus 20, der das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors durch die Änderung der Länge der Pleuelstange in der Spanne zwischen der Mittelachse des Kolbenbolzens 7a bis zur Mittelachse des Kurbelzapfens 9b der Kurbelwelle 9 verändert, die mit der Pleuelstange 30 versehen ist, der mit dem Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende 34 versehen ist, das am kleinen Ende 31 (erstes Wellenaufnahmeloch) ausgebildet ist, und das Wellenaufnahmeloch 37 am großen Ende 32, das am großen Ende 32 ausgebildet ist und den Kurbelzapfen 9b (zweites Wellenaufnahmeloch) stützt, mit dem exzentrischen Element 40 versehen, das in das Wellenaufnahmeloch am kleinen Ende 34 eingesteckt ist, um sich drehen zu können, und das den Kolbenbolzen 7a so stützt, dass die Mittelachse des Kolbenbolzens 7a an einer Position positioniert ist, die von der Mittelachse P1 des Wellenaufnahmeloches am kleinen Ende 34 um genau einen vorbestimmten Betrag versetzt ist, dem ersten Anschlag 35 und dem zweiten Anschlag 36 (Anschläge), die am kleinen Ende 31 vorgesehen sind und die gegen das exzentrische Element 40 anstoßen, um den Drehwinkel des exzentrischen Elements 40 einzuschränken und das exzentrische Element 40 bei der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position zum Stoppen zu bringen, bei der die Pleuelstangenlänge kurz wird, und bei der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position, bei der die Pleuelstangenlänge lang wird, dem teilweise verzahnten Zahnrad 42 (erstes Zahnrad), das am exzentrischen Element 40 vorgesehen ist und sich zusammen mit dem exzentrischen Element 40 dreht, dem Segmentzahnrad 50 (zweites Zahnrad), das an der Pleuelstange 30 angebracht ist, um sich drehen zu können und mit dem teilweise verzahnten Zahnrad 42 in Eingriff zu treten, um das teilweise verzahnte Zahnrad 42 zur Drehung zu bringen, und dem Zahnradantriebsmechanismus 70, der das Segmentzahnrad 50 zur Drehung bringt, um das exzentrische Element 40 zur Drehung zu bringen.
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Des Weiteren ist der Zahnradantriebsmechanismus 70 mit dem Zahnradantriebsstift 71 versehen, der an dem Segmentzahnrad 50 vorgesehen ist, der ersten Schaltschiene 72 (erstes bewegliches Element) und der zweiten Schaltschiene 73 (zweites bewegliches Element), die im Gegengewicht 9c der Kurbelwelle 9 untergebracht sind, und konfiguriert sind, sich zur Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bewegen zu können, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung gebracht wird, der ersten Führungsnut 72a, die an der Fläche der ersten Schaltschiene 72 ausgebildet ist, die dem Zahnradantriebsstift 71 zugewandt ist und mit dem Zahnradantriebsstift 71 in Eingriff tritt, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung von der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position in Richtung der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und der zweiten Führungsnut 73a, die an der Fläche der zweiten Schaltschiene 73 ausgebildet ist, die dem Zahnradantriebsstift 71 zugewandt ist und mit dem Zahnradantriebsstift 71 in Eingriff tritt, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung von der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position in Richtung der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und ist konfiguriert, den Zahnradantriebsstift 71, der sich relativ zum Gegengewicht 9c bewegt, zur Bewegung entlang der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a zu bringen, um das Segmentzahnrad 50 zur Drehung zu bringen.
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Indem der Zahnradantriebsstift 71 auf diese Weise zur Bewegung entlang der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a gebracht wird, ist es möglich, die Umdrehungsgeschwindigkeit des Segmentzahnrads 50 gemäß der Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a zu verändern. Aus diesem Grund ist es möglich, die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40 zu verändern, das zur Drehung durch das Segmentzahnrad 50 gebracht wird.
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Durch Ausbilden der Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a zu Nutenformen, durch die die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40 relativ langsamer wird, bevor das exzentrische Element 40 mit dem ersten Anschlag 35 und dem zweiten Anschlag 36 zusammenstößt, ist es daher möglich, das stoßartige Geräusch zu verringern, wenn das exzentrische Element 40 mit dem ersten Anschlag 35 und dem Anschlag 36 zusammenstößt. Beispielsweise werden in der vorliegenden Ausführungsform die Nutenformen der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a zu Nutenformen gemacht, die das Segmentzahnrad 50 zur Drehung bringen, sodass die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40, nachdem das exzentrische Element 40 zur Drehung um genau einen vorbestimmten Winkel gebracht wurde, geringer wird als die Umdrehungsgeschwindigkeit des exzentrischen Elements 40, bevor es zur Drehung um genau einen vorbestimmten Winkel gebracht wurde, und das stoßartige Geräusch wird verringert, wenn das exzentrische Element 40 mit dem ersten Anschlag 35 und dem zweiten Anschlag 36 zusammenstößt. Daher ist es möglich, die Verschlechterung des Geräuschverhaltens und des Vibrationsverhaltens des Verbrennungsmotors 1 zu unterdrücken.
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Des Weiteren ist der Zahnradantriebsmechanismus 70 gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit der Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 (Bewegliche-Elementen-Antriebsvorrichtung) versehen, die die erste Schaltschiene 72 zur Bewegung zu der Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bringt, um den Zahnradantriebsstift 71 zum Eingriff mit der ersten Führungsnut 72a zu bringen, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung von der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position in Richtung der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und das die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung auf die Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bringt, um den Zahnradantriebsstift71 zum Eingriff mit der zweiten Führungsnut 73a zu bringen, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung von der Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position in Richtung der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird. Daher kann der Zahnradantriebsstift 71 zum zuverlässigen Eingriff mit der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a und zur Änderung des mechanischen Verdichtungsverhältnisses gebracht werden.
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Zweite Ausführungsform
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Als Nächstes wird eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Offenbarung erklärt. Die Ausführung unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Konfiguration der Schaltschienenantriebsvorrichtung 74. Nachstehend wird dies mit Fokus auf den Unterschied erklärt.
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13 ist eine Ansicht, die die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 gemäß der vorliegenden Ausführungsform erklärt.
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Die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 gemäß der vorliegenden Ausführungsform ist mit einem Schienenantriebsstift 745 versehen, der an der zweiten Schaltschiene 73 vorgesehen ist, einem Verschiebeelement 746, das am Zylinderblock 2 angebracht ist, und einem geschlossenen Ölkanal 747, der an der Innenseite des Gegengewichts 9c ausgebildet ist (siehe 18).
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Der Schienenantriebsstift 745 ist ein säulenförmiger Vorsprung, der aus der Oberfläche der zweiten Schaltschiene 73 herausragt. Der Pfeil mit der gestrichelten Linie, der in 13 gezeigt ist, zeigt den Weg des Schienenantriebsstifts 745 während des Betriebs des Verbrennungsmotors 1. Es ist zu beachten, dass in der vorliegenden Ausführungsform der Schienenantriebsstift 745 an der zweiten Schaltschiene 73 vorgesehen ist, aber auch an der ersten Schaltschiene 72 vorgesehen sein kann.
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Das Verschiebeelement 746 ist beispielsweise am Zylinderblock 2 angebracht, um dem Gegengewicht 9c der Kurbelwelle 9 zugewandt zu sein. Das Verschiebeelement 746 ist ausgebildet, um sich in Richtung der Seite des Gegengewichtes 9c in der Pleuelstangenbreitenrichtung bewegen zu können, und um sich des Weiteren in der Pleuelstangentiefenrichtung bewegen zu können.
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14 ist eine Draufsicht auf das Verschiebeelement 746, betrachtet von der Seite des Gegengewichtes 9c.
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Wie es in 14 gezeigt ist, ist die Fläche des Verschiebeelements 746, die dem Gegengewicht 9c zugewandt ist, mit einer Schienenführungsnut 748 ausgebildet, die mit dem Schienenantriebsstift 745 in Eingriff tritt, wenn das Verschiebeelement 746 zur Bewegung in Richtung der Seite des Gegengewichts 9c in der Pleuelstangenbreitenrichtung gebracht wird.
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Die Schienenführungsnut 748 ist mit einem ersten geneigten Teil 748a versehen, der gegen den Schienenantriebsstift 745 anstößt, um die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung zur Pleuelstangenseite zu bringen, wenn das Verschiebeelement 746 zur Bewegung nach links und rechts in der Pleuelstangentiefenrichtung gebracht wird, und einem zweiten geneigten Teil 748b, der die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange bringt.
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Zu dem Zeitpunkt des Ursprungszustands, in dem das Verschiebeelement 746 nicht zur Bewegung nach links und rechts in der Pleuelstangentiefenrichtung gebracht wird, wie es in 14 durch die strichpunktierte Linie gezeigt wird, stößt der Schienenantriebsstift 745 nicht gegen den ersten geneigten Teil 748a und den zweiten geneigten Teil 748b an, selbst wenn das Verschiebeelement 746 zur Bewegung in Richtung der Seite des Gegengewichtes 9c in der Pleuelstangenbreitenrichtung gebracht wird.
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15 ist eine Ansicht, die den Zustand zeigt, wenn das Verschiebeelement 746 zur Bewegung vom Ursprungszustand zu einer Seite in der Pleuelstangentiefenrichtung gebracht wird, um die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung zur Seite der Pleuelstange zu bringen.
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Wie es durch die gestrichelte Linie in 15 gezeigt ist, ist es dadurch, dass das Verschiebeelement 746 zur Bewegung vom Ursprungszustand zur linken Seite der Pleuelstangentiefenrichtung in der Figur in den Zustand gebracht wird, in dem das Verschiebeelement 746 zur Bewegung in der Pleuelstangenbreitenrichtung gebracht wird, möglich, den Schienenantriebsstift 745 zum Anstoßen gegen den ersten geneigten Teil 748a zu bringen, um die zweite Schaltschiene zur Bewegung zur Seite der Pleuelstange zu bringen. Es ist zu beachten, dass die Pfeilmarkierung, die durch die strichpunktierte Linie in 15 gezeigt ist, der Weg des Schienenantriebsstifts 745 ist, der in 14 gezeigt ist.
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16 ist eine Ansicht, die den Zustand zeigt, wenn das Verschiebeelement 746 zur Bewegung von dem Zustand gebracht wird, der in 15 gezeigt ist, und zwar zur anderen Seite in der Pleuelstangentiefenrichtung, und bei dem die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 gebracht wird, um in den Ursprungszustand zurückzukehren.
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Wie es in 16 durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, kann dadurch, dass das Verschiebeelement 746 zur Bewegung von dem Zustand, der in 15 gezeigt ist, zur rechten Seite in der Pleuelstangentiefenrichtung in der Figur gebracht wird, der Schienenantriebsstift 745 zum Anstoßen gegen den zweiten geneigten Teil 748b gebracht werden, um die zweite Schaltschiene zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 zu bringen, und in den Ursprungszustand zurückzukehren, der in 14 gezeigt ist. Es ist zu beachten, dass die Pfeilmarkierung, die durch die Ein-Punkt-Kettenlinie in 16 gezeigt ist, der Weg des Schienenantriebsstifts 745 ist, der in 14 gezeigt ist.
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17 ist eine Ansicht, die den Zustand zeigt, in dem das Verschiebeelement 746 zur Bewegung vom Ursprungszustand zur anderen Seite in der Pleuelstangentiefenrichtung gebracht wird, um die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 zu bringen.
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Wie es in 17 durch die gestrichelte Linie gezeigt ist, ist es dadurch, dass das Verschiebeelement 746 zur Bewegung vom Ursprungszustand, der in 14 gezeigt ist, zur rechten Seite in der Pleuelstangentiefenrichtung in der Figur gebracht wird, möglich, den Schienenantriebsstift 745 zum Anstoßen gegen den zweiten geneigten Teil 748b zu bringen, um die zweite Schaltschiene zur Bewegung in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 zu bringen. Es ist zu beachten, dass die Pfeilmarkierung, die durch die strichpunktierte Linie in 17 gezeigt ist, der Weg des Schienenantriebsstifts 745 ist, der in 14 gezeigt ist.
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18 ist eine Ansicht, die einen geschlossenen Ölkanal 747 zeigt, der innerhalb des Gegengewichtes 9c ausgebildet ist.
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Wie es in 18 gezeigt ist, ist der geschlossene Ölkanal 747 ein Ölkanal, der eine Rückseite der ersten Schaltschiene 72 (Seite, an der die erste Führungsnut 72a nicht ausgebildet ist) und eine Rückseite der zweiten Schaltschiene 73 (Seite, an der die zweite Führungsnut 73a nicht ausgebildet ist) innerhalb des Gegengewichtes 9c verbindet. Der geschlossene Ölkanal 747 wird durch die erste Schaltschiene 72 und durch die zweite Schaltschiene 73 geschlossen und wird innen mit dem hydraulischen Fluid gefüllt.
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Daher wird, wie es in 19 gezeigt ist, dadurch, dass die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung von dem Zustand aus, der in 18 gezeigt ist (entspricht dem Ursprungszustand, der in 14 gezeigt ist), in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 gebracht wird, die erste Schaltschiene 72 zur Bewegung durch den Öldruck zur Seite der Pleuelstange 30 gebracht, und die erste Führungsnut 72a der ersten Schaltschiene 72 und der Zahnradantriebsstift 71 des Segmentzahnrads 50 können zum Eingriff gebracht werden.
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Wenn die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung von dem Zustand, der in 19 gezeigt ist, in eine Richtung weg von der Pleuelstange 30 gebracht wird, ist es des Weiteren möglich, zu dem Zustand zurückzukehren, der in 18 gezeigt ist.
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Des Weiteren können, wie es in 20 gezeigt ist, die zweite Führungsnut 73a der zweiten Schaltschiene 73 und der Zahnradantriebsstift 71 des Segmentzahnrads 50 in den Eingriffszustand gebracht werden, wenn die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung von dem Zustand aus, der in 18 gezeigt ist, zu der Seite der Pleuelstange 30 gebracht wird.
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Auf diese Weise ist die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 (Bewegliche-Elementen-Antriebsvorrichtung) gemäß der vorliegenden Ausführungsform mit einem abgedichteten, verschlossenen Ölkanal 747 versehen, der innerhalb des Gegengewichtes 9c ausgebildet ist und die entgegengesetzte Seite der Seite der ersten Schaltschiene 72 (erstes bewegliches Element), die dem Zahnradantriebsstift 71 zugewandt ist, und die entgegengesetzte Seite der zweiten Schaltschiene 73 (zweites bewegliches Element) verbindet, die dem Zahnradantriebsstift 71 zugewandt ist, und ist so konfiguriert, dass sich die zweite Schaltschiene 73 zur entgegengesetzten Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bewegt, wenn die erste Schaltschiene 72 durch den Öldruck innerhalb des geschlossenen Ölkanals 747 zur Bewegung zum Zahnradantriebsstift 71 gebracht wird, und zwar so, dass sich die erste Schaltschiene 72 zur entgegengesetzten Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bewegt, wenn die zweite Schaltschiene 73 zur Bewegung zur Seite des Zahnradantriebsstifts 71 gebracht wird. Selbst wenn die Schaltschienenantriebsvorrichtung 74 auf diese Weise konfiguriert ist, ist es möglich, eine ähnliche Wirkung zu der in der ersten Ausführungsform zu erhalten.
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Oben wurden die Ausführungsformen der vorliegenden Offenbarung erklärt, aber die Ausführungsformen zeigen nur einige Beispiele der Anwendung der vorliegenden Offenbarung. Der technische Kern der vorliegenden Offenbarung ist nicht auf die spezifischen Konfigurationen der Ausführungsformen begrenzt.
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Zusammenfassend betrifft die Erfindung einen Zahnradantriebsmechanismus 70 mit einem Zahnradantriebsstift 71, der am zweiten Zahnrad 50 vorgesehen ist, einem ersten beweglichen Element 72 und einem zweiten beweglichen Element 73, die konfiguriert sind, sich zur Seite des Zahnradantriebsstifts 71 bewegen zu können, einer ersten Führungsnut 72a, die am ersten beweglichen Element 72 ausgebildet ist und mit dem Zahnradantriebsstift 71 in Eingriff tritt, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung in Richtung einer Niedrig-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und einer zweiten Führungsnut 73a, die am zweiten beweglichen Element 73 ausgebildet ist und mit dem Zahnradantriebsstift 71 in Eingriff tritt, wenn das exzentrische Element 40 zur Drehung in Richtung der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position gebracht wird, und wobei der Mechanismus den Zahnradantriebsstift 71, der sich relativ zu einem Gegengewicht 9c bewegt, zur Bewegung entlang der ersten Führungsnut 72a und der zweiten Führungsnut 73a bringt, um das zweite Zahnrad 50 zur Drehung zu bringen.
