DE102018106227A1

DE102018106227A1 - Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus

Info

Publication number: DE102018106227A1
Application number: DE102018106227.3A
Authority: DE
Inventors: Shuichi Ezaki
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2017-03-16
Filing date: 2018-03-16
Publication date: 2018-09-20
Anticipated expiration: 2038-03-17
Also published as: DE102018106227B4; US20180266314A1; US10781746B2; JP6579137B2; JP2018155150A

Abstract

Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus umfasst eine Pleuelstange 6 von variabler Länge, welche in ihrer effektiven Länge verändert werden kann. Die Pleuelstange von variabler Länge umfasst einen Pleuelstangenkörper 30, ein exzentrisches Bauteil 40 und einen Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50. Das exzentrische Bauteil 40 ist mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 ausgestattet, die an dem Körper drehbar angebracht ist, und verändert die effektive Länge, wenn es gedreht wird. Der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 umfasst einen vorspringenden Stift 66, welcher von dem Körper vorsteht und das exzentrische Bauteil zum Rotieren bringt, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts relativ zu dem Körper verändert. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus weist weiter ein Führungsbauteil zum Führen des vorspringenden Stifts während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf. Das Führungsbauteil führt den vorspringenden Stift, sodass sich die Relativposition des vorspringenden Stifts verändert, wenn die Führungsposition verändert wird.

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus.
Technischer Hintergrund
Aus dem Stand der Technik ist ein Verbrennungsmotor bekannt, welcher mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus ausgestattet ist, welcher ein mechanisches Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors verändern kann. Für einen derartigen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus wurden verschiedene Typen vorgeschlagen, welche einen Typen umfassen, der die effektive Länge einer in dem Verbrennungsmotor verwendeten Pleuelstange verändert. In diesem Zusammenhang bezeichnet die „effektive Länge einer Pleuelstange“ eine Distanz zwischen einer Achse einer Kurbelaufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Kurbelzapfens und einer Achse einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Kolbenbolzens. Daher wird, wenn die effektive Länge der Pleuelstange länger wird, ein Volumen einer Brennkammer, wenn sich ein Kolben bei dem oberen Kompressionstotpunkt befindet, kleiner und demgemäß wird das mechanische Verdichtungsverhältnis höher. Wenn andererseits die effektive Länge der Pleuelstange kürzer wird, wird das Volumen der Brennkammer, wenn sich der Kolben bei dem oberen Kompressionstotpunkt befindet, größer und demgemäß wird das mechanische Kompressionsverhältnis niedriger.
Als eine Pleuelstange von variabler Länge, deren effektive Länge verändert werden kann, ist eine Pleuelstange mit einem exzentrischen Bauteil bekannt, welches sich bezogen auf einen Pleuelstangenkörper bei einem kleinen Ende des Pleuelstangenkörpers drehen kann (siehe beispielsweise die Patentschriften WO 2016/037696 A und WO 2014/019683 A ). Das exzentrische Bauteil hat eine Kolbenbolzenaufnahmeöffnung, welche einen Kolbenbolzen aufnimmt. Diese Kolbenbolzenaufnahmeöffnung ist derart ausgeformt, dass sie von einer Drehachse des exzentrischen Bauteils versetzt ist. Bei einer derartigen Pleuelstange von variabler Länge kann, wenn eine Rotationsposition des exzentrischen Bauteils verändert wird, die effektive Länge der Pleuelstange verändert werden.
Von den Pleuelstangen von variabler Länge, welche mit einem exzentrischen Bauteil ausgestattet sind, wurde ein Typ genauer untersucht, welcher mit einem Antriebszahnrad, welches sich in Zahnradeingriff mit einem Zahnradteil befindet, welches auf einer äußeren Umfangsfläche eines exzentrischen Bauteils ausgeformt ist, und mit einem Verbindungsmechanismus ausgestattet ist, welcher mit diesem Antriebszahnrad gekoppelt ist (siehe beispielsweise WO 2016/037696 A ). Insbesondere ist die Pleuelstange von variabler Länge, welche in der WO 2016/037696 A beschrieben ist, mit zwei Hebeln ausgestattet, welche von dem Pleuelstangenkörper zur Seite in der Ebene vorstehen, in der sich die Pleuelstange von variabler Länge mit der Drehung der Kurbelwelle bewegt (im Folgenden als „Bewegungsebene“ bezeichnet). Einer (der erste Hebel) dieser zwei Hebel ist durch den Verbindungsmechanismus mit dem Antriebszahnrad gekoppelt. Der andere (zweite Hebel) ist mit einem Blockiermechanismus gekoppelt, welcher verhindert, dass sich das exzentrische Bauteil dreht.
Um das mechanische Verdichtungsverhältnis zu erhöhen, werden der erste Hebel und der zweite Hebel vorübergehend zusammen nach unten gedrückt. Aufgrund dessen wird der Blockiermechanismus gelöst, das exzentrische Bauteil dreht sich durch den Verbindungsmechanismus und das Antriebszahnrad in die eine Richtung und das mechanische Verdichtungsverhältnis wird höher. Um andererseits das mechanische Verdichtungsverhältnis zu verringern, wird nur der zweite Hebel vorübergehend nach unten gedrückt. Der erste Hebel ist in einer Richtung vorgespannt, in welche er durch eine Feder gepresst wird, welche in der Pleuelstange von variabler Länge vorgesehen ist. Daher wird, wenn der zweite Hebel nach unten gedrückt und dadurch der Blockiermechanismus gelöst wird, der erste Hebel durch die Federkraft nach oben gedrückt. Infolgedessen dreht sich das exzentrische Bauteil durch den Verbindungsmechanismus und das Antriebszahnrad in die andere Richtung und daher wird das mechanische Verdichtungsverhältnis geringer.
Zusammenfassung der Erfindung
Technisches Problem
Wie vorstehend beschrieben, sind bei der Pleuelstange von variabler Länge, welche in der WO 2016/037696 A beschrieben ist, zwei Hebel und eine mit den Hebeln gekoppelte Stange erforderlich. Weiterhin sind die zwei Hebel dazu ausgelegt, dass sie von dem Körper der Verbindungstange zu den Seiten hin vorstehen, bei einem Teil des Körpers der Pleuelstange ist eine Nut ausgebildet, und in der Nut ist eine Feder vorgesehen. Daher hat die Pleuelstange von variabler Länge, wie sie in WO 2016/037696 A beschrieben ist, eine komplizierte Struktur. Ebenso verändert sich die Gewichtsbalance bzw. -verteilung der Pleuelstange von variabler Länge in Übereinstimmung mit dem mechanischen Verdichtungsverhältnis sehr stark.
Die vorliegende Erfindung wurde in Anbetracht des vorstehenden Problems gemacht. Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus mit einer Pleuelstange von variabler Länge bereitzustellen, welche ihre effektive Länge verändern kann und eine neuartige Struktur hat.
Lösung des Problems
Die vorliegende Erfindung wurde gemacht, um das vorstehende Problem zu lösen, wobei der Kerngedanke der vorliegenden Erfindung der folgende ist:

(1) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus, welcher eine Pleuelstange von variabler Länge aufweist, welche eine effektive Länge zwischen einer Achse einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und einer Achse einer Kurbelaufnahmeöffnung zur Aufnahme einer Kurbelzapfens aufweist, wobei die Pleuelstange von variabler Länge aufweist:
- einen Pleuelstangenkörper, welcher mit der Kurbelaufnahmeöffnung ausgestattet ist;
- ein exzentrisches Bauteil, welches mit der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung ausgestattet ist, und welche an dem Pleuelstangenkörper zu dem Pleuelstangenkörper drehbar vorgesehen und derart ausgelegt ist, dass sich die effektive Länge verändert, wenn das exzentrische Bauteil gedreht wird; und
- einen Antriebsmechanismus für das exzentrische Bauteil, welcher mit einem vorspringenden Stift ausgestattet ist, welcher von dem Pleuelstangenkörper bezogen auf eine Bewegungsebene der Pleuelstange von variabler Länge in einem Winkel vorspringt und dazu ausgelegt ist, das exzentrische Bauteil zu drehen, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts bezogen auf den Pleuelstangenkörper verändert, wobei
- der variable Verdichtungsverhältnismechanismus weiterhin ein Führungsbauteil aufweist, welches an einem Motorkörper derart angebracht ist, dass es sich nicht zusammen mit der Pleuelstange von variabler Länge bewegt, und welches den vorspringenden Stift während des Betriebs eines Verbrennungsmotors führt, wobei das Führungsbauteil den vorspringenden Stift derart führt, dass sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts verändert, wenn sich die Führungsposition verändert.
(2) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (1), wobei das exzentrische Bauteil derart ausgelegt ist, dass eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung von einer Drehachse des exzentrischen Bauteils versetzt ist; der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils derart ausgelegt ist, dass eine Rotationsposition des exzentrischen Bauteils eine erste Rotationsposition ist, wenn sich der vorspringende Stift bezogen auf den Pleuelstangenkörper in einer ersten Relativposition befindet, und, dass die Rotationposition des exzentrischen Bauteils eine zweite Rotationsposition ist, bei der die effektive Länge kürzer als bei der ersten Rotationsposition ist, wenn sich der vorspringende Stift bezogen auf den Pleuelstangenkörper in einer zweiten Relativposition befindet; und das Führungsbauteil dazu ausgelegt ist, zwischen zumindest einer ersten Führungsposition und einer zweiten Führungsposition umschaltbar zu sein bzw. umgeschaltet zu werden, um so den vorspringenden Stift in die erste Relativposition zu führen, wenn sich das Führungsbauteil in der ersten Führungsposition befindet, und den vorspringenden Stift in die zweite Relativposition zu führen, wenn sich das Führungsbauteil in der zweiten Führungsposition befindet.
(3) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (2), wobei die erste Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung auf einer Achse des Verbindungsstiftkörpers und weiter entfernt von einer Achse der Kurbelaufnahmeöffnung als eine Drehachse des exzentrischen Bauteils verläuft, und die zweite Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung auf einer Achse des Pleuelstangenkörpers und näher bei einer Achse der Kurbelaufnahmeöffnung als eine Drehachse des exzentrischen Bauteils verläuft.
(4) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (2) oder (3), wobei die Pleuelstange von variabler Länge ferner einen Blockiermechanismus zum Blockieren des exzentrischen Bauteils aufweist, sodass es sich nicht dreht, wenn sich das exzentrische Bauteil in der ersten Rotation und der zweiten Rotationsposition befindet.
(5) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (2) bis (4), wobei das Führungsbauteil eine erste Führungsschiene und eine zweite Führungsschiene aufweist, welche einander zugewandt angeordnet und derart ausgelegt sind, dass, wenn sich das Führungsbauteil in der ersten Führungsposition befindet, der vorspringende Stift durch die erste Führungsschiene in eine erste Relativposition geführt wird, und, wenn sich das Führungsbauteil in der zweiten Führungsposition befindet, der vorspringende Stift durch die zweite Führungsschiene in eine zweite Relativposition geführt wird.
(6) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (5), wobei das Führungsbauteil derart ausgelegt ist, dass sich der vorspringende Stift während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch eine Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene und der zweiten Führungsschiene bewegt, und die erste Führungsschiene und die zweite Führungsschiene derart ausgeformt sind, dass bezüglich des Intervalls bzw. Abstands zwischen den beiden (Führungsschienen) in einer Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts eine Führungspassagenausgangsseite enger als eine Führungspassageneingangsseite ist bzw. sich verengt.
(7) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (2) bis (6), wobei das Führungsbauteil drehbar an dem Motorkörper angebracht und derart ausgelegt ist, dass es sich zwischen der ersten Führungsposition und der zweiten Führungsposition durch eine Rotation des Führungsbauteils bezogen auf den Motorkörper bewegen kann.
(8) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (2) bis (7), wobei das exzentrische Bauteil weiterhin einen Vorsprung aufweist, welcher von einer äußeren Oberfläche in einer Radialrichtung nach außen vorspringt, und der Pleuelstangenkörper weiterhin ein Begrenzungsbauteil bzw. Stoppbauteil aufweist, welches um das exzentrische Bauteil (herum) angeordnet ist, und das Begrenzungsbauteil bzw. Stoppbauteil derart angeordnet ist, dass der Vorsprung an dem Begrenzungs- bzw. Stoppbauteil anliegt bzw. anstößt, wenn sich das exzentrische Bauteil in der ersten Rotationsposition und der zweiten Rotationsposition befindet.
(9) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (8), wobei das exzentrische Bauteil derart ausgelegt ist, dass eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung von einer Drehachse des exzentrischen Bauteils versetzt ist, die erste Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der sich die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung weiter in einer Rotationsrichtung als auf die Achse des Pleuelstangenkörpers dreht, und eine Position, bei welcher sie weiter entfernt von der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung als die Drehachse des exzentrischen Bauteils angeordnet ist, und das Stoppbauteil bzw. Begrenzungsbauteil derart angeordnet ist, dass, wenn sich das exzentrische Bauteil in der ersten Rotationsposition befindet, der Vorsprung an dem Stoppbauteil bzw. Begrenzungsbauteil anliegt, so dass sich das exzentrische Bauteil nicht weiter in der einen Rotationsrichtung dreht.
(10) Variabler Kompressionsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (9), wobei die zweite Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der sich die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung weiter in der der einen Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung als auf die Achse des Pleuelstangenkörpers dreht, und eine Position ist, bei der sie näher bei der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung als die Drehachse des exzentrischen Bauteils angeordnet ist, und das Stoppbauteil bzw. Begrenzungsbauteil derart angeordnet ist, dass, wenn sich das exzentrische Bauteil in der zweiten Rotationsposition befindet, der Vorsprung an dem Stoppbauteil bzw. Begrenzungsbauteil derart anliegt, dass sich das exzentrische Bauteil nicht weiter in der zu der einen Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung dreht.
(11) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (1) bis (10), wobei das exzentrische Bauteil einen Zahnradabschnitt aufweist, welcher an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung ausgestattet ist, der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils ein Antriebszahnrad, welches drehbar an dem Pleuelstangenkörper angebracht ist und sich mit dem Zahnradabschnitt des exzentrischen Bauteils in Zahnradeingriff befinde, und einen Verbindungsmechanismus aufweist, welcher mit dem vorspringenden Stift ausgestattet und mit dem Antriebszahnrad gekoppelt ist, wobei der Verbindungsmechanismus derart ausgelegt ist, dass, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts verändert, durch den Verbindungsmechanismus die Rotationsposition des Antriebszahnrads verändert wird.
(12) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (11), wobei das Antriebszahnrad einen ersten kreisförmigen Abschnitt hat, welcher eine von der Drehachse des Antriebszahnrads versetzte Achse hat, und der Verbindungsmechanismus an einem Endabschnitt ein Verbindungsbauteil aufweist, welches mit einem ersten Ringabschnitt ausgestattet ist, welcher mit dem ersten kreisförmigen Abschnitt zusammenpasst bzw. zusammengepasst ist.
(13) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß dem vorstehenden Aspekt (12), wobei der Verbindungsmechanismus weiterhin ein exzentrisches Drehbauteil aufweist, welches drehbar an dem Pleuelstangenkörper angebracht ist und an dem der vorspringende Stift angebracht ist, wobei das exzentrische Drehbauteil einen zweiten kreisförmigen Abschnitt aufweist, welcher eine von der Drehachse des exzentrischen Rotationsbauteils versetzte Achse hat, und der vorspringende Stift an dem exzentrischen Rotationsbauteil derart angebracht ist, dass seine Achse von der Drehachse des exzentrischen Rotationsbauteils versetzt ist, und das Verbindungsbauteil einen zweiten Ringabschnitt aufweist, welcher mit dem zweiten kreisförmigen Abschnitt bei dem Ende auf der dem Ende, bei dem der erste Ringabschnitt vorgesehen ist, entgegengesetzten Seite zusammenpasst bzw. zusammengepasst ist.
(14) Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der vorstehenden Aspekte (11) bis (13), wobei die Pleuelstange von variabler Länge weiterhin einen Blockiermechanismus aufweist, welcher das exzentrische Bauteil derart blockiert, dass es sich nicht dreht, wenn sich das exzentrische Bauteil in einer vorbestimmten Rotationsposition befindet, das Antriebszahnrad eine Aussparung auf einer dem Pleuelstangenkörper zugewandten Seitenoberfläche aufweist, und der Blockiermechanismus eine Blockierkugel und eine die Blockierkugel vorspannende Feder aufweist und das exzentrische Bauteil derart blockiert, dass es sich nicht dreht, indem die Blockierkugel teilweise in die in dem Antriebszahnrad ausgeformte Aussparung eingepasst wird.

Vorteilhafte Effekte der Erfindung
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein variabler Verdichtungsverhältnismechanismus bereitgestellt, welcher eine Pleuelstange von variabler Länge hat, welche ihre effektive Länge verändern kann und eine neuartige Struktur aufweist.
Figurenliste

1 ist eine schematische Seitenquerschnittansicht eines Verbrennungsmotors, welcher mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus ausgestattet ist.
2 ist eine schematische Querschnittperspektivenansicht eines Verbrennungsmotors, welcher mit einem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus ausgestattet ist.
3 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch eine auseinandergebaute Pleuelstange von variabler Länge zeigt.
4 ist eine Seitenansicht, welche schematisch eine Pleuelstange von variabler Länge zeigt.
5 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines exzentrischen Bauteils wieder.
6 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines Antriebszahnrads wieder.
7 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht eines exzentrischen Rotationsbauteils wieder.
Die 8A und 8B sind Seitenansichten, welche schematisch eine Pleuelstange von variabler Länge zeigen.
9 ist eine perspektivische Ansicht, welche schematisch ein Führungsbauteil zeigt.
Die 10A bis 10C sind schematische Seitenansichten, welche Veränderungszustände einer Pleuelstange von variabler Länge zeigen, wenn eine Position eines Führungsbauteils in eine erste Führungsposition umgeschaltet wird.
Die 11A bis 11C sind schematische Seitenansichten, welche Veränderungszustände einer Pleuelstange von variabler Länge zeigen, wenn eine Position eines Führungsbauteils in eine erste Führungsposition umgeschaltet wird.
Die 12A bis 12C sind schematische Seitenansichten, welche Veränderungszustände einer Pleuelstange von variabler Länge zeigen, wenn eine Position eines Führungsbauteils in eine zweite Führungsposition umgeschaltet wird.
Die 13A bis 13C sind schematische Seitenansichten, welche Veränderungszustände einer Pleuelstange von variabler Länge zeigen, wenn eine Position eines Führungsbauteils in eine zweite Führungsposition umgeschaltet wird.
Die 14A und 14B sind Seitenansichten, welche ähnlich zu den 8A und 8B schematische eine Pleuelstange von variabler Länge zeigen.

Beschreibung der Ausführungsformen
Im Folgenden werden mit Bezugnahme auf die Figuren Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung im Detail beschrieben. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der folgenden Erklärung ähnliche Komponenten mit den gleichen Bezugszeichen bezeichnet werden.
Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis
1 ist eine schematische Seitenquerschnittansicht eines Verbrennungsmotors, welcher einen variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist. 2 ist eine schematische Querschnittperspektivenansicht eines Verbrennungsmotors, welcher einen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform aufweist. Mit Bezug auf die 1 und 2 umfasst der Verbrennungsmotor 1 ein Kurbelgehäuse 2, einen Zylinderblock 3, Zylinderkopf 4, Kolben 5, Pleuelstangen 6 von variabler Länge, Brennkammern 7 und Zündkerzen 8, welche im Zentrum der oberen Oberflächen der Brennkammern 7 angeordnet sind, Einlassventile 9, eine Einlassnockenwelle 10, Ansaugkanäle 11, Abgasventile 12, eine Abgasnockenwelle 13 und Auslasskanäle 14.
Eine Pleuelstange 6 von variabler Länge ist an ihrem kleinen Ende durch bzw. über einen Kolbenbolzen 21 mit einem Kolben 5 gekoppelt und an ihrem großen Ende mit einem Kurbelzapfen 22 der Kurbelwelle gekoppelt. Die Pleuelstange 6 von variabler Länge kann, wie später beschrieben wird, bezüglich der Distanz von einer Achse des Kolbenbolzens 21 zu einer Achse des Kurbelzapfens 22, d. h. in ihrer effektiven Länge, verändert werden.
Wenn die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge länger wird, wird auch die Länge bzw. Distanz von dem Kurbelzapfen 22 zu dem Kolbenbolzen 21 länger und daher wird, wie durch die durchgezogene Linie in 1 gezeigt, das Volumen der Brennkammer 7, wenn sich der Kolben 5 bei dem oberen Totpunkt befindet, kleiner. Andererseits verändert sich die Hublänge, um welche sich der Kolben 5 in dem Zylinder hin-und-her-bewegt, sogar dann nicht, wenn sich die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge verändert. Daher wird zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis in dem Verbrennungsmotor 1 größer.
Wenn andererseits die effektive Länge der Verbindungstange 6 von variabler Länge kürzer wird, wird auch die Länge bzw. Distanz von dem Kurbelzapfen 22 zu dem Kolbenbolzen 21 kürzer, und daher wird, wie durch die gestrichelte Linie in 1 gezeigt, das Volumen der Brennkammer 7, wenn sich der Kolben 5 bei dem oberen Totpunkt befindet, größer. Jedoch ist, wie vorstehend beschrieben, die Hublänge des Kolbens 5 gleichbleibend. Daher wird zu diesem Zeitpunkt das mechanische Verdichtungsverhältnis in dem Verbrennungsmotor 1 kleiner.
Konfiguration der Verbingungsstange von variabler Länge
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst eine Pleuelstange 6 von variabler Länge. Im Folgenden wird unter Bezugnahme auf die 3 bis 7 die Pleuelstange 6 von variabler Länge erklärt. 3 ist eine Perspektivansicht, welche schematisch die Pleuelstange 6 von variabler Länge gemäß der vorliegenden Ausführungsform in auseinandergebautem Zustand zeigt, während 4 eine Seitenansicht ist, welche schematisch die Pleuelstange 6 von variabler Länge gemäß der vorliegenden Ausführungsform zeigt. Wie in den 3 und 4 gezeigt, umfasst die Pleuelstange 6 von variabler Länge einen Pleuelstangenkörper 30, ein drehbar an dem Pleuelstangenkörper 30 angebrachtes exzentrisches Bauteil 40, einen an dem Pleuelstangenkörper 30 angebrachten Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 und einen Blockiermechanismus 70.
Zuerst wird der Pleuelstangenkörper 30 erklärt. Der Pleuelstangenkörper 30 hat an einem Ende eine Kurbelaufnahmeöffnung 31 zur Aufnahme eines Kurbelzapfens 22 der Kurbelwelle und an dem anderen Ende eine Hülsenaufnahmeöffnung 32 zur Aufnahme einer Hülse eines später erklärten exzentrischen Bauteils 40. Die Kurbelaufnahmeöffnung 31 ist größer als die Hülsenaufnahmeöffnung 32. Daher wird das Ende des Pleuelstangenkörpers 30, welches bei der Seite angeordnet ist, bei der die Kurbelaufnahmeöffnung 31 vorgesehen ist (Kurbelwellenseite), als das „große Ende 33“ bezeichnet und das Ende des Pleuelstangenkörpers 30, welches auf der Seite angeordnet ist, bei der die Hülsenaufnahmeöffnung 32 vorgesehen ist (Kolbenseite), wird als das „kleine Ende 34“ bezeichnet. Weiterhin wird die Linie, welche die Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 31 und die Achse der Hülsenaufnahmeöffnung 32 verbindet, als Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 bezeichnet.
Weiterhin umfasst der Pleuelstangenkörper 30 auf einer Seitenoberfläche benachbart zu der Mittelachse C ein erstes Ankerloch 35, ein zweites Ankerloch 36 und ein Halteloch 37. Das erste Ankerloch 35, das zweite Ankerloch 36 und das Halteloch 37 sind derart ausgeformt, dass sie sich rechtwinklig zu der Seitenoberfläche des Pleuelstangenkörpers 30 erstrecken, wo der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind das Halteloch 37, das erste Ankerloch 35 und das zweite Ankerloch 36 in dieser Reihenfolge vom dem kleinen Ende 34 zu dem großen Ende 33 vorgesehen. Weiterhin sind bei der vorliegenden Ausführungsform das erste Ankerloch 35 und das zweite Ankerloch 36 als den Pleuelstangenkörper 30 durchdringende Durchgangslöcher ausgeformt. Das Halteloch 37 ist als ein Loch ausgestaltet, welches den Pleuelstangenkörper 30 nicht durchdringt.
Der Pleuelstangenkörper 30 umfasst bei dem kleinen Ende 34 um die Hülsenaufnahmeöffnung 32 herum zwei Stoppbauteile bzw. Begrenzungsbauteile 38 und 39. Die Begrenzungsbauteile 38 und 39 stehen bei dem kleinen Ende 34 von der Seitenoberfläche des Pleuelstangenkörpers 30 hervor, wo der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind die Begrenzungsbauteile 38 und 39 auf zwei Seiten einer Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 bezogen auf die Mittelachse C symmetrisch angeordnet. Weiterhin sind bei der vorliegenden Ausführungsform die Begrenzungsbauteile 38 und 39 in Bogenformen ausgeformt, welche sich für eine vorbestimmte Länge in der Umfangsrichtung der Hülsenaufnahmeöffnung 32 erstrecken.
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 3 bis 5 das exzentrische Bauteil 40 beschrieben. 5 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht des exzentrischen Bauteils 40 wieder. Das exzentrische Bauteil 40 ist drehbar an dem Pleuelstangenkörper 30 angebracht und derart ausgelegt, dass sich die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge verändert, wenn es gedreht wird.
Das exzentrische Bauteil 40 umfasst eine zylindrische Hülse 41, welche in der in dem Pleuelstangenkörper 30 ausgeformten Hülsenaufnahmeöffnung 32 aufgenommen ist, und einen Zahnradabschnitt 42, welcher auf einer Seitenoberfläche der Hülse 41 vorgesehen ist. Die Hülse 41 hat eine zylindrische äußere Umfangsoberfläche und kann sich in der Hülsenaufnahmeöffnung 32 drehen. Durch die Drehung der Hülse 31 in der Hülsenaufnahmeöffnung 32 dreht sich das exzentrische Bauteil 40 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30.
Der Zahnradabschnitt 32 ist eine Platte, welche an ihrem Außenumfang mit einer Verzahnung ausgestattet ist, und ist mit der Seitenoberfläche der Hülse 31 verbunden. Der Zahnradabschnitt 32 ist derart ausgeformt, dass das die Verzahnung bzw. das Zahnrad 43 bei dem äußeren Abschnitt der äußeren Umfangsoberfläche der Hülse 41 angeordnet ist. Zusätzlich weist der Zahnradabschnitt 42 an einem Abschnitt seines Außenumfangs einen Vorsprung 45 auf, welcher von der Verzahnung bzw. dem Zahnrad 43 in der Radialrichtung nach außen vorspringt.
Der Zahnradabschnitt 42 ist konzentrisch mit der Hülse 41 angeordnet bzw. ausgeformt. Daher sind die Achse des Zahnradabschnitts 42 und die Achse der Hülse 41 koaxial. Diese Achsen werden durch A1 in 5 wiedergegeben. Wenn sich die Hülse 41 in der Hülsenaufnahmeöffnung 32 dreht, d. h., wenn sich das exzentrische Bauteil 40 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 dreht, dreht es sich um die Achse A1. Zudem entspricht die Drehachse A1 im Wesentlichen der Achse der Hülsenaufnahmeöffnung 32.
Die Hülse 41 und der Zahnradabschnitt 42 des exzentrischen Bauteils 40 sind mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 21 ausgestattet. Die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 ist in einer zylindrischen Form ausgebildet. Die zylindrische Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 ist derart ausgeformt, dass ihre Achse A2 parallel zu den Achsen A1 der Hülse 41 und des Zahnradabschnitts 42 verläuft, ist aber nicht koaxial (dazu), d. h. davon versetzt. Daher ist die Achse des Kolbenbolzens 21 von der Drehachse des exzentrischen Bauteils 40 versetzt angeordnet.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 der Hülse 41 von der Drehachse A1 des exzentrischen Bauteils 40 versetzt. Aus diesem Grund verändert sich, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 dreht, die Position der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 in der Hülsenaufnahmeöffnung 32. Wenn die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 bei der Seite des großen Endes 33 in der Hülsenaufnahmeöffnung 32 angeordnet ist, ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge kurz. Wenn andererseits die Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 bei der dem großen Ende entgegengesetzten Seite in der Hülsenaufnahmeöffnung 32 angeordnet ist, ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge lang. Daher kann gemäß der vorliegenden Ausführungsform durch eine Drehung des exzentrischen Bauteils 40 die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge verändert werden.
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 3, 4, 6 und 7 der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 beschrieben. Der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 ist dazu ausgelegt, das exzentrische Bauteil 40 zur Drehung anzutreiben und umfasst ein Antriebszahnrad 51, ein Verbindungsbauteil 58 und ein exzentrisches Rotationsbauteil 64.
6 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht des Antriebszahnrads 51 wieder. Das Antriebszahnrad 51 ist drehbar an dem Pleuelstangenkörper 30 angebracht. Das Antriebszahnrad 51 ist dazu ausgelegt, mit dem Zahnrad des exzentrischen Bauteils 40 derart in Eingriff zu stehen, dass sich, wenn das Antriebszahnrad 51 gedreht wird, auch das exzentrische Bauteil 44 dreht. Das Antriebszahnrad 51 umfasst, wie in 6 gezeigt, einen fächerförmigen Zahnradabschnitt 53, welcher an seinem Außenumfang mit einem Zahnrad 52 ausgestattet ist, und einen ersten kreisförmigen Plattenteil 54, welcher eine kreisförmige Form hat. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der fächerförmige Zahnrad- bzw. Verzahnungsabschnitt 53 und der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 integral aus einem einzigen Material ausgebildet, aber sie können auch aus verschiedenen Bauteilen ausgeformt werden und dann miteinander verbunden werden. Der fächerförmige Verzahnungsabschnitt 53 umfasst einen fächerförmigen Abschnitt 53a, welcher mit einer Verzahnung bzw. einem Zahnrad 52 an seinem Außenumfang ausgestattet ist, und einem halbkreisförmigen Abschnitt 53b, welcher mit dem fächerförmigen Abschnitt 53a verbunden ist und einen kleineren Radius als der fächerförmige Abschnitt 53a hat. Der fächerförmige Verzahnungsabschnitt 53 ist derart ausgeformt, dass die Achse A3 der bei dem Außenumfang des halbkreisförmigen Teils 53b ausgeformten Verzahnung und die Achse A4 des halbkreisförmigen Abschnitts 53b parallel, aber nicht koaxial sind, d. h., voneinander versetzt sind. Zudem ist der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 mit dem fächerförmigen Verzahnungsabschnitt 53 derart verbunden, dass seine Achse koaxial zu der Achse A4 des halbkreisförmigen Abschnitts 53b verläuft.
Das Antriebszahnrad 51 ist mit einem zylindrischen ersten Durchgangsloch 55 ausgestattet, welches sich durch den fächerförmigen Verzahnungsabschnitt 53 und den ersten kreisförmigen Plattenabschnitt 54 erstreckt. Das erste Durchgangsloch 55 ist derart ausgeformt, dass seine Achse koaxial zu der Achse A3 der Verzahnung 52 des fächerförmigen Verzahnungsabschnitts 53 verläuft. Wie in 3 gezeigt, ist ein erster Ankerstift 56 in das erste Durchgangsloch 55 eingeführt. Der erste Ankerstift bzw. Verankerungsstift 56 ist in dem ersten Ankerloch 35 aufgenommen, welches in dem Pleuelstangenkörper 3 ausgeformt ist. Daher ist der erste Ankerstift bzw. Verankerungsstift 56 an dem Pleuelstangenkörper 30 verankert. Somit ist die Antriebsverzahnung durch den ersten Ankerstift bzw. Verankerungsstift 56 um die Achse des ersten Verankerungsstifts 56, d. h., um die Achse A3 des ersten Durchgangslochs 55, drehbar an dem Pleuelstangenkörper 30 angebracht. Daher kann gesagt werden, dass die Achse A3 die Drehachse des Antriebszahnrads 51 ist.
Da die Achse A3 des ersten Durchgangsloches 55 und die Achse A4 des ersten zylindrischen Plattenabschnitts 55 voneinander versetzt sind, bewegt sich, wenn sich das Antriebszahnrad 51 um die Drehachse A3 dreht, der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 derart, dass sich seine Achse A4 um die Drehachse A3 dreht. Im Umkehrschluss dreht sich, wenn sich der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 um die Drehachse A3 in der Vertikalrichtung (Richtungen, welche sich von dem großen Ende 33 wegbewegen und annähern) bewegt, das Antriebszahnrad 51 um die Achse A3.
7 gibt eine Draufsicht und eine Seitenansicht des exzentrischen Rotationsbauteils 64 wieder. Das exzentrische Rotationsbauteil 54 ist ein Bauteil, welches drehbar an dem Pleuelstangenkörper 30 angebracht ist. Das exzentrische Rotationsbauteil 64 umfasst einen Grundplattenabschnitt 65, welcher eine kreisförmige Form hat, einen vorspringenden Stift 66, welcher von dem Grundplattenabschnitt 65 vorspringt, und einen zweiten kreisförmigen Plattenabschnitt 67, welcher eine kreisförmige Form mit einem kleineren Radius als der Grundplattenabschnitt 65 hat. Der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 ist mit der Oberfläche des Grundplattenabschnitts 65 bei der Seite verbunden, welche der Oberfläche entgegengesetzt ist, bei der der vorspringende Stift 66 vorgesehen ist. Bei der vorliegenden Ausführungsform sind der Grundplattenabschnitt 65, der vorspringende Stift 66 und der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 integral aus einem einzigen Material geformt, aber sie können auch aus unterschiedlichen Bauteilen ausgeformt und dann miteinander verbunden sein.
Der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 ist mit dem Grundplattenabschnitt 65 derart verbunden, dass seine Achse koaxial zu der Achse des Grundplattenabschnitts 65 (der Achse A5) verläuft. Der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 hat vorzugsweise eine Kreisform mit einem Radius, welcher der gleiche Radius wie der der Kreisform des ersten kreisförmigen Plattenabschnitts 54 des Antriebszahnrads 51 ist.
Der vorspringende Stift 66 ist in einer zylindrischen Form ausgeformt, welche einen kleineren Radius als der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 hat. Der vorspringende Stift 66 ist mit dem Grundplattenabschnitt 65 derart verbunden, dass seine Achse A6 parallel zu der Achse A5 des Grundplattenabschnitts 65 aber nicht koaxial zu dieser verläuft, d. h., von dieser versetzt ist. Weiterhin springt bei der vorliegenden Ausführungsform der vorspringende Stift 66 rechtwinklig von dem Grundplattenabschnitt 65 vor. In anderen Worten kann gesagt werden, dass bei der vorliegenden Ausführungsform der vorspringende Stift 66 rechtwinklig zu der Bewegungsebene der Pleuelstange 6 von variabler Länge vorspringt. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der vorspringende Stift 66 nicht notwendigerweise rechtwinklig von dem Grundplattenabschnitt 65 vorstehen muss. Es ist ausreichend, dass er an dem Grundplattenabschnitt 65 in einem Winkel angeordnet ist. Daher kann der vorspringende Stift 66 von dem Pleuelstangenkörper 30 in einem Winkel bezogen auf die Bewegungsebene der Pleuelstange 6 von variabler Länge vorspringen.
Das exzentrische Rotationsbauteil 64 ist mit einem zylindrischen zweiten Durchgangsloch 68 versehen, welches sich durch den Grundplattenabschnitt 65, den vorspringenden Stift 66 und den zweiten kreisförmigen Plattenabschnitt 67 erstreckt. Dieses zweite Durchgangsloch 68 ist derart ausgeformt, dass seine Achse A7 parallel zu der Achse A5 des Grundplattenabschnitts 65 und der Achse A6 des vorspringenden Stifts 66, aber nicht koaxial dazu, verläuft, d. h., so dass sie von den Achsen A5 und A6 versetzt ist. Wie in 3 gezeigt, ist ein zweiter Verankerungsstift 69 in dieses zweite Durchgangsloch 68 eingeführt. Der zweite Verankerungsstift 69 ist in dem zweiten Verankerungsloch 56 des Pleuelstangenkörpers 30 aufgenommen. Daher ist der zweite Verankerungsstift 69 an dem Pleuelstangenkörper 30 verankert. Somit ist aufgrund des zweiten Verankerungsstifts 69 das exzentrische Rotationsbauteil 64 an dem Pleuelstangenkörper 30 angebracht, um sich so um die Achse des zweiten Verankerungsstifts 69, d. h., um die Achse A7 des zweiten Durchgangsloches 68, drehen zu können. In anderen Worten kann gesagt werden, dass die Achse A7 die Drehachse des exzentrischen Rotationsbauteils 64 ist.
Der vorspringende Stift 66, der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 und das zweite Durchgangsloch 68 sind derart ausgeformt, dass eine erste Linie L1, welche die Achse A5 des zweiten kreisförmigen Plattenabschnitts 67 und die Achse A6 des vorspringenden Stifts 66 verbindet, und eine zweite Linie L2, welche die Achse A7 des zweiten Durchgangslochs 68 und die Achse A6 des vorspringenden Stifts 66 verbindet, sich in einem vorbestimmten Winkel θ schneiden. Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn die Achse A5, Achse A6 und Achse A7 in dieser Reihenfolge auf einer geraden Linie angeordnet sind, der Winkel θ als 0 (Null) wiedergegeben wird, während, wenn die Achse A7 zwischen der Achse A5 und der Achse A6 angeordnet ist und diese Achsen auf einer geraden Linie angeordnet sind, der Winkel θ als 180° wiedergegeben wird. In jedem Fall sind die erste Linie L1 und die zweite Linie L2 derart ausgeformt, dass der Winkel θ weder 0° noch 180° ist. Bei dem in 7 gezeigten Beispiel ist der Winkel θ ein Winkel von weniger als 90°, aber er kann auch 90° oder ein Winkel > 90° sein.
Da die Achse A7 des zweiten Durchgangsloches 68 und die Achse A5 des zweiten kreisförmigen Plattenabschnitts 67 voneinander versetzt sind, bewegt sich, wenn sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 um die Drehachse A7 dreht, der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 derart, dass sich seine Achse A5 um die Drehachse A7 dreht. Im Umkehrschluss dreht sich, wenn sich der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 um die Drehachse A7 in der Vertikalrichtung (Richtungen, welche sich von dem kleinen Ende 34 wegbewegen und diesem annähern) bewegt, das exzentrische Rotationsbauteil 64 um die Drehachse A7.
Da die Achse A7 des zweiten Durchgangsloches 68 und die Achse A6 des vorspringenden Stifts 66 voneinander versetzt sind, bewegt sich, wenn sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 um die Drehachse A7 dreht, der vorspringende Stift 66 derart, dass sich seine Achse A6 um die Drehachse A7 dreht. Anders ausgedrückt dreht sich, wenn sich der vorspringende Stift 66 in der Vertikalrichtung (eine Richtung, welche sich wegbewegt und sich dem kleinen Ende 34 annähert) um die Drehachse A7 bewegt, das exzentrische Rotationsbauteil 64 um die Drehachse A7.
Das Verbindungsbauteil 58 ist ein Bauteil, welches mit dem Antriebszahnrad 51 und dem exzentrischen Rotationsbauteil 64 gekoppelt und dazu ausgelegt ist, diese miteinander zu verbinden bzw. in Wirkverbindung zu bringen. Das Verbindungsbauteil 58 umfasst einen Verbindungsbauteilkörper 59, einen ersten Ringabschnitt 60, welcher bei einem Ende des Verbindungsbauteilkörpers 59 ausgeformt ist, und einen zweiten Ringabschnitt 61, welcher bei dem anderen Endabschnitt des Verbindungsbauteilkörpers 59 ausgeformt ist.
Der erste Ringabschnitt 60 ist derart ausgeformt, dass er einen Innendurchmesser hat, welcher im Wesentlichen derselbe wie der Außendurchmesser des ersten kreisförmigen Plattenabschnitts 54 des Antriebszahnrads 51 ist. Infolgedessen passt der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 des Antriebszahnrads 51 mit dem ersten Ringabschnitt 60 derart zusammen, dass er sich in dem ersten Ringabschnitt 60 drehen kann bzw. dreht. Ähnlich dazu ist der zweite Ringabschnitt 61 derart ausgeformt, dass er einen inneren Durchmesser hat, welcher im Wesentlichen derselbe wie der Außendurchmesser des zweiten kreisförmigen Plattenabschnitts 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 ist. Infolgedessen passt der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 mit dem zweiten Ringabschnitt 61 derart zusammen, dass er sich in dem zweiten Ringabschnitt 61 drehen kann bzw. dreht.
Somit umfasst das Verbindungsbauteil 58 einen ersten Ringabschnitt 60, welcher mit dem ersten kreisförmigen Plattenabschnitt 54 des Antriebszahnrads 51 zusammenpasst, und einen zweiten Ringabschnitt 61, welcher mit dem zweiten kreisförmigen Plattenabschnitt 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 zusammenpasst. Aus diesem Grund können das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Rotationsbauteil 64 gedreht werden, um so miteinander zu kooperieren bzw. in Wirkverbindung gebracht zu werden. Wenn sich beispielsweise das exzentrische Rotationsbauteil 64 derart um die Drehachse A7 dreht, dass sich der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 64 aufwärts bewegt (in der Richtung, welche sich dem kleinen Ende 34 annähert), dreht sich durch das Verbindungsbauteil 58 das Antriebszahnrad 51 um die Drehachse A3, sodass sich der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 aufwärts bewegt (in der Richtung, welche sich von dem großen Ende 33 entfernt). Umgekehrt dreht sich, wenn sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 um die Drehachse A7 dreht, sodass sich der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 abwärts bewegt (in der Richtung, welche sich von dem kleinen Ende 34 entfernt), das Antriebszahnrad 51 durch das Verbindungsbauteil 58 um die Drehachse A3, sodass sich der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 abwärts (in der Richtung, welche sich dem großen Ende 33 annähert) bewegt.
Der Blockiermechanismus 70 ist ein Mechanismus zum Blockieren des exzentrischen Bauteils 40 in einer vorbestimmten Rotationsposition. Der Blockiermechanismus 70 umfasst eine Blockierkugel 31 und eine Feder 72, welche in einem in dem Pleuelstangenkörper 30 ausgeformten Halteloch 37 gehalten wird. Das Halteloch 37 ist in einer Position angeordnet, welche einer Seitenoberfläche des Antriebszahnrads 51 zugewandt ist. Die in dem Halteloch 37 gehaltene Blockierkugel 31 wird durch die Feder 72 derart vorgespannt, dass sie aus dem Halteloch 37 hervorsteht, um so an der Seitenoberfläche des Antriebszahnrads 51 anzuliegen.
Die Seitenoberfläche des Antriebszahnrads 51, welche dem Pleuelstangenkörper 30 zugewandt ist, ist mit zwei konischen bzw. kegelförmigen Aussparungen 73 und 74 versehen. Die Aussparungen 73 und 74 sind derart ausgelegt, dass, wenn sich das Antriebszahnrad 51 in vorbestimmten Rotationspositionen befindet und sich daher das mit dem Antriebszahnrad 51 in Zahnradeingriff stehende exzentrische Bauteil 40 in einer vorbestimmten Rotationsposition befindet, die Aussparungen 73 und 74 dem Halteloch 37 des Pleuelstangenkörpers 30 zugewandt sind und die Blockierkugel 71 teilweise aufnehmen. Wenn die Blockierkugel derart teilweise in den Aussparungen 73 und 74 aufgenommen ist, wird die Rotation des Antriebszahnrads 51 durch die Blockierkugel 31 behindert und das Antriebszahnrad 51 wird blockiert, wodurch das exzentrische Bauteil 40 blockiert wird. Der Blockiermechanismus 40 ist jedoch derart ausgeformt, dass die Blockierkugel 71 aus den Aussparungen 73 und 74 hinausgleitet, wenn, wie später beschrieben, ein Betrieb des vorspringenden Stifts 66 das exzentrische Bauteil 40 zum Rotieren bringt.
Bei der vorliegenden Ausführungsform ist die erste Aussparung 73 derart angeordnet, dass sie dem Halteloch 37 des Pleuelstangenkörpers 30 zugewandt ist, wenn sich das Antriebszahnrad 51 in einer später beschriebenen ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads befindet, d. h., wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in einer ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet. Zusätzlich ist die zweite Aussparung 74 derart angeordnet, dass sie dem Halteloch 37 des Pleuelstangenkörpers 30 zugewandt ist, wenn sich das Antriebszahnrad 51 in einer später beschriebenen zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads befindet, d. h., wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in einer zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet.
Betrieb der Pleuelstange von variabler Länge
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 8A und 8B der Betrieb der wie vorstehend beschrieben ausgebildeten Pleuelstange von variabler Länge beschrieben. Die 8A und 8B sind Seitenansichten, welche schematisch die Pleuelstange 6 von variabler Länge zeigen. 8A zeigt den Zustand, in dem die effektive Länge der Verbindungstange 6 von variabler Länge lang ist, und daher das mechanische Verdichtungsverhältnis hoch ist, während 8B den Zustand zeigt, in dem die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge kurz ist, und daher das mechanische Verdichtungsverhältnis niedrig ist.
Bei dem in 8A gezeigten Beispiel befindet sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 in einer ersten Rotationsposition des Rotationsbauteils, in der es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (in der Richtung des Pfeiles D1 in der Figur) gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie sich aus 8A ergibt, der vorspringende Stift 66 relativ zu der Drehachse A7 abwärts bzw. unten angeordnet (genauer gesagt, auf der unteren Seite in der Richtung, welche rechtwinklig zu der Richtung des Vorrückens während des Betriebs des Verbrennungsmotors des vorspringenden Stifts 66 in dem Bereich, in dem das später erklärte Führungsbauteil vorgesehen ist, verläuft). Im Folgenden wird eine derartige Position des vorspringenden Stifts 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 als „erste Relativposition“ bezeichnet. Weiterhin ist der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 relativ zu der Drehachse A7 abwärts bzw. unten angeordnet (Seite des großen Endes 33).
Auf diese Weise wird, wenn sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der ersten Rotationsposition des Rotationsbauteils befindet, der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 relativ abwärts bzw. unten positioniert, und daher wird auch der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 des Antriebszahnrads 51, welcher mit dem zweiten kreisförmigen Plattenabschnitt 67 über den Verbindungsmechanismus 58 verbunden ist, um die Drehachse A3 relativ abwärts bzw. unten positioniert (Seite des großen Endes 33). Infolgedessen ist das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, bei der es innerhalb des Drehbereichs um die Drehachse A3 weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (in der Richtung des Pfeiles D2 in der Figur) gedreht ist.
Wenn sich das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads befindet, befindet sich auch das exzentrische Bauteil 40, welches mit dem Antriebszahnrad 51 in Zahnradeingriff steht, in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils, bei der es innerhalb des Drehbereichs um die Drehachse A1 weitest möglich im Uhrzeigersinn (in der Richtung des Pfeiles D3 in der Figur) gedreht ist. Wenn sich auf diese Weise das exzentrische Bauteil 40, wie in 8A gezeigt, in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, ist die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 auf der Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 positioniert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zu diesem Zeitpunkt die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 weiter entfernt von der Kurbelaufnahmeöffnung 31 als die Achse A1 der Hülsenaufnahmeöffnung 32 angeordnet. Daher ist zu diesem Zeitpunkt die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 am weitesten entfernt von der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 31 angeordnet, und daher kann gesagt werden, dass sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge in einem Zustand befindet, in dem die effektive Länge am längsten ist.
Wenn sich bei der vorliegenden Ausführungsform der vorspringende Stift 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 in der ersten Relativposition befindet, ist das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der ersten Rotationsposition des Rotationsbauteils angeordnet, das Antriebszahnrad 51 ist in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, und das exzentrische Bauteil 40 ist in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet, und infolgedessen ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge am längsten. Daher ist, wenn sich der Verbindungsstift 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 in der ersten Relativposition befindet, das mechanische Kompressions- bzw. Verdichtungsverhältnis hoch.
Wenn das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet ist, fluchtet die erste Aussparung 73 des Antriebszahnrads 51 mit dem Halteloch 37 des Pleuelstangenkörpers 30. Demgemäß ist die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 teilweise in der ersten Aussparung aufgenommen. Daher blockiert der Blockiermechanismus 70 das exzentrische Rotationsbauteil 64, das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40, sodass diese sich nicht drehen, wenn das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads positioniert ist, d. h. das exzentrische Bauteil bei der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet ist.
In dem in 8B gezeigten Beispiel befindet sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 in einer zweiten Rotationsposition des Rotationsbauteils, bei der es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Uhrzeigersinn (in Richtung des Pfeiles D4 in der Figur) gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie sich aus 8B ergibt, der vorspringende Stift 66 relativ zu der Drehachse A7 aufwärts bzw. oben angeordnet (genauer gesagt, auf der oberen Seite in der Richtung, welche rechtwinklig zu der Vorrückrichtung des vorspringenden Stifts 66 während des Betriebs des Verbrennungsmotors, in der das später erklärte Führungsbauteil vorgesehen ist, verläuft). Im Folgenden wird eine derartige Position des vorspringenden Stifts 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 als „zweite Relativposition“ bezeichnet. Weiterhin ist der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 des exzentrischen Rotationsbauteils 64 relativ zu der Drehachse A7 aufwärts bzw. oben positioniert (Seite des kleinen Endes 34).
Wenn sich das exzentrische Rotationsbauteil 64 auf diese Weise in der zweiten Rotationsposition des Rotationsbauteils befindet, ist der zweite kreisförmige Plattenabschnitt 67 relativ oben bzw. aufwärts positioniert und daher ist auch der erste kreisförmige Plattenabschnitt 54 des Antriebszahnrads 51, welches mit dem zweiten kreisförmigen Plattenabschnitt 67 durch das Verbindungsbauteil 58 gekoppelt ist, um die Drehachse A3 relativ aufwärts bzw. oben positioniert (Seite des kleinen Endes 34). Infolgedessen ist das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, bei der es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich um die Drehachse A3 im Uhrzeigersinn (der Richtung des Pfeiles D5 in der Figur) gedreht ist.
Wenn das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads positioniert ist, ist das exzentrische Bauteil 40, welches mit dem Antriebszahnrad 51 in Zahnradeingriff steht, bei der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils positioniert, bei der es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (in der Richtung des Pfeils D6 in der Figur) um die Drehachse A1 gedreht ist. Wenn sich das exzentrische Bauteil 40 derart in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, ist, wie in 8B gezeigt, die Achse A3 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 auf der Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 positioniert. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist zu diesem Zeitpunkt die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 näher bei der Kurbelaufnahmeöffnung 31 als die Achse A1 der Hülsenaufnahmeöffnung 32 angeordnet. Daher ist zu diesem Zeitpunkt die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 in einer Position angeordnet, welche am Nächsten bei der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 31 ist. Demgemäß kann gesagt werden, dass sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge in einem Zustand der kürzesten effektiven Länge befindet.
Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich der vorspringende Abschnitt 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 in der zweiten Relativposition befindet, das exzentrische Rotationsbauteil 64 bei der zweiten Rotationsposition des Rotationsbauteils angeordnet, das Antriebszahnrad 51 ist bei der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, und das exzentrische Bauteil 40 ist bei der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet, und infolgedessen ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge am kürzesten. Wenn sich der Verbindungsstift 66 in der zweiten Relativposition bezogen auf den Pleuelstangenkörper befindet, ist daher das mechanische Verdichtungsverhältnis gering.
Weiterhin fluchtet, wenn das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet ist, die zweite Aussparung 74 des Antriebszahnrads 51 mit dem Halteloch 37 des Pleuelstangenkörpers 30 und demgemäß ist die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 teilweise in der zweiten Aussparung 74 aufgenommen. Daher blockiert, wenn das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet ist, d. h., wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, der Blockiermechanismus 70 das exzentrische Rotationsbauteil 64, das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40, sodass diese sich nicht drehen.
Es kann also gesagt werden, dass bei der Pleuelstange 6 von variabler Länge gemäß der vorliegenden Ausführungsform der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50, welcher das Antriebszahnrad 51, das Verbindungsbauteil 58 und das exzentrische Rotationsbauteil 64 aufweist, derart ausgelegt ist, dass sich, wenn sich die Relativposition des Verbindungsstifts 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 verändert, das exzentrische Bauteil 40 dreht.
Weiterhin kann gesagt werden, dass die Verbindungstange 6 von variabler Länge gemäß der vorliegenden Ausführungsform einen Verbindungsmechanismus hat, welcher aus einem Verbindungsbauteil 58 und einem exzentrischen Rotationsbauteil 64 ausgebildet wird. Der Verbindungsmechanismus umfasst einen vorspringenden Stift 66 und ist mit dem Antriebszahnrad 51 verbunden. Weiterhin kann gesagt werden, dass der Verbindungsmechanismus derart ausgelegt ist, dass sich, wenn sich die Relativposition des vorspringenden Stifts 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 verändert, über den Verbindungsmechanismus die Rotationsposition des Antriebszahnrads 51 verändert.
Konfiguration des Führungsbauteils
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform umfasst ein Führungsbauteil 80, welches an dem Motorkörper derart angebracht ist, dass es sich nicht zusammen mit der Pleuelstange 6 von variabler Länge bewegt (und insbesondere sich nicht bezogen auf den Motorkörper bewegt). Das Führungsbauteil 80 führt den vorspringenden Stift 66 während des Betriebs des Verbrennungsmotors. Im Folgenden wird das Führungsbauteil 80 mit Bezugnahme auf die 1, 2 und 9 erklärt.
Das Führungsbauteil 80 ist insbesondere an dem Kurbelgehäuse 2 oder dem Zylinderblock 3 angebracht. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Führungsbauteil 80 an dem Zylinderblock 3 um die Drehachse A6 drehbar angebracht. Zudem ist die Anzahl der Führungsbauteile 80 dieselbe wie die Anzahl der Pleuelstangen 6 von variabler Länge, d. h., die Anzahl der Zylinder. Ein jedes Führungsbauteil 80 ist derart angeordnet, dass es der Seitenoberfläche der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt ist, bei der der vorspringende Stift 66 vorgesehen ist.
9 ist eine Perspektivansicht, welche schematisch ein Führungsbauteil 80 zeigt. Wie in 9 gezeigt, umfasst das Führungsbauteil 80 einen Führungsbauteilkörper 81, einen Schienenhalteabschnitt 82, welcher bei einem Ende des Führungsbauteilkörpers 81 vorgesehen ist, eine erste Führungsschiene 83 und eine zweite Führungsschiene 84, welche bei dem Schienenhalteabschnitt 82 vorgesehen sind, und ein Durchgangsloch 85, welches bei dem anderen Ende des Führungsbauteilkörpers 81 vorgesehen ist.
Der Schienenhalteabschnitt 82 ist dazu ausgelegt, die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 zu halten, und ist derart ausgeformt, dass er sich rechtwinklig zu dem Führungsbauteilkörper 81 erstreckt. Weiterhin ist die Seitenoberfläche des Schienenhalteabschnitts 82, welcher der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt ist, derart ausgeformt, dass er an der Seitenoberfläche des Führungsbauteilkörpers 81 anliegt, welche der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt ist.
Die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 führen den vorspringenden Stift 66 in Übereinstimmung mit der Führungsposition des Führungsbauteils 80. Die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 sind mit dem Schienenhalteabschnitt 82 derart verbunden, dass sie von den Seitenoberflächen des Schienenhalteabschnitts 82 hervorstehen, welche der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt sind. Die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 sind beide in Bogenformen bei der Ebene ausgebildet, welche parallel zu der Seitenoberfläche des Schienenhalteabschnitts 82 verläuft. Die Führungsschienen 83 und 84 sind bei dem Schienenhalteabschnitt 82 derart ausgeformt, dass sie einander zugewandt sind.
Das Durchgangsloch 85 erstreckt sich bezogen auf die Seitenoberfläche des Schienenhalteabschnitts 82 rechtwinklig, welcher der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt ist. Eine Welle (nicht gezeigt) ist in das Durchgangsloch 85 eingeführt. Insbesondere ist das Führungsbauteil 80 an der Welle derart angebracht, dass sich, wenn sich die Welle um ihre Achse dreht, das Führungsbauteil 80 um die Achse der Welle dreht, d. h., um die Achse des Durchgangslochs 85. Die Welle ist mit einem Antriebsaktuator (nicht gezeigt) für das Führungsbauteil 80 gekoppelt und das Führungsbauteil 80 wird durch diesen Antriebsaktuator dazu angetrieben, sich zu drehen.
Das Führungsbauteil 80, welches wie vorstehend beschrieben ausgebildet ist, ist derart angeordnet, dass es der Seitenoberfläche der Pleuelstange 6 von variabler Länge zugewandt ist, bei der der Verbindungsstift 66 vorgesehen ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das Führungsbauteil 80 derart angeordnet, dass die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 bei den zwei Seiten des Pfads angeordnet sind, den die Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 durchläuft, wenn die Verbindungstange 6 von variabler Länge zusammen mit dem Betrieb des Verbrennungsmotors eine Hin-und Her-Bewegung und eine Schwingbewegung durchführt. Genauer gesagt, ist das Führungsbauteil 80 derart angeordnet, dass die erste Führungsschiene 83 bei der Seite des Zylinderkopfes 4 des Pfads angeordnet ist, welchen die Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 passiert und die zweite Führungsschiene 84 auf der Seite des Kurbelgehäuses des Pfads angeordnet ist, welchen die Drehachse A7 des vorspringenden Stiftes 66 passiert. Daher ist das Führungsbauteil 80 derart angeordnet, dass die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 auf derselben Ebene wie der vorspringende Stift 66 in der Ebene angeordnet sind, welche parallel zu der Bewegungsebene verläuft. Aus diesem Grund passiert der vorspringende Stift 66 die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 jedes Mal, wenn sich die Kurbelwelle einmal dreht bzw. bei einer jeden Umdrehung der Kurbelwelle.
Zudem sind die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 derart ausgeformt, dass das Intervall bzw. der Abstand zwischen ihnen bei einer Annäherung von dem ersten Ende zu dem anderen Ende allmählich kleiner wird. Genauer gesagt, ist das Intervall zwischen den Enden, welche bei der Ausgangsseite angeordnet sind, wenn der vorspringende Stift 66 die Führungsschienen 83 und 84 passiert, derart ausgeformt, dass es kleiner ist, als das Intervall zwischen den Enden, welche bei der Eingangsseite angeordnet sind. Bei der vorliegenden Ausführungsform ist das Intervall zwischen den Führungsschienen 83 und 84 derart ausgebildet, dass es bei der Ausgangsseite im Wesentlichen gleich wie der Durchmesser des vorspringenden Stifts 66 ist.
Bei der vorliegenden Ausführungsform wird das Führungsbauteil 80 dazu angetrieben, sich zwischen der ersten Führungsposition und der zweiten Führungsposition zu drehen. Die erste Führungsposition ist die Position des Führungsbauteils 80, wenn das Führungsbauteil innerhalb des Drehbereichs weitest möglich in der Richtung von der ersten Führungsschiene 83 zu der zweiten Führungsschiene 84 gedreht ist. Das heißt, die erste Führungsposition ist die Position des Führungsbauteils 80, in der das Führungsbauteil 80 innerhalb des Drehbereichs weitest möglich in der Richtung zu dem Kurbelgehäuse gedreht ist.
Die zweite Führungsposition ist die Position des Führungsbauteils 80, in der das Führungsbauteil 80 innerhalb des Drehbereichs weitest möglich in der Richtung von der zweiten Führungsschiene 84 zu der ersten Führungsschiene 83 gedreht ist. Das heißt, die zweite Führungsposition ist die Position des Führungsbauteils 80, in der das Führungsbauteil 80 innerhalb des Drehbereichs am weitesten zu dem Zylinderkopf 4 gedreht ist.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass sich bei der vorliegenden Ausführungsform das Führungsbauteil 80 um die Drehachse A8 drehen kann. Das Führungsbauteil 80 muss jedoch nicht drehbar an dem Motorkörper angebracht sein, solange seine Führungsposition verändert werden kann. Beispielsweise kann es auch an dem Motorkörper angebracht werden, um sich bezogen auf den Motorkörper zu verschieben bzw. translational zu bewegen.
(Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zusammen mit dem Betrieb des Führungsbauteils)
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 10A bis 13C die Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge (d. h., die Veränderung des Verdichtungsverhältnisses), welche mit dem Betrieb des Führungsbauteils 80 einhergeht erklärt. Die Figuren 10A bis 10C und die 11A bis 11C sind schematische Seitenansichten, welche die Veränderungen der Pleuelstange 6 von variabler Länge zeigen, wenn das Führungsbauteil 80 in die erste Führungsposition geschaltet wird. Die Figuren 12A bis 12C und 13A bis 13C sind schematische Seitenansichten, welche die Veränderungen der Pleuelstange 6 von variabler Länge zeigen, wenn das Führungsbauteil 80 in die zweite Führungsposition geschaltet wird.
In dem in 10A gezeigten Zustand ist das exzentrische Bauteil 40 ähnlich zu dem in 8B gezeigten Zustand in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet. Daher ist das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, wenn das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der zweiten Rotationsposition des Rotationsbauteils angeordnet ist. Zusätzlich ist der Verbindungsstift 66 bezogen auf den Verbindungstangenkörper in der zweiten Relativposition und demgemäß auf der oberen Seite (Seite des kleinen Endes 34) in einer Richtung angeordnet, welche rechtwinklig zu der Erstreckungsrichtung der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 verläuft. Weiterhin fluchtet in diesem Zustand die zweite in dem Antriebszahnrad 51 ausgeformte Aussparung 74 mit der Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 und demgemäß werden das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 durch den Blockiermechanismus blockiert.
Weiterhin ist in dem in 10A gezeigten Zustand das Führungsbauteil 80 in die erste Führungsposition geschaltet. Daher befindet sich das Führungsbauteil 80 in einem Zustand, in welchem es weitest möglich in der Richtung hin zu dem Kurbelgehäuse gedreht ist.
Wenn sich die Kurbelwelle in diesem Zustand dreht, bewegt sich das große Ende 33 der Pleuelstange 6 von variabler Länge zusammen mit der Drehung des Kurbelzapfens 22 in der Richtung nach rechts oben in 10A. Weiterhin bewegt sich dadurch das kleine Ende 34 der Pleuelstange 6 von variabler Länge aufwärts und der an dem kleinen Ende 34 angebrachte Kolben 5 bewegt sich aufwärts. Zusammen mit einer derartigen Bewegung der Verbindungstange 6 von variabler Länge bewegt sich auch der vorspringende Stift 66 der Verbindungstange 6 von variabler Länge in die Richtung nach rechts oben in 10A.
Wenn sich der vorspringende Stift 66 zusammen mit der Bewegung der Pleuelstange 6 von variabler Länge, wie in 10B gezeigt, bewegt, tritt der vorspringende Stift 66 in die Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 des Führungsbauteils 80 ein. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie vorstehend erklärt, das Führungsbauteil 80 in der ersten Führungsposition angeordnet. Daher befindet sich das Führungsbauteil 80 in einem Zustand, in dem es weitest möglich in der Richtung zu dem Kurbelgehäuse gedreht ist. Daher sind die erste Führungsschiene 83 und die zweite Führungsschiene 84 beide unten positioniert. Daher kontaktiert der vorspringende Stift 66, welcher in der zweiten Relativposition (Position der oberen Seite) angeordnet ist, die Führungsoberfläche (untere Oberfläche) der ersten Führungsschiene 83, welche an einer oberen Seite davon vorgesehen ist.
Die Führungsoberfläche der ersten Führungsschiene 83 ist derart ausgeformt, dass sie sich, wenn sich das Führungsbauteil in der ersten Führungsposition befindet, allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts 66 annähert. Aus diesem Grund wird, wenn sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter aus dem in 10B gezeigten Zustand bewegt, der vorspringende Stift 66 durch die erste Führungsschiene 83 relativ zu dem Pleuelstangenkörper 30 nach unten gedrückt. Aufgrund dessen dreht sich der vorspringende Stift 66, wie in 10C gezeigt, um die Drehachse A7 im Gegenuhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D7 in 10C). Daher dreht sich das Antriebszahnrad 51 im Gegenuhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D8 der 10C) und das exzentrische Bauteil 40 dreht sich im Uhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D9 in der 10C).
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in dem in 10A gezeigten Zustand, wie vorstehend beschrieben, das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 durch den Blockiermechanismus 70 blockiert sind. Wenn der vorspringende Stift 66 jedoch nach unten gedrückt wird und sich das Antriebszahnrad 51 im Gegenuhrzeigersinn dreht, gleitet die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 aus der zweiten Aussparung 74 und die Blockade wird gelöst.
Wenn sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter aus dem in 10C gezeigten Zustand bewegt, nähert sich die Führungsoberfläche der ersten Führungsschiene 83 allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stiftes 66 an, und daher wird der vorspringende Stift 66 durch die erste Führungsschiene 83 relativ zu dem Pleuelstangenkörper 30 weiter nach unten gedrückt. Aufgrund dessen dreht sich, wie in 11A gezeigt, der vorspringende Stift 66 allmählich im Gegenuhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D7 in der 11A) um die Drehachse A7, wenn sich der vorspringende Stift 66 zusammen mit der Pleuelstange 6 von variabler Länge nach vorne bewegt. Daher dreht sich das Antriebszahnrad 51 mit dem Vorrücken des vorspringenden Stifts 66 im Gegenuhrzeigersinn und das exzentrische Bauteil 40 dreht sich im Uhrzeigersinn.
Dann erreicht der vorspringende Stift 66 letztendlich, wie in 11B gezeigt, nahe bei dem Ausgang der Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84, die erste Relativposition. Zu diesem Zeitpunkt erreicht das exzentrische Rotationsbauteil 64 die erste Rotationsposition des Rotationsbauteils und das Antriebszahnrad 51 erreicht die erste Rotationsposition des Antriebszahnrads. Demgemäß erreicht das exzentrische Bauteil 40 die erste Rotationsposition des exzentrischen Bauteils. Daher befindet sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge in einem in 8A gezeigten Zustand. Infolgedessen ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge lang und das mechanische Verdichtungsverhältnis ist hoch. Weiterhin ist zu diesem Zeitpunkt die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 teilweise in der bei dem Antriebszahnrad 51 vorgesehenen ersten Aufnahme 73 aufgenommen. Demgemäß sind das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 blockiert.
Wenn die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter aus dem in 11B gezeigten Zustand, wie in 11C gezeigt, bewegt wird, trennt sich der vorspringende Stift 66, welcher bisher an der ersten Führungsschiene 83 anlag, von der ersten Führungsschiene 83 und gleitet aus der Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 hinaus.
Auf diese Weise kann, wenn das Führungsbauteil 80 in die erste Führungsposition bewegt wird, die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge verlängert werden. Demgemäß kann auch das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors erhöht werden.
In dem in 12A gezeigten Zustand ist andererseits ähnlich wie bei dem in 8A gezeigten Zustand das exzentrische Bauteil 40 in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet. Daher ist das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads angeordnet, während das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der ersten Rotationsposition des Rotationsbauteils angeordnet ist. Zudem ist der vorspringende Stift 66 bezogen auf den Pleuelstangenkörper 30 in der ersten Relativposition und demgemäß bei der unteren Seite (Seite des großen Endes 33) in einer Richtung angeordnet, welche rechtwinklig zu dem Pfad der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 verläuft. Weiterhin fluchtet in diesem Zustand die in dem Antriebszahnrad 51 ausgeformte erste Aussparung 73 mit der Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 und demgemäß werden das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 durch den Blockiermechanismus blockiert.
In dem in 12A gezeigten Zustand ist das Führungsbauteil 80 in die zweite Führungsposition umgeschaltet. Daher befindet sich das Führungsbauteil in einem Zustand, in welchem es weitest möglich in der Richtung hin zu dem Zylinderkopf 4 gedreht ist.
Wenn sich die Kurbelwelle in diesem Zustand dreht, bewegt sich zusammen mit der Drehung des Kurbelzapfens 22 das große Ende 33 der Verbindungstange 6 von variabler Länge in die Richtung nach rechts oben in 12A. Weiterhin bewegt sich zusammen damit auch das kleine Ende 34 der Pleuelstange 6 von variabler Länge aufwärts und der an dem kleinen Ende 34 angebrachte Kolben 5 steigt auf. Der vorspringende Stift 66 der Verbindungstange 6 von variabler Länge bewegt sich in der Richtung nach oben rechts in 12A zusammen mit einer derartigen Bewegung der Pleuelstange 6 von variabler Länge.
Wenn sich der vorspringende Stift 66 zusammen mit der Bewegung der Pleuelstange 6 von variabler Länge, wie in 12B gezeigt, bewegt, tritt der vorspringende Stift 66 in die Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 des Führungsbauteils 80 ein. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie vorstehend beschrieben, das Führungsbauteil 80 in der zweiten Führungsposition angeordnet, während sich das Führungsbauteil in einem Zustand befindet, in welchem es weitest möglich in der Richtung hin zu dem Zylinderkopf 4 gedreht ist. Daher sind sowohl die erste Führungsschiene 83 als auch die zweite Führungsschiene 84 aufwärts bzw. oben angeordnet. Daher kontaktiert der vorspringende Stift 66, welcher in der ersten Relativposition (Position der unteren Seite) angeordnet ist, die Führungsoberfläche (obere Oberfläche) der zweiten Führungsschiene 84, welche auf einer unteren Seite davon angeordnet ist.
Die Führungsoberfläche der zweiten Führungsschiene 84 ist derart ausgeformt, dass sie sich, wenn sich das Führungsbauteil 80 in der zweiten Führungsposition befindet, allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts 66 annähert. Daher wird, wenn sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter aus dem in 12 gezeigten Zustand bewegt, der vorspringende Stift 66 durch die zweite Führungsschiene 84 relativ zu dem Pleuelstangenkörper 30 nach oben bzw. aufwärts gedrückt. Aufgrund dessen dreht sich der vorspringende Stift 66, wie in 12C gezeigt, im Uhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D10 in 12C) um die Drehachse A7. Zusammen damit dreht sich das Antriebszahnrad 51 im Uhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D11 in 12C) und das exzentrische Bauteil 40 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D12 der 12C).
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass in dem in 12A gezeigten Zustand, wie vorstehend beschrieben, das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 durch den Blockiermechanismus 70 blockiert sind. Wenn jedoch der vorspringende Stift 66 aufwärts gedrückt wird und sich das Antriebszahnrad 51 im Uhrzeigersinn dreht, gleitet die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus 70 aus der ersten Aussparung 73 und die Blockade wird freigegeben.
Wenn sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter aus dem in 12 gezeigten Zustand bewegt, nähert sich die Führungsoberfläche der zweiten Führungsschiene 84 allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 an, und daher wird der vorspringende Stift 66 durch die zweite Führungsschiene 84 relativ zu dem Pleuelstangenkörper 30 weiter aufwärts bzw. nach oben gedrückt. Aufgrund dessen dreht sich, wie in 10A gezeigt, der vorspringende Stift 66 allmählich im Uhrzeigersinn (Richtung des Pfeils D10 in der 13A) um die Drehachse A7, wenn sich der vorspringende Stift 66 zusammen mit der Bewegung der Pleuelstange 6 von variabler Länge nach vorne bewegt. Daher dreht sich, wenn der vorspringende Stift 66 vorrückt, das Antriebszahnrad 51 im Uhrzeigersinn und das exzentrische Bauteil 40 dreht sich im Gegenuhrzeigersinn.
Letztendlich erreicht, wie in 13B gezeigt, der vorspringende Stift 66 nahe bei dem Ausgang der Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 die zweite Relativposition. Zu diesem Zeitpunkt erreicht das exzentrische Rotationsbauteil 64 die zweite Rotationsposition des Rotationsbauteils und das Antriebszahnrad 51 erreicht die zweite Rotationsposition des Antriebszahnrads. Demgemäß erreicht das exzentrische Bauteil 40 die zweite Rotationsposition des exzentrischen Bauteils. Daher befindet sich die Pleuelstange 6 von variabler Länge in dem in 8B gezeigten Zustand. Infolgedessen ist die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge kurz und das mechanische Verdichtungsverhältnis ist niedrig. Weiterhin ist zu diesem Zeitpunkt die Blockierkugel 71 des Blockiermechanismus teilweise in der zweiten in dem Antriebszahnrad 51 vorgesehenen Aussparung 74 aufgenommen. Demgemäß sind das Antriebszahnrad 51 und das exzentrische Bauteil 40 blockiert.
Wenn die Pleuelstange 6 von variabler Länge weiter, wie in 13C gezeigt, aus dem in 13B gezeigten Zustand bewegt wird, trennt sich der vorspringende Stift 66, welcher an der zweiten Führungsschiene 84 anlag, von der zweiten Führungsschiene 84 und gleitet aus der Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 heraus.
Wenn das Führungsbauteil 80 auf diese Weise zu der zweiten Führungsposition bewegt wird, kann die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge verkürzt werden und daher kann das mechanische Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors verringert werden.
Aufgrund dessen ist gemäß der vorliegenden Ausführungsform das Führungsbauteil 80 dazu ausgelegt, zwischen zumindest einer ersten Führungsposition und einer zweiten Führungsposition umgeschaltet zu werden. Wenn sich das Führungsbauteil 80 in der ersten Führungsposition befindet, wird der vorspringende Stift 66 derart geführt, dass das exzentrische Bauteil 40 in die erste Rotationposition des exzentrischen Bauteils bewegt wird, während, wenn sich das Führungsbauteil 80 in der zweiten Führungsposition befindet, der vorspringende Stift 66 derart geführt wird, dass das exzentrische Bauteil 40 in die zweite Rotationsposition des exzentrischen Bauteils bewegt wird.
Effekt des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform
Bei dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind als Hauptkomponenten, welche bei der Pleuelstange 6 von variabler Länge zum Drehen des exzentrischen Bauteils 40 vorgesehen sind, nur das Antriebszahnrad 51, das Verbindungsbauteil 58 und das exzentrische Rotationsbauteil 64 vorgesehen. Daher kann die Pleuelstange 6 von variabler Länge eine relativ einfache Struktur haben. Weiterhin werden die Schwerpunkte des Antriebszahnrads 51, Verbindungsbauteils 58 und exzentrischem Bauteil 84 sogar, wenn das exzentrische Bauteil 40 gedreht wird, jeweils in einer Position gehalten, welche relativ nahe bei der Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 liegt. Daher wird bei dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform verhindert, dass sich die Gewichtsbalance der Pleuelstange 6 von variabler Länge zusammen mit der Veränderung das mechanische Verdichtungsverhältnisses stark verändert.
Weiterhin können bei dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform die Betriebsgeräusche reduziert werden, wenn das mechanische Verdichtungsverhältnis umgeschaltet wird. Wenn sich das exzentrische Bauteil 40 von der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils in die zweite Rotationsposition des exzentrischen Bauteils dreht, wird die Rotation des exzentrischen Bauteils 40 durch den Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 dadurch gestoppt, dass dieser an dem Begrenzungsbauteil bzw. Stoppbauteil 38 zu liegen kommt. Daher entsteht, wenn der Vorsprung 45 an dem Begrenzungsbauteil 38 in einem Zustand zu liegen kommt, in dem sich das exzentrische Bauteil 40 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, ein Kollisionsgeräusch.
Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Führungsoberfläche der zweiten Führungsschiene 84 derart ausgeformt, dass sie sich allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts 66 annähert, wenn sich das Führungsbauteil 80 in der zweiten Führungsposition befindet. Aus diesem Grund dreht sich das exzentrische Bauteil 40 allmählich mit einer niedereren Geschwindigkeit, und daher kann verhindert werden, dass der Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 mit dem Begrenzungsbauteil 38 kollidiert und somit ein lautes Kollisionsgeräusch erzeugt.
Insbesondere kann bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite Führungsschiene 84 ebenfalls so ausgelegt sein, dass die Neigung der Führungsoberfläche der zweiten Führungsschiene 84 bezogen auf den Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 nahe bei dem Ausgang verglichen zu (dem Abschnitt) bei dem Zentrum der Führungspassage in der Richtung des Vorrückens kleiner wird. Aufgrund dessen kann der Lärm reduziert werden, wenn der Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 gegen das Begrenzungsbauteil 38 stößt.
Zusätzlich kann bei der vorliegenden Ausführungsform die zweite Führungsschiene 84 auch derart ausgelegt sein, dass die Neigung der Führungsoberfläche der zweiten Führungsschiene 84 bezogen auf den Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 nahe bei dem Eingang im Vergleich zu dem Zentrum der Führungspassage in der Richtung des Vorrückens kleiner wird. Aufgrund dessen kann der Lärm reduziert werden, wenn der vorspringende Stift 66 gegen die zweite Führungsschiene 84 stößt. Ähnlich dazu wird, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 aus der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils in die erste Rotationsposition des exzentrischen Bauteils dreht, das exzentrische Bauteil 40 in seiner Drehung durch den Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 begrenzt, welcher gegen das Begrenzungsbauteil 39 stößt bzw. an diesem anliegt. Daher wird, wenn der Vorsprung 45 gegen das Begrenzungsbauteil 39 in einem Zustand stößt, bei dem sich das exzentrische Bauteil 40 mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, ein Kollisionsgeräusch erzeugt.
Im Gegensatz dazu ist bei der vorliegenden Ausführungsform die Führungsoberfläche der ersten Führungsschiene 83 derart ausgeformt, dass sie sich allmählich dem Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts 66 annähert, wenn sich das Führungsbauteil 80 in der ersten Führungsposition befindet. Aus diesem Grund dreht sich das exzentrische Bauteil 40 allmählich mit einer geringeren Geschwindigkeit, und daher kann verhindert werden, dass der Vorsprung 40 des exzentrischen Bauteils 40 mit dem Begrenzungsbauteil 39 kollidiert und ein lautes Kollisionsgeräusch erzeugt.
Insbesondere kann bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Führungsschiene 83 auch derart ausgelegt sein, dass die Neigung der Führungsoberfläche der ersten Führungsschiene 83 bezogen auf den Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens näher bei dem Ausgang im Vergleich zu dem Zentrum der Führungspassage kleiner wird. Aufgrund dessen können die Geräusche reduziert werden, wenn der Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 gegen das Begrenzungsbauteil 39 stößt.
Zusätzlich kann bei der vorliegenden Ausführungsform die erste Führungsschiene 83 auch derart ausgelegt sein, dass die Neigung der Führungsoberfläche der ersten Führungsschiene 83 bezogen auf den Pfad P der Drehachse A7 des vorspringenden Stifts 66 in der Richtung des Vorrückens nahe des Eingangs im Vergleich zu dem Zentrum der Führungspassage kleiner wird. Aufgrund dessen kann der Lärm reduziert werden, wenn der vorspringende Stift 66 gegen die erste Führungsschiene 83 stößt.
Abwandlung der ersten Ausführungsform
Bei der vorliegenden, vorstehend beschriebenen ersten Ausführungsform wird die Position des Führungsbauteils 80 in zwei Stufen zwischen der ersten Führungsposition und der zweiten Führungsposition umgeschaltet. Zusammen damit wird die Rotationsposition des exzentrischen Bauteils 40 in zwei Stufen zwischen der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils und der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils umgeschaltet. Das Führungsbauteil 80 kann jedoch auch derart ausgelegt sein, dass es nicht in zwei Stufen, sondern in drei oder mehr Stufen umgeschaltet wird. In diesem Fall ist das Führungsbauteil 80 derart ausgeformt, dass bei dem Ausgang der Führungspassage des Führungsbauteils 80 das Intervall zwischen der ersten Führungsschiene 83 und der zweiten Führungsschiene 84 im Wesentlichen gleich wie der Durchmesser des vorspringenden Stifts 66 ist.
Wenn das Führungsbauteil 80 auf diese Weise an einem Zwischenpunkt zwischen der vorstehend genannten ersten Führungsposition und der zweiten Führungsposition angeordnet werden kann, kann einhergehend damit auch das exzentrische Bauteil 40 in einer Rotationsposition zwischen der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils und der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet werden. Daher kann die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge in mehreren Stufen zwischen der Maximallänge und der Minimallänge eingestellt werden. Demgemäß kann das mechanische Verdichtungsverhältnis in mehreren Stufen zwischen dem maximalen mechanischen Verdichtungsverhältnis und dem minimalen mechanischen Verdichtungsverhältnis eingestellt werden.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass, wenn das exzentrische Bauteil 40 auf diese Weise dazu ausgelegt ist, in mehreren Stufen zwischen der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils und der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils angeordnet zu werden, das Antriebszahnrad 51 mit Aussparungen für den Blockiermechanismus 70 ausgestattet ist, welche den Positionen der verschiedenen Stufen entsprechen. Wenn also das exzentrische Bauteil 40 dazu ausgelegt ist, in vier Stufen umgeschaltet zu werden, ist das Antriebszahnrad 51 mit vier Aussparungen ausgestattet.
Zweite Ausführungsform
Als Nächstes wird mit Bezugnahme auf die 14A und 14B ein variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einer zweiten Ausführungsform erklärt. Die Konfiguration und der Betrieb des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform sind im Wesentlichen ähnlich zu der Konfiguration und dem Betrieb des variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform. Daher werden im Folgenden hauptsächlich die Unterscheidungspunkte von dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der ersten Ausführungsform beschrieben und erklärt.
Die 14A und 14B sind, ähnlich wie die Figuren 8A und 8B, Seitenansichten, welche schematisch die Pleuelstange 6 von variabler Länge zeigen. 14A zeigt den Zustand, in dem die effektive Länge der Verbindungstange 6 von variabler Länge lang und daher das mechanische Verdichtungsverhältnis hoch ist, während 14B den Zustand zeigt, in dem die effektive Länge der Pleuelstange 6 von variabler Länge kurz und daher das mechanische Verdichtungsverhältnis niedrig ist.
In dem in 14A gezeigten Zustand befindet sich, ähnlich bzw. gleich wie in dem in 8A gezeigten Zustand, das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der ersten Rotationsposition des Rotationsbauteils, bei der es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D1 in der Figur) gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie sich aus 14A ergibt, der vorspringende Stift 66 um die Drehachse A7 relativ abwärts bzw. unten angeordnet (erste Relativposition). Weiterhin ist das Antriebszahnrad 51 in der ersten Rotationsposition des Antriebszahnrads positioniert, in welcher es um die Drehachse A3 innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D2 in der Figur) gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist das exzentrische Bauteil 40 in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils positioniert, in welcher es innerhalb des Drehbereichs um die Drehachse A1 weitest möglich im Uhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D3 in der Figur) gedreht ist. In dieser Hinsicht ist bei dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung weiter entfernt von der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 31 als die Achse A1 des exzentrischen Bauteils 40 und derart angeordnet, dass sie ein wenig im Uhrzeigersinn (um einen Winkel α in 14A) von der Mittelachse C des Pleuelstangenkörpers 30 verdreht ist.
Zusätzlich liegt bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der vorstehend beschriebenen ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, der Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 an dem Begrenzungsbauteil 39 an. Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Begrenzungsbauteil 39 derart angeordnet, dass es, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, an dem Vorsprung 45 derart anliegt, dass sich das exzentrische Bauteil 40 nicht weiter im Uhrzeigersinn (einer Rotationsrichtung) aus dem in 14A gezeigten Zustand dreht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform nimmt durch das derartige Einstellen der ersten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils, wenn die mit der Verbrennung von Kraftstoff in der Brennkammer 7 einhergehende Verbrennungslast durch den Kolben 5 auf das exzentrische Bauteil 40 übertragen wird und sich das exzentrische Bauteil 40 in der ersten Rotationsposition befindet, das exzentrische Bauteil 40 eine Kraft im Uhrzeigersinn in 14A (der Richtung des Pfeiles D1 in der Figur) auf. Wenn das exzentrische Bauteil 40 eine derartige Last aufnimmt, liegt der Vorsprung 45 an dem Begrenzungsbauteil 39 an, und daher dreht sich das exzentrische Bauteil 40 nicht. Aus diesem Grund kann sogar, wenn das exzentrische Bauteil 40 eine große Kraft von dem Kolben 5 empfängt, verhindert werden, dass sich das exzentrische Bauteil 40 dreht.
In dem in 14B gezeigten Zustand befindet sich, wie in dem in 8B gezeigten Zustand, das exzentrische Rotationsbauteil 64 in der zweiten Rotationsposition des Rotationsbauteils, in welcher es innerhalb des Drehbereichs weitest möglich im Uhrzeigersinn (der Richtung des Pfeiles D4 in der Figur) gedreht ist. Zu diesem Zeitpunkt ist, wie sich aus 14B ergibt, der vorspringende Stift 66 um die Drehachse A7 relativ aufwärts bzw. oben angeordnet (zweite Relativposition). Weiterhin befindet sich das Antriebszahnrad 51 in der zweiten Rotationsposition des Antriebszahnrads, in welcher es innerhalb des Drehbereichs um die Drehachse A3 weitest möglich im Uhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D5 in der Figur) gedreht ist.
Zu diesem Zeitpunkt befindet sich das exzentrische Bauteil 40 in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils, in welcher es um die Drehachse A1 weitest möglich im Gegenuhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D6 in der Figur) innerhalb des Drehbereichs gedreht ist. Bei dem variablen Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß der vorliegenden Ausführungsform, ist, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, die Achse A2 der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 näher bei der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung 31 als die Drehachse A2 des exzentrischen Bauteils 40 und in einer Position angeordnet, welche ein wenig im Gegenuhrzeigersinn (um einen Winkel α in 14B) von der Mittelachse C des Verbindungstangenkörpers 30 verdreht ist.
Zusätzlich liegt bei der vorliegenden Ausführungsform, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der vorstehend beschriebenen zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, der Vorsprung 45 des exzentrischen Bauteils 40 an dem Begrenzungsbauteil 38 an. Daher ist bei der vorliegenden Ausführungsform das Begrenzungsbauteil 38 derart angeordnet, dass es, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils befindet, an dem Vorsprung 45 derart anliegt, dass sich das exzentrische Bauteil 40 nicht weiter im Gegenuhrzeigersinn (in 14B die der vorstehend genannten einen Rotationsrichtung entgegengesetzte Richtung) dreht.
Gemäß der vorliegenden Ausführungsform nimmt durch das derartige Einstellen der zweiten Rotationsposition des exzentrischen Bauteils, wenn sich das exzentrische Bauteil 40 in der zweiten Rotationsposition befindet und eine mit der Hin-und-Her-Bewegung des Kolbens 5 einhergehende Trägheitslast durch den Kolben 5 auf das exzentrische Bauteil 40 übertragen wird, das exzentrische Bauteil 40 eine Kraft im Gegenuhrzeigersinn (der Richtung des Pfeils D1 in der 14B) auf. Auch, wenn das exzentrische Bauteil 40 diese Last aufnimmt, liegt der Vorsprung 45 an dem Begrenzungsbauteil 38 an, weswegen sich das exzentrische Bauteil 40 nicht dreht. Daher kann, sogar, wenn das exzentrische Bauteil 40 eine große Kraft von dem Kolben 5 aufnimmt bzw. empfängt, verhindert werden, dass sich das exzentrische Bauteil 40 dreht.
Es ist zur Kenntnis zu nehmen, dass der vorstehend genannte Winkel α ein Winkel ist, welcher einer Veränderung eines Winkels entspricht, welcher aufgrund von Herstellungstoleranzen und Zusammenbautoleranzen auftritt.
Insbesondere ist der Winkel α kleiner als einige Grad.
Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus umfasst eine Pleuelstange 6 von variabler Länge, welche in ihrer effektiven Länge verändert werden kann. Die Pleuelstange von variabler Länge umfasst einen Pleuelstangenkörper 30, ein exzentrisches Bauteil 40 und einen Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50. Das exzentrische Bauteil 40 ist mit einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung 44 ausgestattet, die an dem Körper drehbar angebracht ist, und verändert die effektive Länge, wenn es gedreht wird. Der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils 50 umfasst einen vorspringenden Stift 66, welcher von dem Körper vorsteht und das exzentrische Bauteil zum Rotieren bringt, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts relativ zu dem Körper verändert. Der variable Verdichtungsverhältnismechanismus weist weiter ein Führungsbauteil zum Führen des vorspringenden Stifts während des Betriebs des Verbrennungsmotors auf. Das Führungsbauteil führt den vorspringenden Stift, sodass sich die Relativposition des vorspringenden Stifts verändert, wenn die Führungsposition verändert wird.
Bezugszeichenliste

1: Verbrennungsmotor
5: Kolben
6: Pleuelstange von variabler Länge
30: Pleuelstangenkörper
38: Begrenzungsbauteil
39: Begrenzungsbauteil
40: Exzentrisches Bauteil
44: Kolbenbolzenaufnahmeöffnung
45: Vorsprung
50: Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils
51: Antriebszahnrad
58: Verbindungsbauteil
64: Exzentrisches Rotationsbauteil
66: Vorspringender Stift
70: Blockiermechanismus
71: Blockierkugel
80: Führungsbauteil

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2016/037696 A [0003, 0004, 0006]
WO 2014/019683 A [0003]

Claims

Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus mit einer Pleuelstange (6) von variabler Länge, welche eine effektive Länge zwischen einer Achse einer Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens (21) und einer Achse einer Kurbelaufnahmeöffnung (31) zur Aufnahme eines Kurbelzapfens (22) verändern kann, wobei die Pleuelstange (6) von variabler Länge aufweist: einen Pleuelstangenkörper (30), welcher mit der Kurbelaufnahmeöffnung (31) ausgestattet ist; ein exzentrisches Bauteil (40), welches mit der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) ausgestattet und an dem Verbindungstangenkörper (30) drehbar zu dem Verbindungstangenkörper (30) vorgesehen und derart ausgelegt ist, dass sich die effektive Länge verändert, wenn das exzentrische Bauteil (40) gedreht wird; und einen Antriebsmechanismus für das exzentrische Bauteil (50), welcher mit einem vorspringenden Stift (66) ausgestattet ist, welcher von dem Pleuelstangenkörper (30) in einem Winkel bezogen auf eine Bewegungsebene der Pleuelstange (6) von variabler Länge vorsteht und dazu ausgelegt ist, das exzentrische Bauteil (40) zum Drehen zu bringen, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts (66) bezogen auf den Pleuelstangenkörper (30) verändert, wobei der variable Verdichtungsverhältnismechanismus weiterhin ein Führungsbauteil (80) aufweist, welches an einem Motorkörper derart angebracht ist, dass es sich nicht zusammen mit der Pleuelstange (6) von variabler Länge bewegt, und welches den vorspringenden Stift (66) während des Betriebs des Verbrennungsmotors führt, und wobei das Führungsbauteil (80) den vorspringenden Stift (66) derart führt, dass sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts (66) verändert, wenn die Führungsposition verändert wird.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 1, wobei das exzentrische Bauteil (40) derart ausgelegt ist, dass eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) von einer Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) versetzt ist; der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils (50) derart ausgelegt ist, dass eine Rotationsposition des exzentrischen Bauteils (40) eine erste Rotationsposition ist, wenn sich der vorspringende Stift (66) in einer ersten Relativposition bezogen auf den Pleuelstangenkörper (30) befindet, und die Rotationsposition des exzentrischen Bauteils eine zweite Rotationsposition ist, bei der die effektive Länge kürzer als bei der ersten Rotationsposition ist, wenn sich der vorspringende Stift (66) in einer zweiten Relativposition bezogen auf den Pleuelstangenkörper (30) befindet; und das Führungsbauteil (80) dazu ausgelegt ist, zwischen zumindest einer ersten Führungsposition und einer zweiten Führungsposition zum Führen des vorspringenden Stifts (66) in die erste Relativposition umgeschaltet zu werden, wenn sich das Führungsbauteil (80) in der ersten Führungsposition befindet, und den vorspringenden Stift (66) in die zweite Relativposition zu führen, wenn sich das Führungsbauteil (80) in der zweiten Führungsposition befindet.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 2, wobei die erste Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) auf einer Achse des Verbindungstangenkörpers (30) liegt und weiter entfernt von einer Achse der Kurbelaufnahmeöffnung (31) als eine Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) angeordnet ist, und die zweite Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (40) auf einer Achse des Pleuelstangenkörpers (30) liegt und näher bei einer Achse der Kurbelaufnahmeöffnung (31) als eine Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) angeordnet ist.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 2 oder 3, wobei die Pleuelstange (6) von variabler Länge weiterhin einen Blockiermechanismus zum Blockieren des exzentrischen Bauteils (40) aufweist, so dass dieses sich nicht dreht, wenn sich das exzentrische Bauteil (40) in der ersten Rotationsposition oder der zweiten Rotationsposition befindet.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das Führungsbauteil (80) eine erste Führungsschiene (83) und eine zweite Führungsschiene (84) aufweist, welche einander zugewandt angeordnet sind, und derart ausgelegt ist, dass, wenn sich das Führungsbauteil (80) in der ersten Führungsposition befindet, der vorspringende Stift (66) von der ersten Führungsschiene (83) in eine erste Relativposition geführt wird, und, wenn sich das Führungsbauteil (80) in der zweiten Führungsposition befindet, der vorspringende Stift (66) durch die zweite Führungsschiene (84) in eine zweite Relativposition geführt wird.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 5, wobei das Führungsbauteil (80) derart ausgelegt ist, dass sich der vorspringende Stift (66) während des Betriebs des Verbrennungsmotors durch eine Führungspassage zwischen der ersten Führungsschiene (83) und der zweiten Führungsschiene (84) bewegt, und die erste Führungsschiene (83) und die zweite Führungsschiene (84) derart ausgeformt sind, dass eine Führungspassagenausgangsseite in einer Richtung des Vorrückens des vorspringenden Stifts (66) ein engeres Intervall zwischen den beiden Führungsschienen als eine Führungspassageneingangsseite aufweist.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der Ansprüche 2 bis 6, wobei das Führungsbauteil (80) drehbar an dem Motorkörper angebracht und dazu ausgelegt ist, sich zwischen der ersten Führungsposition und der zweiten Führungsposition durch ein Drehen des Führungsbauteils bezogen auf den Motorkörper zu bewegen.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der Ansprüche 2 bis 7, wobei das exzentrische Bauteil (40) weiterhin einen Vorsprung aufweist, welcher von einer Außenoberfläche auswärts in einer Radialrichtung vorsteht, und der Pleuelstangenkörper (30) weiterhin ein Begrenzungsbauteil aufweist, welches um das exzentrische Bauteil (40) herum angeordnet ist, und das Begrenzungsbauteil derart angeordnet ist, dass der Vorsprung an dem Begrenzungsbauteil anliegt, wenn sich das exzentrische Bauteil (40) in der ersten Rotationsposition und der zweiten Rotationsposition befindet.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 8, wobei das exzentrische Bauteil (40) derart ausgelegt ist, dass eine Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) von einer Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) versetzt ist, die erste Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) weiter in einer Rotationsrichtung als auf die Achse des Pleuelstangenkörpers (30) gedreht ist, und eine Position ist, in der sie weiter von der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung (31) entfernt als die Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) angeordnet ist, und das Begrenzungsbauteil derart angeordnet ist, dass, wenn sich das exzentrische Bauteil (40) in der ersten Rotationsposition befindet, der Vorsprung an dem Begrenzungsbauteil derart anliegt, dass sich das exzentrische Bauteil (40) nicht weiter in der einen Rotationsrichtung dreht.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 9, wobei die zweite Rotationsposition eine Rotationsposition ist, bei der die Achse der Kolbenbolzenaufnahmeöffnung (44) weiter in der der einen Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung als auf die Achse des Pleuelstangenkörpers (30) gedreht ist, und eine Position ist, in der sie näher bei der Achse der Kurbelaufnahmeöffnung (31) als die Drehachse des exzentrischen Bauteils (40) angeordnet ist, und das Begrenzungsbauteil derart angeordnet ist, dass, wenn sich das exzentrische Bauteil (40) in der zweiten Rotationsposition befindet, der Vorsprung an dem Begrenzungsbauteil derart anliegt, dass sich das exzentrische Bauteil (40) nicht weiter in der der einen Rotationsrichtung entgegengesetzten Richtung dreht.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei das exzentrische Bauteil (40) einen Verzahnungsabschnitt hat, welcher an seinem Außenumfang mit einer Verzahnung ausgestattet ist, der Antriebsmechanismus des exzentrischen Bauteils (50) ein Antriebszahnrad (51), welches drehbar an dem Pleuelstangenkörper (30) angebracht ist und sich mit dem Zahnradabschnitt des exzentrischen Bauteils (40) in Zahnradeingriff befindet, und einen Verbindungsmechanismus aufweist, welcher mit dem vorspringenden Stift (66) ausgestattet und mit dem Antriebszahnrad (51) gekoppelt ist, und der Verbindungsmechanismus derart ausgelegt ist, dass, wenn sich eine Relativposition des vorspringenden Stifts (66) verändert, durch den Verbindungsmechanismus auch die Rotation des Antriebszahnrads (51) verändert wird.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 1, wobei das Antriebszahnrad (51) einen ersten kreisförmigen Abschnitt aufweist, welcher eine von der Drehachse des Antriebszahnrads (51) versetzte Achse hat, und der Verbindungsmechanismus an einem Endabschnitt ein Verbindungsbauteil (58) aufweist, welches mit einem ersten Ringabschnitt ausgestattet ist, welcher mit dem ersten kreisförmigen Abschnitt zusammenpasst.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß Anspruch 12, wobei der Verbindungsmechanismus weiterhin ein exzentrisches Rotationsbauteil (64) aufweist, welches drehbar an dem Pleuelstangenkörper (30) angebracht ist und an dem der vorspringende Stift (66) fest angebracht ist, das exzentrische Rotationsbauteil (64) einen zweiten kreisförmigen Abschnitt aufweist, welcher eine von der Drehachse des exzentrischen Rotationsbauteils (64) versetzte Achse hat, und der vorspringende Stift (66) an dem exzentrischen Rotationsbauteil (64) derart fest angebracht ist, dass seine Achse von der Drehachse des exzentrischen Rotationsbauteils (64) versetzt ist, und das Verbindungsbauteil (58) einen zweiten Ringabschnitt aufweist, welcher mit dem zweiten kreisförmigen Abschnitt an dem Ende auf der entgegengesetzten Seite des Endes, bei dem der erste Ringabschnitt vorgesehen ist, zusammenpasst.
Variabler Verdichtungsverhältnismechanismus gemäß einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei die Pleuelstange (6) von variabler Länge weiterhin einen Blockiermechanismus (70) aufweist, welcher das exzentrische Bauteil (40) derart blockiert, dass es sich nicht dreht, wenn sich das exzentrische Bauteil (40) in einer vorbestimmten Rotationsposition befindet, das Antriebszahnrad (51) eine Aussparung auf einer dem Pleuelstangenkörper (30) zugewandten Seitenoberfläche aufweist, und der Blockiermechanismus (70) eine Blockierkugel (71) und eine die Blockierkugel (71) vorspannende Feder aufweist und das exzentrische Bauteil (40) derart blockiert, dass es sich nicht dreht, indem es die Blockierkugel (71) teilweise in die in dem Antriebszahnrad (51) ausgeformte Aussparung einpasst.