DE102019124023A1

DE102019124023A1 - Verbrennungsmotor mit einem variablen verdichtungsverhältnis mit einem mechanischen sperrstift

Info

Publication number: DE102019124023A1
Application number: DE102019124023.9A
Authority: DE
Inventors: Jeffrey Chottiner; John Edward Brevick
Original assignee: Ford Global Technologies LLC
Current assignee: Ford Global Technologies LLC
Priority date: 2018-09-07
Filing date: 2019-09-06
Publication date: 2020-03-12
Also published as: US10677157B2; US20200080473A1; CN110886652A

Abstract

Diese Offenbarung stellt einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis mit einem mechanischen Sperrstift bereit. Es werden Verfahren und System für einen VCR-Verbrennungsmotor bereitgestellt. In einem Beispiel beinhaltet der VCR-Verbrennungsmotor einen VCR-Mechanismus, der eine elektrische Leistung nutzt, um ein Verdichtungsverhältnis des VCR-Motors einzustellen. Das Verdichtungsverhältnis wird durch einen hydraulisch unterstützen Eingriff eines mechanischen Sperrstifts mit einer S-Verbindung des VCR-Mechanismus aufrechterhalten, der eine Position des VCR-Mechanismus hält, während ein Elektromotor, der dazu verwendet wird, eine Position der S-Verbindung einzustellen, abgeschaltet sein kann.

Description

GEBIET
Die vorliegende Beschreibung betrifft im Allgemeinen Verfahren und Systeme für einen Verbrennungsmotor mit variablem Verdichtungsverhältnis.
ALLGEMEINER STAND DER TECHNIK
In einem herkömmlichen Fahrzeugmotor ist ein Zylinderverdichtungsverhältnis (CR) feststehend, wobei sich ein Kolben während jedes Verbrennungszyklus zwischen einem konsistenten oberen Totpunkt (OT) und unteren Totpunkt (UT) bewegt. Falls das CR auf ein niedriges Verhältnis eingestellt ist, um während des Motorbetriebs eine maximale Leistung zu liefern, kann das niedrige CR zu einer unerwünschten Verbrennung von überschüssigem Kraftstoff bei leichten Motorlasten und -drehzahlen führen. Im umgekehrten Fall kann, falls das CR auf ein hohes Verhältnis eingestellt ist, um eine Kraftstoffeffizient zu priorisieren, eine Leistungsausgabe des Motors abgebaut werden, wenn ein erhöhtes Drehmoment angefordert wird.
Um die vorstehenden Probleme zu verringern, kann ein Motor als ein Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR) ausgelegt und mit verschiedenen Mechanismen zum Verändern (z. B. mechanisch) des Volumenverhältnisses zwischen dem OT des Kolbens und dem UT des Kolbens ausgestattet sein. Somit kann das CR eingestellt werden, während sich Motorbetriebsbedingungen ändern. Als ein nicht einschränkendes Beispiel kann ein VCR-Verbrennungsmotor mit einer mechanischen Hubraumänderungsvorrichtung (z. B. einem Exzenter) konfiguriert sein, welcher den Kolben näher zum Zylinderkopf oder weiter weg davon bewegt, wodurch die Größe der Brennkammern geändert wird. Noch andere Motoren können ein Zylinderkopfvolumen mechanisch verändern.
VCR-Verbrennungsmotoren können gegenüber herkömmlichen Motorsystemen mit einem festem CR eine erhöhte Kraftstoffeffizient ermöglichen. Wenn das CR in einem VCR-Verbrennungsmotor jedoch eingestellt wird, kann ein Halten des Mechanismus ein einer Position zum Beibehalten eines Betriebs bei einem gegebenen CR ein Betreiben eines Elektromotors einschließen, um den Mechanismus gegen Kräfte, die aus einer Verbrennung resultieren, und Trägheiten, die ansonsten die Position der VCR-Vorrichtung ändern würden, zu versteifen. Obwohl der VCR-Verbrennungsmotor Erhöhungen der Kraftstoffeffizienz von 3-4 % bereitstellen kann, kann ein Anschalten des Motors, um das CR zu aufrechtzuerhalten die Vorteile der Kraftstoffeffizienz teilweise aufheben.
Versuche den zusätzlichen Kraftstoff, der durch den Elektromotor beim Aufrechterhalten des CR verbraucht wird, anzugehen, können ein Konfigurieren des VCR-Mechanismus mit einer Vorrichtung zum Halten des gewünschten CR ohne die Verwendung des Motors einschließen. Ein Beispiel für einen Ansatz wird von Aoyama et al. in der japanischen Patentanmeldung Nr. JP 2003322036 gezeigt. Darin umfasst ein VCR-Mechanismus mehrere Verbindungen, die einen Kolben und eine Kurbelwelle mit einer drehbaren Steuerwelle verbinden. Eine Rotation der Steuerwelle wird durch einen Elektromotor gesteuert und die Rotation variiert das CR. Wenn ein Befehl zum Verändern des CR erfasst wird, stellt der Elektromotor die Steuerwelle ein, bis ein gewünschtes CR erlangt wird. Eine hydraulische Halterungsvorrichtung wird betätigt, um die Position der Steuerwelle auf basierend auf einem Öldurck in der Vorrichtung zu halten. Der Elektromotor kann abgeschaltet werden, bis das CR variiert werden soll, wodurch eine Energie, die in Richtung eines Betreibens des Motors geleitet wird, gesenkt wird.
Die Erfinder haben jedoch im vorliegenden Zusammenhang potenzielle Probleme mit derartigen Systemen erkannt. Das CR des Motors wird vollständig basierend auf einem hydraulischen Druck aufrechterhalten. Während eines Betriebs des Motors übt eine Kolbenbewegung eine Kraft direkt auf die Steuerwelle aus, welche auf die hydraulische Halterungsvorrichtung übertragen werden kann, was erforderlich macht, dass die Vorrichtungen Vibrationen und Fluktuationen in Druck und Temperatur absorbiert, um die Position der Steuerwelle beizubehalten. Eine Absorption derartiger Kräfte kann eine Beeinträchtigung der Komponenten des VCR-Mechanismus beschleunigen. Ferner kann die hydraulische Halterungsvorrichtung anfällig für ein Verrutschen sein, wenn Öldruckfluktuationen auftreten. Ein Verrutschen der der Halterungsvorrichtung kann zu einer unerwünschten Abweichung des CR von dem Ziel-CR führen.
KURZDARSTELLUNG
In einem Beispiel werden die vorstehend beschriebenen Probleme durch einen Mechanismus mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR) angegangen, der eine S-Verbindung, die eine Vielzahl von Öffnungen einschließt und mit einer Steuerwelle gekoppelt und an einen Elektromotor angebracht ist, einen Sperrstift, der dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu wechseln, wobei der Sperrstift durch eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eingeführt ist, wenn er sich in der ersten Position befindet, und eine hydraulische Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, den Sperrstift in der ersten Position zu halten, umfasst. Auf diese Weise kann das CR durch eine elektrischen Aktor variiert und an seinem Platz gehalten werden, ohne Energie über einen hydraulisch betätigten mechanischen Stift zu verbrauchen.
Als ein Beispiel schließt der VCR-Mechanismus eine S-förmige Verbindung ein, die mit einer Vielzahl von Öffnungen dazu konfiguriert ist, an eine Steuerwelle des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt zu sein. Eine Rotation der Welle wird durch einen elektrischen Aktor erreicht, wobei der elektrische Aktor eine Position der Verbindung in Bezug auf die Steuerwelle einstellt, wodurch die Steuerwelle gedreht wird und Kolbenhöhen innerhalb von Brennkammern des VCR-Verbrennungsmotors verändert werden. Ein Verändern der Kolbenhöhen führt zu einer Einstellung des CR. Die Position der Verbindung wird durch einen Sperrstift beibehalten, der in eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eingeführt ist. Eine Bewegung des Sperrstifts wird durch ein Zweipositionenventil gesteuert, das einen hydraulischen Druck innerhalb des VCR-Mechanismus variiert, um eine Position des Sperrstifts zu verändern. Auf diese Weise kann der VCR-Mechanismus einen Kolben des VCR-Mechanismus bei einem Ziel-CR halten, ohne einen angeschalteten Elektromotor zu nutzen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Kurzdarstellung bereitgestellt ist, um in vereinfachter Form eine Auswahl an Konzepten vorzustellen, die in der detaillierten Beschreibung ausführlicher beschrieben sind. Sie ist nicht dazu gedacht, wichtige oder wesentliche Merkmale des beanspruchten Gegenstands zu nennen, dessen Umfang einzig durch die Patentansprüche im Anschluss an die detaillierte Beschreibung definiert ist. Des Weiteren ist der beanspruchte Gegenstand nicht auf Umsetzungen beschränkt, die vorstehend oder in einem beliebigen Teil dieser Offenbarung angeführte Nachteile beheben.
Figurenliste

1 zeigt ein Beispiel eines Motorsystems, in welchem ein Verdichtungsverhältnis durch einen Mechanismus mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR)variiert werden kann.
2 zeigt eine Seitenansicht eines Beispiels eines VCR-Mechanismus, der in einem VCR-Verbrennungsmotor verwendet werden kann.
3 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Beispiels des VCR-Mechanismus, der an Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist.
4 zeigt eine perspektivische Ansicht eines Äußeren eines Beispiels des VCR-Mechanismus, der an den VCR-Verbrennungsmotor gekoppelt ist.
5 zeigt eine Ansicht einer Unterseite des VCR-Verbrennungsmotors, bei der eine Ölwanne entfernt ist.
6 zeigt ein erstes schematisches Diagramm des VCR-Mechanismus in einer ersten Position zusammen mit einem Zweipositionenventil und einem Sperrstift, der an eine Feder gekoppelt ist.
7 zeigt ein zweites schematisches Diagramm des VCR-Mechanismus in einer zweiten Position zusammen mit dem Zweipositionenventil und dem Sperrstift, der mit der Feder gekoppelt ist.
8 zeigt ein Beispiel eines Verfahrens zum Betreiben des VCR-Mechanismus gemäß Motorbetriebsbedingungen.
9 zeigt beispielhafte Vorgänge des VCR-Verbrennungsmotors während Ereignissen, in denen das Verdichtungsverhältnis des Motors gemäß den Motorbetriebsbedingungen eingestellt wird.
10A zeigt den VCR-Mechanismus in einer ersten Position, die einem gegenüber dem CR aus 10B erhöhten CR entspricht.
10B zeigt den VCR-Mechanismus in einer zweiten Position, die einem CR zwischen dem CR aus 10A und einem CR aus 10C entspricht.
10C zeigt den VCR-Mechanismus in einer dritten Position, die einem CR entspricht, das niedriger als das CR aus 10B ist.
11A ist eine Positionierung des VCR-Mechanismus in Bezug auf ein Kurbelgetriebe des VCR -Verbrennungsmotors.
11B ist eine erweiterte Innenansicht, die eine detaillierte Ansicht eines Bereichs des VCR-Verbrennungsmotors, der in 11A gezeigt ist, zeigt, um eine Anordnung eines Sperrstifts des VCR-Mechanismus zu veranschaulichen.

Die 2-5 und 10A-11B sind ungefähr maßstabsgetreu gezeigt.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Die folgende Beschreibung betrifft Systeme und Methoden für einen Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR). Der VCR-Verbrennungsmotor kann eine Kraftstoffeffizienz eines Fahrzeugs verbessern, indem er ermöglicht, dass ein Verdichtungsverhältnis des Motors variiert wird, während sich Betriebsbedingungen des Motors ändern. Das Verdichtungsverhältnis kann eingestellt werden, um eine Motorleistungsausgabe bereitzustellen, die mit einem Drehmomentbedarf übereinstimmt, während eine Wahrscheinlichkeit eines Motorklopfens gesenkt wird und eine Kraftstoffeffizienz des Motors bei geringen Motorlasten und Geschwindigkeiten erhöht wird. Ein Motorsystem, das einen VCR-Verbrennungsmotor enthalten kann, ist in 1 gezeigt. In 2, ist eine Profilansicht eines VCR-Mechanismus gezeigt, der eine S-förmige Verbindung, einen Sperrstift, eine Steuerwelle und eine Vielzahl von Armen aufweist, die die Steuerwelle an eine Motorkurbelwelle koppeln, welche dazu verwendet werden kann, das Verdichtungsverhältnis zu variieren. Der VCR-Mechanismus kann an einen elektrischen Aktor gekoppelt sein, der eine Bewegung der Verbindung steuert, wodurch das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors geändert wird. Eine Kopplung der Verbindung und der Steuerwelle an eine Kurbelwelle und Kolben des VCR-Verbrennungsmotors ist in 3 veranschaulicht. Eine Positionierung von Ölwannen und dem Aktor relativ zu einem Motorblock des VCR-Verbrennungsmotors ist in 4 gezeigt, die eine Ansicht eines Äußeren des VCR-Verbrennungsmotors bereitstellt. Eine Ansicht einer Unterseite des VCR-Verbrennungsmotors ist in 5 dargestellt, wobei eine untere Ölwanne entfernt ist, um eine Positionierung der Verbindung und der Steuerwelle innerhalb des Verbrennungsmotors zu zeigen. Die Verbindung kann mit einer Vielzahl von Öffnungen, wobei jede Öffnung einem Verdichtungsverhältnis der Kolben entspricht, ausgestattet sein, durch welche ein Sperrstift eingeführt werden kann, um eine Position der Verbindung relativ zu der Steuerwelle aufrechtzuerhalten. Eine Bewegung des Sperrstifts kann durch ein Zweipositionenventil gesteuert werden, das einen hydraulischen Druck innerhalb des VCR-Mechanismus einstellt. Eine Kopplung des Zweipositionenventils an den VCR-Mechanismus wird in einem ersten schematischen Diagramm in 6 und einem zweiten schematischen Diagramm in 7 veranschaulicht. Der VCR-Mechanismus und das Zweipositionenventil können zwischen einer ersten Position (gezeigt in 6) und einer zweiten Position (gezeigt in 7), die eine Strömung von Öl in den VCR-Mechanismus und aus diesem hinaus steuern, eingestellt werden. Die Strömung von Öl mildert einen hydraulischen Druck in dem VCR-Mechanismus ab, um eine Position des Stifts zwischen einem Eingriff mit der Verbindung, um das CR aufrechtzuerhalten oder einem Freigeben der Verbindung, um das CR zu variieren, zu verändern. Eine Verwaltung des Verdichtungsverhältnisses eines (Verbrennungs)Motors über den VCR-Mechanismus während eines Betriebs des Verbrennungsmotors wird in einem Beispiel eines Verfahren zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses nach Motorbetriebsbedingungen in 8 beschrieben. Beispielhafte Vorgänge von Elementen des VCR-Mechanismus als Reaktion auf eine Motorlast und eine Ladung sind in einem Zeitachsendiagramm aus 9 gezeigt. Ein Einstellen der VCR-Mechanismus, um eine Kolbenhöhe und somit das CR des Verbrennungsmotors zu verändern, ist in den 10A-10C gezeigt, die den VCR-Mechanismus in drei verschiedenen Positionen zeigen, die unterschiedlichen CR entsprechen. Eine Anordnung des VCR-Mechanismus in Bezug auf eine Kurbelwelle des VCR-Verbrennungsmotors ist in 11a dargestellt. 11A schließt eine erweitere Ansicht des VCR-Mechanismus ein, der in 11B gezeigt ist, um zu veranschaulichen, wo der Sperrstift des VCR-Mechanismus relativ zu der Verbindung und der Steuerwelle positioniert sein kann.
Die 1-7 und 10A-11b zeigen beispielhafte Konfigurationen mit einer relativen Positionierung der verschiedenen Komponenten. Falls derartige Elemente so gezeigt sind, dass sie einander direkt berühren oder direkt miteinander gekoppelt sind, können sie in mindestens einem Beispiel als sich direkt berührend bzw. direkt gekoppelt bezeichnet werden. Gleichermaßen können Elemente, die aneinander angrenzend oder zueinander benachbart gezeigt sind, in mindestens einem Beispiel aneinander angrenzend bzw. zueinander benachbart sein. Als ein Beispiel können Komponenten, die in sich Flächen teilender Berührung liegen, als in sich Flächen teilender Berührung bezeichnet werden. Als ein anderes Beispiel können Elemente, die voneinander getrennt positioniert sind, wobei sich nur ein Abstand dazwischen befindet und keine anderen Komponenten, in mindestens einem Beispiel derart bezeichnet werden. Als noch ein anderes Beispiel können Elemente, die über-/untereinander, an entgegengesetzten Seiten voneinander oder links/rechts voneinander gezeigt sind, in Bezug aufeinander derart bezeichnet werden. Ferner kann, wie in den Figuren gezeigt, ein oberstes Element oder ein oberster Punkt eines Elements in mindestens einem Beispiel als eine „Oberseite“ der Komponente bezeichnet werden und ein unterstes Element oder ein unterster Punkt des Elements als eine „Unterseite“ der Komponente bezeichnet werden. Im hier verwendeten Sinne können sich Oberseite/Unterseite, obere(r/s)/untere(r/s), über/unter auf eine vertikale Achse der Figuren beziehen und dazu verwendet werden, die Positionierung von Elementen der Figuren in Bezug aufeinander zu beschreiben. Demnach sind Elemente, die über anderen Elementen gezeigt sind, in einem Beispiel vertikal über den anderen Elementen positioniert. Als noch ein anderes Beispiel können Formen der Elemente, die innerhalb der Figuren dargestellt sind, als diese Formen aufweisend bezeichnet werden (wie z. B. als rund, gerade, planar, gekrümmt, abgerundet, abgeschrägt, abgewinkelt oder dergleichen). Des Weiteren können Elemente, die so gezeigt sind, dass sie einander schneiden, in mindestens einem Beispiel als sich schneidende Elemente oder einander schneidend bezeichnet werden. Darüber hinaus kann ein Element, das innerhalb eines anderen Elements oder außerhalb eines anderen Elements gezeigt ist, in einem Beispiel als solches bezeichnet werden.
1 zeigt eine beispielhafte Ausführungsform einer Brennkammer (hier ebenfalls als „Zylinder“ bezeichnet) 14 eines Verbrennungsmotors 10, der in einem Personenkraftwagen 5 enthalten sein kann. Der Motor 10 kann Steuerungsparameter von einem Steuersystem, zu dem eine Steuerung 12 gehört, und eine Eingabe von einem Bediener 130 über eine Eingabevorrichtung 132 empfangen. In diesem Beispiel beinhaltet die Eingabevorrichtung 132 ein Gaspedal und einen Pedalpositionssensor 134 zum Erzeugen eines proportionalen Pedalpositionssignals PP. Der Zylinder 14 des Motors 10 kann Brennkammerwände 136 mit einem darin positionierten Kolben 138 beinhalten. Der Kolben 138 kann an eine Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, sodass eine Hin- und Herbewegung des Kolbens in eine Rotationsbewegung der Kurbelwelle übersetzt wird. Die Kurbelwelle 140 kann über ein Getriebesystem 54 an mindestens ein Fahrzeugrad 55 des Personenkraftwagens gekoppelt sein. Ferner kann ein Anlasser über ein Schwungrad an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, um einen Anlassvorgang des Motors 10 zu ermöglichen.
Der Motor 10 kann als VCR-Motor ausgelegt sein, wobei das Verdichtungsverhältnis (CR) jedes Zylinders - ein Verhältnis eines Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am unteren Totpunkt (UT) befindet, zu einem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am oberen Totpunkt (OT) befindet - mechanisch verändert werden kann. Das CR des Verbrennungsmotors kann über einen VCR-Aktor 192 variiert werden, der einen VCR-Mechanismus 194 betätigt. Der VCR-Aktor 192 kann ein Elektromotor sein, der dazu konfiguriert ist, der VCR-Mechanismus 194 in Eingriff zu nehmen. In einigen Beispielen kann das CR zwischen einem ersten, niedrigeren CR (bei dem das Verhältnis des Zylindervolumens, wenn sich der Kolben am UT befindet, zu dem Zylindervolumen, wenn sich der Kolben am OT befindet, niedriger ist) und einem zweiten, höheren CR (bei dem das Verhältnis höher ist) variiert werden. In noch anderen Beispielen, kann es eine vordefinierte Anzahl gestufter Verdichtungsverhältnisse zwischen dem ersten, niedrigeren CR und dem zweiten, höheren CR geben. Des Weiteren kann das CR zwischen dem ersten, niedrigeren CR und dem zweiten, höheren CR (auf jegliches CR dazwischen) kontinuierlich variabel sein.
In dem abgebildeten Beispiel ist der VCR-Mechanismus 194 derart an den Kolben 138 gekoppelt, dass der VCR-Mechanismus die OT-Position des Kolbens ändern kann. Zum Beispiel kann der Kolben 138 über den VCR-Mechanismus 194 an die Kurbelwelle 140 gekoppelt sein, wobei es sich um einen Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition handeln kann, der den Kolben näher zu dem Zylinderkopf oder weiter davon wegbewegen kann, womit die Position des Kolbens und dadurch die Größe der Brennkammer 14 geändert wird. Ein Positionssensor 196 kann an den VCR-Mechanismus 194 gekoppelt sein und kann dazu ausgelegt sein, der Steuerung 12 Rückkopplung hinsichtlich der Position des VCR-Mechanismus 194 (und dadurch des CR des Zylinders) bereitzustellen.
In einem Beispiel ändert sich durch die Änderung der Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer auch der relative Hub des Kolbens innerhalb des Zylinders. Der VCR-Mechanismus zur Änderung der Kolbenposition kann an ein herkömmliches Kurbelgetriebe oder ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe gekoppelt sein. Nicht einschränkende Beispiele für ein nicht herkömmliches Kurbelgetriebe, an das der VCR-Mechanismus gekoppelt sein kann, beinhalten Kurbelwellen mit variablem Abstand zum Zylinderkopf und Kurbelwellen mit variabler kinematischer Länge. In einem Beispiel kann die Kurbelwelle 140 als eine Exzenterwelle ausgelegt sein. In einem anderen Beispiel kann ein Exzenter an einen Kolbenbolzen oder in dessen Bereich gekoppelt sein, wobei der Exzenter die Position des Kolbens innerhalb der Brennkammer ändert. Die Bewegung des Exzenters kann durch Ölkanäle in der Kolbenstange gesteuert werden.
Es versteht sich, dass noch andere VCR-Mechanismen, die das Verdichtungsverhältnis mechanisch ändern, verwendet werden können. Zum Beispiel kann das CR des Verbrennungsmotors über einen VCR-Mechanismus variiert werden, der ein Zylinderkopfvolumen (das bedeutet den Totraum im Zylinderkopf) ändert. In anderen Beispielen, können alternative Verfahren zum Ändern des Zylinderkopfvolumens über eine unabhängige Vorrichtung in Verbindung mit dem VCR-Mechanismus verwendet werden, um das gewünschte CR zu erhalten.
Als ein Beispiel kann der VCR-Mechanismus 194 eine S-förmige Verbindung (nachfolgend S-Verbindung) beinhalten, die an eine Steuerwelle gekoppelt ist. Die Steuerwelle ist drehbar und mit der Kurbelwelle 140 durch eine Vielzahl von Verbindungarmen verbunden. Die Kurbelwelle 140 kann wiederum mit dem Kolben 138 über eine Pleulstange verbunden sein und eine Drehung der Steuerwelle schaukelt ein Flanschlager, das an die Kurbelwelle gekoppelt ist. Das Flanschlager ist mit dem Kolben durch eine Pleulstange verbunden, sodass ein Neigen des Flanschlagers eine Höhe (z. B. einen Abstand zwischen einer Oberseite des Kolbens 138 und einem Zylinderkopf) des Kolbens 138 innerhalb des Zylinders 14 einstellt. Eine Bewegung der S-förmigen Verbindung, wie durch den VCR-Aktor 192 angeleitet, kann die Steuerwelle drehen und somit die Höhe des Kolbens 138 und das CR variieren. Die S-Verbindung kann mit einer Vielzahl von Öffnungen ausgestattet sein, durch welche ein Sperrstift eingeführt sein kann. Der VCR-Mechanismus 194 kann an ein Zweipositionenventil (TPV) gekoppelt sein, das Öl in den VCR-Mechanismus 194 ein- und aus diesem ausströmen lässt, was einen hydraulischen Druck bereitstellt, um ein Gleiten des Sperrstifts entweder in eine erste Position, die ein CR des Verbrennungsmotors aufrechterhält, wobei der VCR-Aktor 192 abgeschaltet ist, oder in eine zweite Position, die den VCR-Mechanismus 194 freigibt, und es ermöglicht, das CR zu variieren, zu erzwingen. Weitere Details des VCR-Mechanismus 194 und des TPV werden nachfolgend unter Bezugnahme auf die 2-8 besprochen.
Es versteht sich, dass der VCR-Motor im hier verwendeten Sinne dazu ausgelegt sein kann, das CR des Motors über mechanische Einstellungen einzustellen, die Kolbenposition oder ein Zylinderkopfvolumen variieren. Somit beinhalten VCR-Mechanismen keine CR-Einstellungen, die über Einstellungen einer Einlass-/Auslassventilansteuerung oder einer Nockensteuerung erreicht werden.
Indem die Position des Kolbens innerhalb des Zylinders eingestellt wird, kann ein effektives (statisches) Verdichtungsverhältnis des Motors (z. B. eine Differenz zwischen den Zylindervolumen am OT relativ zum UT) variiert werden. In einem Beispiel beinhaltet ein Reduzieren des Verdichtungsverhältnisses ein Reduzieren einer Verschiebung des Kolbens innerhalb der Brennkammer durch ein Erhöhen des Abstands zwischen der Oberseite des Kolbens und dem Zylinderkopf. Zum Beispiel kann der Motor dadurch mit einem ersten, niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, dass die Steuerung ein Signal an den VCR-Aktor 192 sendet, um den VCR-Mechanismus 194 in eine erste Position zu betätigen, in der der Kolben einen kleineren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Als ein anderes Beispiel kann der Motor dadurch mit einem zweiten, höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, dass die Steuerung ein Signal an den VCR-Aktor 192 sendet, um den VCR-Mechanismus 194 in eine zweite Position zu betätigen, in der der Kolben einen größeren effektiven Hub innerhalb der Brennkammer aufweist. Änderungen des Verbrennungsmotorverdichtungsverhältnisses können auf vorteilhafte Weise zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz verwendet werden. Zum Beispiel kann das höhere Verdichtungsverhältnis zum Verbessern der Kraftstoffeffizienz bei leichten bis moderaten Motorlasten verwendet werden, bis Spätzündung von frühem Einsetzen des Klopfens den Kraftstoffeffizienzvorteil aufzehrt. Der Motor kann auf das niedrigere Verdichtungsverhältnis geschaltet werden, wodurch der Wärmewirkungsgrad gegen Verbrennungsphasenwirkungsgrad getauscht wird. Im Vergleich kann das niedrigere Verdichtungsverhältnis derart ausgewählt sein, dass die Leistung bei mittleren bis hohen Motorlasten verbessert wird. Systeme mit kontinuierlichem VCR können die Verbrennungslage und den thermischen Wirkungsgrad kontinuierlich optimieren, um das beste Verdichtungsverhältnis zwischen den Grenzwerten des höheren Verdichtungsverhältnisses und des niedrigeren Verdichtungsverhältnisses bei den gegebenen Betriebsbedingungen bereitzustellen.
Unter erneuter Bezugnahme auf 1 kann der Zylinder 14 über eine Reihe von Einlassluftkanälen 142, 144 und 146 Ansaugluft aufnehmen. Der Einlassluftkanal 146 kann zusätzlich zu dem Zylinder 14 mit anderen Zylindern des Motors 10 kommunizieren. In einigen Ausführungsformen können einer oder mehrere der Ansaugkanäle eine Aufladevorrichtung, wie etwa einen Turbolader oder einen Kompressor, beinhalten. Zum Beispiel zeigt 1 den Motor 10, der mit einem Turbolader konfiguriert ist, der einen zwischen den Ansaugkanälen 142 und 144 angeordneten Verdichter 174 und eine entlang eines Abgaskanals 148 angeordnete Abgasturbine 176 beinhaltet. Der Kompressor 174 kann wie gezeigt zumindest teilweise von der Abgasturbine 176 über eine Welle 180 mit Energie versorgt werden. In anderen Beispielen, wie etwa, wenn der Motor 10 mit einem Kompressor konfiguriert ist, kann die Abgasturbine 176 optional jedoch weggelassen werden, und der Verdichter 174 kann stattdessen durch mechanische Eingabe von einem Elektromotor des Motors mit Energie versorgt werden.
Eine Drossel 20, die eine Drosselklappe 164 beinhaltet, kann zwischen dem Ansaugluftkanal 144 und dem Ansaugluftkanal 146 zum Variieren der Durchflussrate und/oder des Drucks der Ansaugluft, die den Motorzylindern bereitgestellt wird, bereitgestellt sein. Zum Beispiel kann die Drossel 20 dem Verdichter 174 nachgeschaltet sein, wie in 1 dargestellt, oder sie kann dem Verdichter 174 alternativ vorgeschaltet sein.
Der Abgaskanal 148 kann Abgase zusätzlich zu dem Zylinder 14 von anderen Zylindern des Motors 10 aufnehmen. Der Darstellung nach ist ein Abgassensor 128 stromaufwärts einer Emissionsbegrenzungsvorrichtung 178 an den Abgaskanal 148 gekoppelt. Der Abgassensor 128 kann jeder geeignete Sensor zum Bereitstellen einer Angabe eines Abgasluft-Kraftstoff-Verhältnisses (air-füel ratio - AFR) sein, wie zum Beispiel eine lineare Lambdasonde oder UEGO (Universal- oder Weitbereich-Abgas-Sauerstoff), eine Zweizustands-Lambdasonde oder EGO (wie dargestellt), eine HEGO (beheizte EGO), ein NOx-, ein HC- oder ein CO-Sensor. Bei der Emissionsbegrenzungsvorrichtung 178 kann es sich um einen Dreiwegekatalysator (Three Way Catalyst - TWC), eine NO_x-Falle, verschiedene andere Emissionsbegrenzungsvorrichtungen oder Kombinationen daraus handeln.
Die Abgastemperatur kann durch einen oder mehrere Temperatursensoren (nicht gezeigt) geschätzt werden, die in dem Abgaskanal 148 angeordnet sind. Alternativ kann eine Abgastemperatur auf Grundlage von Motorbetriebsbedingungen wie Motordrehzahl, Motorlast, AFR, Zündzeitpunkt usw. abgeleitet werden. Ferner kann eine Abgastemperatur durch einen oder mehrere Abgassensoren 128 bestimmt werden. Es versteht sich, dass die Abgastemperatur alternativ durch eine beliebige Kombination der hier aufgeführten Verfahren zur Temperaturschätzung geschätzt werden kann.
Jeder Zylinder des Motors 10 kann ein oder mehrere Einlassventile und ein oder mehrere Auslassventile aufweisen. Zum Beispiel weist der Zylinder 14 der Darstellung nach ein Einlasstellerventil 150 und ein Auslasstellerventil 156 auf, die in einem oberen Bereich des Zylinders 14 angeordnet sind. In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10, einschließlich des Zylinders 14, mindestens zwei Einlasstellerventile und mindestens zwei Auslasstellerventile beinhalten, die in einem oberen Bereich des Zylinders angeordnet sind.
Das Einlassventil 150 kann durch die Steuerung 12 durch Nockenbetätigung über ein Nockenbetätigungssystem 151 gesteuert werden. Ebenso kann das Abgasventil 156 durch die Steuerung 12 über ein Nockenbetätigungssystem 153 gesteuert werden. Die Nockenbetätigungssysteme 151 und 153 können jeweils eine oder mehrere Nocken umfassen und eines oder mehrere der folgenden Systeme verwenden: System zur Nockenprofilverstellung (cam profile switching - CPS), variablen Nockenansteuerung (variable cam timing - VCT), variablen Ventilansteuerung (variable valve timing - WT) und/oder zum variablen Ventilhub (variable valve lift - VVL), die durch die Steuerung 12 betrieben werden können, um den Ventilbetrieb zu variieren. Die Position des Einlassventils 150 und Auslassventils 156 kann durch die Ventilpositionssensoren 155 bzw. 157 bestimmt werden. In alternativen Ausführungsformen können das Einlass- und/oder Auslassventil durch elektrische Ventilbetätigung gesteuert werden. Zum Beispiel kann der Zylinder 14 alternativ ein Einlassventil, das über elektrische Ventilbetätigung gesteuert wird, und ein Auslassventil, das über Nockenbetätigung einschließlich eines CPS- und/oder VCT-Systems gesteuert wird, beinhalten. In weiteren Ausführungsformen können die Einlass- und Auslassventile durch einen gemeinsamen Ventilaktor oder ein gemeinsames Ventilbetätigungssystem oder einen Aktor oder ein Betätigungssystem zur variablen Ventilansteuerung gesteuert werden.
Der Zylinder 14 kann ein assoziiertes Verdichtungsverhältnis aufweisen, welches, wie vorstehend beschrieben, das Verhältnis von Volumina ist, wenn sich der Kolben 138 bei UT zu OT befindet. Herkömmlicherweise liegt das Verdichtungsverhältnis im Bereich von 9:1 bis 10:1. In einigen Beispielen, in denen andere Kraftstoffe verwendet werden, kann das Verdichtungsverhältnis jedoch erhöht sein. Hierzu kann es zum Beispiel kommen, wenn Kraftstoffe mit einer höheren Oktanzahl oder Kraftstoffe mit einer höheren latenten Verdampfungsenthalpie verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis kann zudem erhöht sein, falls Direkteinspritzung verwendet wird, da sich diese auf das Motorklopfen auswirkt. Das Verdichtungsverhältnis kann ebenfalls auf der Grundlage des Fahrerbedarfs über Anpassungen des VCR-Aktors 192 variiert werden, der den VCR-Mechanismus 194 betätigt, der die effektive Position des Kolbens 138 innerhalb der Brennkammer 14 variiert. Das Verdichtungsverhältnis kann auf der Grundlage von Rückkopplung von dem Sensor 196 in Bezug auf die Position des VCR-Mechanismus 194 abgeleitet werden.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Motors 10 eine Zündkerze 192 zum Einleiten der Verbrennung beinhalten. Ein Zündsystem 190 kann der Brennkammer 14 über die Zündkerze 192 einen Zündfunken als Reaktion auf ein Vorzündungssignal SA (spark advance) von der Steuerung 12 unter ausgewählten Betriebsmodi bereitstellen. Bei einigen Ausführungsformen kann die Zündkerze 192 jedoch entfallen, wie etwa, wenn der Motor 10 die Verbrennung durch eine Selbstzündung oder durch das Einspritzen von Kraftstoff initiieren kann, was bei einigen Dieselmotoren der Fall sein kann.
In einigen Ausführungsformen kann jeder Zylinder des Verbrennungsmotors 10 mit einer oder mehreren Kraftstoffeinspritzvorrichtungen konfiguriert sein, um diesem Kraftstoff bereitzustellen. Als nicht einschränkendes Beispiel beinhaltet der Zylinder 14 der Darstellung nach eine Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166. Der Darstellung nach ist die Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 direkt an den Zylinder 14 gekoppelt, um Kraftstoff proportional zur Impulsbreite des Signals FPW, das von der Steuerung 12 über den elektronischen Treiber 168 empfangen wird, direkt in diesen einzuspritzen. Auf diese Weise stellt die Einspritzvorrichtung 166 das bereit, was als Direkteinspritzung („DI“) von Kraftstoff in die Brennkammer 14 bekannt ist. Obwohl 1 die Einspritzvorrichtung 166 als seitliche Einspritzvorrichtung zeigt, kann sich die Einspritzvorrichtung 166 auch über dem Kolben befinden, wie etwa nahe der Position der Zündkerze 192. Eine derartige Position kann das Mischen und Verbrennen verbessern, wenn der Motor mit einem Kraftstoff auf Alkoholbasis betrieben wird, da einige Kraftstoffe auf Alkoholbasis eine geringere Flüchtigkeit aufweisen. Alternativ kann sich die Einspritzvorrichtung oberhalb und in der Nähe des Einlassventils befinden, um die Vermischung zu verbessern. Der Kraftstoff kann der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 166 von einem Hochdruckkraftstoffsystem 8 zugeführt werden, zu dem ein/e oder mehrere Kraftstofftanks, Kraftstoffpumpen und ein Kraftstoffzuteiler gehören können. Alternativ kann Kraftstoff mit einem geringeren Druck durch eine einstufige Kraftstoffpumpe zugeführt werden, wobei in diesem Fall der Zeitpunkt der Direktkraftstoffeinspritzung während des Verdichtungstakts stärker begrenzt sein kann als bei Verwendung eines Hochdruckkraftstoffsystems. Ferner können der eine oder die mehreren Kraftstofftanks, wenngleich nicht gezeigt, einen Druckwandler aufweisen, welcher der Steuerung 12 ein Signal bereitstellt. Es versteht sich, dass die Einspritzvorrichtung 166 in einer alternativen Ausführungsform eine Einlasskanaleinspritzvorrichtung sein kann, die Kraftstoff in den Einlasskanal stromaufwärts von dem Zylinder 14 bereitstellt.
Es versteht sich ferner, dass, während die abgebildete Ausführungsform darstellt, dass der Motor durch Einspritzen von Kraftstoff über eine einzelne Direkteinspritzvorrichtung betrieben wird, in alternativen Ausführungsformen der Motor durch Verwendung von zwei oder mehr Einspritzvorrichtungen (zum Beispiel einer Direkteinspritzvorrichtung und einer Saugrohreinspritzvorrichtung pro Zylinder oder zwei Direkteinspritzvorrichtungen/zwei Saugrohreinspritzvorrichtungen pro Zylinder usw.) und durch Variieren einer relativen Einspritzmenge in den Zylinder aus jeder Einspritzvorrichtung betrieben werden kann.
Der Kraftstoff kann dem Zylinder während eines einzigen Zyklus des Zylinders durch die Einspritzvorrichtung zugeführt werden. Ferner kann die Verteilung und/oder die relative Kraftstoffmenge, die aus der Einspritzvorrichtung zugeführt wird, je nach Betriebsbedingungen variieren. Außerdem können bei einem einzelnen Verbrennungsereignis mehrere Einspritzungen des Kraftstoffs pro Zyklus durchgeführt werden. Die mehreren Einspritzungen können während des Verdichtungstakts, Ansaugtakts oder einer beliebigen geeigneten Kombination davon durchgeführt werden, was als Aufteilungseinspritzung bekannt ist. Zudem kann Kraftstoff während des Zyklus eingespritzt werden, um das Luft-KraftstoffVerhältnis (AFR) der Verbrennung einzustellen. Zum Beispiel kann Kraftstoff zum Bereitstellen eines stöchiometrischen AFR eingespritzt werden. Ein AFR-Sensor kann enthalten sein, um eine Schätzung des AFR innerhalb des Zylinders bereitzustellen. In einem Beispiel kann es sich bei dem AFR-Sensor um einen Abgassensor wie etwa eine EGO-Sonde 128 handeln. Durch das Messen einer Sauerstoffmenge im Abgas, die bei mageren Gemischen höher ist und bei fetten Gemischen niedriger ist, kann der Sensor das AFR bestimmen. Daher kann das AFR als Lambda(λ)-Wert bereitgestellt sein, wobei es sich um ein Verhältnis des bestimmten AFR zu einem stöchiometrischen AFR (z. B. dem AFR für eine vollständige stattfindende Verbrennungsreaktion) für ein gegebenes Gemisch handelt. Somit gibt ein λ-Wert von 1,0 ein stöchiometrisches Gemisch an, während ein λ-Wert unter 1,0 überstöchiometrische Gemische angibt und ein λ-Wert über 1,0 unterstöchiometrische Gemische angibt.
Wie vorstehend beschrieben, zeigt 1 lediglich einen Zylinder eines Mehrzylindermotors. Demnach kann jeder Zylinder gleichermaßen seinen eigenen Satz Einlass-/Auslassventile, Kraftstoffeinspritzvorrichtung(en), Zündkerze(n) usw. einschließen.
Kraftstofftanks in dem Kraftstoffsystem 8 können Kraftstoff mit unterschiedlichen Kraftstoffeigenschaften enthalten, wie etwa mit unterschiedlichen Kraftstoffzusammensetzungen. Zu diesen Unterschieden können unterschiedliche Alkoholgehalte, unterschiedliche Oktanzahlen, unterschiedliche Verdampfungswärmen, unterschiedliche Kraftstoffgemische und/oder Kombinationen daraus usw. gehören.
Die Steuerung 12 ist in 1 als ein Mikrocomputer gezeigt, der eine Mikroprozessoreinheit 106, Eingangs-/Ausgangsanschlüsse 108, ein elektronisches Speichermedium für ausführbare Programme und Kalibrierungswerte, das in diesem konkreten Beispiel als ein Nur-LeseSpeicher-Chip 110 gezeigt ist, einen Direktzugriffsspeicher 112, einen Keep-Alive-Speicher 114 und einen Datenbus beinhaltet. Die Steuerung 12 kann unterschiedliche Steuerungssignale von an den Verbrennungsmotor 10 gekoppelten Sensoren empfangen, und zwar zusätzlich zu den zuvor erläuterten Signalen, einschließlich der Messung des eingeleiteten Luftmassenstroms (MAF) von dem Luftmassenstromsensor 122; eines Klopfsensors 90, der zum Erkennen anormaler Zylinderverbrennungsereignisse an jeden Zylinder 30 gekoppelt ist, der Verbrennungsmotorkühlmitteltemperatur (ECT) von dem Temperatursensor 116, der an eine Kühlhülse 118 gekoppelt ist, eines Profilzündungsaufnahmesignals (PIP) von einem Hall-Effekt-Sensor 120 (oder anderer Art), der an die Kurbelwelle 140 gekoppelt ist; einer Drosselstellung (TP) von einem Drosselstellungssensor; einem Krümmerabsolutdrucksignal (MAP) von einem MAP-Sensor 124, dem Zylinder-AFR von einem EGO-Sensor 128, einer anomalen Verbrennung von dem Klopfsensor 90 und einem Kurbelwellenbeschleunigungssensor, und einer VCR-Mechanismusposition von dem Positionssensor 196. Das Motordrehzahlsignal, RPM, kann durch die Steuerung 12 anhand des Signals PIP erzeugt werden. Das MAP-Signal von dem MAP-Sensor 124 kann dazu verwendet werden, eine Angabe von Vakuum oder Druck in dem Ansaugkrümmer bereitzustellen. Die Steuerung 12 empfängt Signale von den verschiedenen Sensoren aus 1 und setzt die verschiedenen Aktoren aus 1 ein, um den Motorbetrieb auf der Grundlage der empfangenen Signale und Anweisungen, die in einem Speicher der Steuerung gespeichert sind, einzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerung auf der Grundlage von Motordrehzahl und -last das Verdichtungsverhältnis des Motors durch das Senden eines Signals an den VCR-Aktor 192 einstellen, welcher den VCR-Mechanismus 194 betätigt, um den Kolben auf mechanische Weise näher zu dem Zylinderkopf oder weiter weg davon zu bewegen, wodurch ein Volumen der Brennkammer geändert wird.
Auf einem nichtflüchtigen Nur-Lese-Speichermedienspeicher 110 können computerlesbare Daten programmiert sein, die Anweisungen repräsentieren, welche von einer Mikroprozessoreinheit 106 zum Durchführen der unten beschriebenen Verfahren ausführbar sind, sowie sonstige Varianten, die vorausgesetzt, jedoch nicht im Einzelnen aufgezählt werden.
In einigen Beispielen kann das Fahrzeug 5 ein Hybridfahrzeug mit mehreren Drehmomentquellen sein, die einem oder mehreren Fahrzeugrädern 55 zur Verfügung stehen. In anderen Beispielen handelt es sich bei dem Fahrzeug 5 um ein herkömmliches Fahrzeug mit einem Motor allein oder um ein Elektrofahrzeug mit (einer) elektrischen Maschine(n) allein. In dem gezeigten Beispiel beinhaltet das Fahrzeug 5 den Motor 10 und eine elektrische Maschine 52. Bei der elektrischen Maschine 52 kann es sich um einen Elektromotor oder einen Motor/Generator handeln. Die Kurbelwelle 140 des Motors 10 und die elektrische Maschine 52 sind über das Getriebe 54 mit den Fahrzeugrädern 55 verbunden, wenn eine oder mehrere Kupplungen 56 eingekuppelt sind. In dem dargestellten Beispiel ist eine erste Kupplung 56 zwischen der Kurbelwelle 140 und der elektrischen Maschine 52 bereitgestellt und ist eine zweite Kupplung 56 zwischen der elektrischen Maschine 52 und dem Getriebe 54 bereitgestellt. Die Steuerung 12 kann ein Signal an einen Aktor jeder Kupplung 56 senden, um die Kupplung einzukuppeln oder auszukuppeln, um so die Kurbelwelle 140 mit bzw. von der elektrischen Maschine 52 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen und/oder um die elektrische Maschine 52 mit bzw. von dem Getriebe 54 und den damit verbundenen Komponenten zu verbinden oder zu trennen. Bei dem Getriebe 54 kann es sich um ein Schaltgetriebe, ein Planetenradsystem oder eine andere Getriebeart handeln. Der Antriebsstrang kann auf verschiedene Weisen ausgelegt sein, darunter als paralleles, serielles oder seriell-paralleles Hybridfahrzeug.
Die elektrische Maschine 52 nimmt elektrische Leistung aus einer Traktionsbatterie 58 auf, um den Fahrzeugrädern 55 Drehmoment bereitzustellen. Die elektrische Maschine 52 kann auch als Generator betrieben werden, um zum Beispiel während eines Bremsbetriebs elektrische Leistung zum Aufladen der Batterie 58 bereitzustellen.
Wie zuvor beschrieben kann ein VCR-Mechanismus in Verbindung einem elektrischen Aktor dazu verwendet werden, ein CR eines Verbrennungsmotors gemäß Motorbetriebsbedingungen zu variieren. Der VCR-Mechanismus kann, wie in einem Beispiel eines VCR-Mechanismus 200 in 2 und 3, der an ein Kurbelgetriebe 204 eines VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, eine Reihe von Komponenten umfassen. Als ein Beispiel kann der VCR-Mechanismus 200 der VCR-Mechanismus 194 aus 1 sein. Eine Seitenansicht 201 des VCR-Mechanismus 200 und des Kurbelgetriebes 204 ist in 2 bereitgestellt und eine perspektivische Ansicht 301 des VCR-Mechanismus 200 und des Kurbelgetriebes 204 ist in FIG- 3 veranschaulicht. Es ist ein Satz Bezugsachsen 202 bereitgestellt, der eine y-Achse, eine z-Achse und eine x-Achse angibt. In einigen Beispielen kann die y-Achse parallel mit einer vertikalen Richtung, die z-Achse mit einer Querrichtung und die x-Achse mit einer horizontalen Richtung sein. Der VCR-Mechanismus 200 beinhaltet einen Elektromotor 206, bei dem es sich um den VCR-Aktor 192 aus 1 handeln kann, und eine S-Verbindung 208, die an einem ersten Ende 210 an den Elektromotor 206 und an einem zweiten Ende 212 an eine Steuerwelle 214 gekoppelt ist.
Die S-Verbindung 208 kann eine im Wesentlichen sinusförmige Geometrie aufweisen, mit einer Länge 203, der sich entlang der x-Achse, wie in 2 gezeigt, erstreckt, einer Höhe 205, die als ein Abstand zwischen einer oberen Fläche 211 und einer unteren Fläche 213 der S-Verbindung entlang der y-Achse definiert ist, und einer Dicke 207, die in 3 gezeigt und entlang der z-Achse gemessen ist. Die obere Fläche 211 und die untere Fläche 213 der S-Verbindung 208 können in Bezug auf die y-Achse gekrümmt sein, während Seitenflächen 215 der S-Verbindung 208, die koplanar mit einer y-x-Ebene sind, eben sein können. Die Höhe 205 ist kleiner als die Länge 203 der S-Verbindung 208, wobei die Höhe 205 entlang der Länge 203 variiert. Die Dicke 207 ist kleiner als sowohl die Höhe 205 als auch die Länge 203 und kann entlang der Länge 203 der S-Verbindung 208 relativ einheitlich bleiben. Die S-Verbindung 208 kann Öffnungen 209 beinhalten, die sich vollkommen durch die Dicke 207 der S-Verbindung 208 erstrecken. Bei den Öffnungen 209 kann es sich um kreisförmige Durchgangsöffnungen handeln, die dazu ausgelegt sind, einen Sperrstift in Eingriff zu nehmen, der eine Position der S-Verbindung hält, sodass ein gewünschtes CR beibehalten wird. Jede der Öffnungen 209 kann zu einer unterschiedlichen Positionierung der Kolben innerhalb der Brennkammern des Verbrennungsmotors führen und somit kann jede der Öffnungen 209 mit einem unterschiedlichen CR des Verbrennungsmotors assoziiert sein. Auf diese Weise kann das CR des Verbrennungsmotors in Abhängigkeit davon, mit welcher der Öffnungen 209 der Sperrstift ein Eingriff steht, variiert werden. Details des Sperrstifts sind nachstehend unter Bezugnahme auf 6 näher beschrieben.
Bei der Steuerwelle 214 kann es sich um einen Verlängerungsstab handeln, der sich, wie in 3 gezeigt, entlang der z-Achse senkrecht zu der Länge 203 der S-Verbindung 208 erstreckt, und der in die Richtungen, die durch einen Pfeil 216 angegeben sind, drehbar ist. Die Steuerwelle 214 ist durch eine Vielzahl von Armen 220 mit einer Kurbelwelle 218 des Kurbelgetriebes 204 verbunden. Die Vielzahl von Armen 220 kann entlang einer Länge 222 der Steuerwelle 214, die mit der z-Achse parallel ist und bei der es sich ebenfalls um eine Länge der Kurbelwelle 218 handeln kann, gleichmäßig beabstandet sein. Jeder Arm der Vielzahl von Armen 220 ist an einem ersten Ende 224 an der Steuerwelle 214 gesichert, sodass das erste Ende 224 jedes Arms innerhalb eines Bereichs von Winkeln um die Steuerwelle 214 rotiert. Das erste Ende 224 kann auf eine derartige Weise an die Steuerwelle 214 gekoppelt sein, dass eine Rotation der Steuerwelle 214 zu einer Winkeländerung des Arms 220 relativ zu der y-Achse führt. In einem Bespiel kann sich das erste Ende 224 mit einer Öffnung, die eine Exzenterform aufweist, um die Steuerwelle koppeln. Ein zweites Ende 226 jedes Arms der Vielzahl von Armen 220 ist an einem ersten Ende 228 eines Flanschlagers 230 (ebenfalls ein Hublagerzapfen oder Pleulzapfen) angebracht.
Das Flanschlager 230 kann sich durch einen Zentralabschnitt des Flanschlagers 230 an die Kurbelwelle 218 koppeln und so konfiguriert sein, dass es in einem Bereich von Winkeln in eine ähnliche Richtung rotiert, wie durch den Pfeil 216 angegeben. Zum Beispiel kann das Flanschlager 230 zwischen -30 und 30 Grad in Bezug auf die x-Achse geneigt sein. Der Bereich von Winkeln, durch den das Flanschlager 230 rotieren kann, kann jedoch in Abhängigkeit von Abmessungen und Ausrichtung von umgebenden und damit verbundenen Komponenten variieren. Ein zweites Ende 232 des Flanschlagers 230 kann an eine Pleulstange 234 eines Kolbens 236 gekoppelt sein. Die Pleulstange 234 erstreckt sich entlang der y-Achse von einer Unterseite 238 des Kolbens 236 nach unten und eine vertikale Bewegung (z. B. entlang der y-Achse) der Pleulstange 234 treibt eine vertikale Verschiebung des Kolbens 236 innerhalb eines Zylinders, wie Zylinder 14 aus 1, an/wird dadurch hervorgerufen. Die Bewegung der Pleulstange 234 kann durch eine Rotation des Flanschlagers 230 ausgelöst werden. Das Neigen des Flanschlagers 230 kann durch eine Aktivität des VCR-Mechanismus 200 imitiert durch den Elektromotor 206 erfolgen.
Wenn er angeschaltet wird, kann der Elektromotor 206 eine Position der S-Verbindung 208 einstellen, sodass die S-Verbindung sich in Richtungen verschiebt, die durch den Pfeil 240 angegeben werden, gezeigt sowohl in 2 als auch 3. Die S-Verbindung 208 bleibt in Eingriff mit der Steuerwelle 214, während die S-Verbindung 208 sich bewegt, was zu einer Rotation der Steuerwelle 214 führt. Die Rotation der Steuerwelle 214, wie durch den Pfeil 216 angegeben, erzwingt eine Rotation des ersten Endes 224 jedes Arms der Vielzahl von Armen 220. Da das erste Ende 224 teilweise unrotierbar an die Steuerwelle 214 gekoppelt ist, führt die Rotation der Steuerwelle 214 zu einer Translationsbewegung des ersten Endes 228 des Flanschlagers 230. Das erste Ende 228 kann sich, wie durch den Pfeil 242 angegeben, noch oben und unten bewegen, während die Steuerwelle 214 rotiert, wodurch eine reziproke vertikale Bewegung an dem zweiten Ende 232 des Flanschlagers 230 erzwungen wird. Zum Beispiel, wenn die S-Verbindung 208 in der Seitenansicht 201 aus 2 nach rechts gleitet, rotiert die Steuerwelle 214 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn. Das erste Ende 224 jedes Arms der Vielzahl von Armen 220 rotiert ebenfalls in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn, was bewirkt, dass das erste Ende 228 des Flanschlagers 230 sich nach unten bewegt. Das zweite Ende 232 des Flanschlagers 230 bewegt sich nach oben, während das erste Ende 228 sich nach unten verschiebt, was den Kolben 236 entlang der y-Achse nach oben drückt und einen Abstand zwischen einer Oberseite 224 des Kolbens 236 und einem Zylinderkopf verringert. Das Verringern des Abstands zwischen der Oberseite 244 des Kolbens 236 und dem Zylinderkopf erhöht das CR des VCR-Verbrennungsmotors.
Ein Einstellen des VCR-Mechanismus 200 dazu, das CR des VCR-Motors zu erhöhen, ist in den 10A-10C dargestellt. Der VCR-Mechanismus 200 ist in den 10A-10C jeweils in einer ersten Position 1000, die einem CR von 13:1 entspricht, einer zweiten Position 1020, die einem CR von 10:1 entspricht, und einer dritten Position 1040, die einem CR von 8:1 entspricht, gezeigt. Als ein Beispiel kann ein Erhöhen des CR von der zweiten Position 1020 aus 10B in die erste Position 1000 aus 10A befohlen werden, wenn die Motordrehzahl reduziert ist. Der Elektromotor 206 kann die S-Verbindung 208 nach rechts in Richtung der Steuerwelle 214 verlagern, wie in 10A relativ zu 10B gezeigt. Während sie S-Verbindung 208 sich nach rechts verlagert, wird die Steuerwelle 214 in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht. Die Arme 200 werden in 10A im Vergleich zu der zweiten Position 1020 aus 10B in Bezug auf die y-Achse nach unten gedrückt aufgrund der Rotation der Steuerwelle 214, die das erste Ende 228 des Flanschlagers 230 nach unten schaukelt, was wiederum das zweite Ende 232 des Flanschlagers 230 nach oben neigt. Das Schaukeln des Flanschlagers 230 in einer Richtung gegen den Uhrzeigersinn von der zweiten Position 1020 aus 10B in die erste Position 1000 aus 10A hebt die Position des Kolbens 236, was durch die gestrichelte Linie 1002 angegeben ist, relativ zu der zweiten Position 1020 an, was durch die gestrichelte Linie 1003 in 10B angegeben ist.
Umgekehrt rotiert die Steuerwelle 214 in eine Richtung im Uhrzeigersinn, wenn die S-Verbindung 208 durch den Elektromotor 206 nach links bewegt wird, was die Rotation im Uhrzeigersinn des ersten Endes 224 jedes Arms der Vielzahl von Armen 220 antreibt. Das erste Ende 228 des Flanschlagers 230 bewegt sich nach oben, während das zweite Ende 232 sich nach unten bewegt, was den Kolben 236 nach unten zieht und den Abstand zwischen der Oberseite 244 des Kolbens 236 und dem Zylinderkopf erhöht, wodurch das CR des VCR-Motors verringert wird.
Das Einstellen des VCR-Mechanismus 200, um das CR zu verringern ist ferner in den 10A-10C veranschaulicht. Ein Absenken der Position des Kolbens 236 kann in der dritten Position 1040 aus 10C relativ zu sowohl der zweiten Position 1020 aus 10B als auch der ersten Position 1000 aus 10A, sowie der zweiten Position 1020 aus 10B relativ zu der ersten Position 1000 aus 10A dargestellt sein. Als ein Beispiel kann ein Verringern des CR von der zweiten Position 1020 aus 10B in die dritte Position 1040 aus 10C befohlen werden, wenn die Motordrehzahl und die Ladung sich erhöhen. Der Elektromotor 206 kann die S-Verbindung 208 nach links weg von der Steuerwelle 214 verlagern, wie in 10C relativ zu 10B gezeigt ist. Während die S-Verbindung 208 sich nach links verlagert, wird die Steuerwelle 214 in eine Richtung im Uhrzeigersinn gedreht. Die Arme 200 werden in 10C in Bezug auf die y-Achse nach oben gedrückt aufgrund der Rotation der Steuerwelle 214, die das erste Ende 228 des Flanschlagers 230 nach oben schaukelt, was wiederum das zweite Ende 232 der Flanschlagers 230 im Vergleich zu der zweiten Position 1020 aus 10B nach unten neigt. Das Schaukeln des Flanschlagers 230 in eine Richtung im Uhrzeigersinn von der zweiten Position 1020 aus 10B in die dritte Position 1040 aus 10A senkt die Position des Kolbens 236, was durch die gestrichelte Linie 1004 angegeben wird, relativ zu der zweiten Position 1020, was durch die gestrichelte Linie 1003 angegeben wird.
Der VCR-Mechanismus 200 und das Kurbelgetriebe 204 des VCR-Verbrennungsmotors sind in 3 mit jeweils vier Armen, Flanschlagern, Pleulstangen und Kolben dargestellt. Es versteht sich jedoch, dass, während zur Adaption an einen Vier-Zylinder-Reihen(I4)-Verbrennungsmotor vier von jeder Art von Komponente in 3 gezeigt sind, das Kurbelgetriebe 204 und der VCR-Mechanismus 200 aus 3 nichteinschränkende Beispiele sind und andere Mengen und Ausrichtungen der verschiedenen Komponenten möglich sind, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Ein Kurbelgetriebe und ein VCR-Mechanismus können innerhalb eines Kurbelgehäuses eines VCR-Verbrennungsmotors untergebracht sein. Ein Beispiel eines VCR-Verbrennungsmotors 400, das in 4 gezeigt ist, veranschaulicht Außenflächen des Kurbelgehäuses 401 sowie eine obere Ölwanne 402 und eine untere Ölwanne 404. Ein Kurbelgetriebe, wie das Kurbelgetriebe 204 aus den 2 und 3 kann innerhalb des Kurbelgehäuses 401 eingeschlossen sein, wobei ein Ende der Kurbelwelle 406 von einer Seitenwand 408 des Kurbelgetriebes 401 vorsteht. Ein Ende der Steuerwelle 410 kann ebenfalls von der Seitenwand 408 des Kurbelgehäuses 401 vorstehen, wobei ein vorherrschender Abschnitt der Steuerwelle 410 innerhalb des Kurbelgehäuses 401 positioniert und mit der Kurbelwelle 406 durch eine Vielzahl von Armen, wie die Vielzahl von Armen 220, die in 3 gezeigt ist, verbunden ist.
Die obere Ölwanne 402 kann an die Vorderseite 412 des Kurbelgehäuses 401 gekoppelt sein. Die obere Ölwanne 402 und die untere Ölwanne 404 können an einer Unterseite 414 des Kurbelgehäuses 401 positioniert sein. Bei der unteren Ölwanne 404 kann es sich um einen Ölsumpf handeln und es kann, in einigen Beispielen, eine Ölpumpe darin untergebracht sein.
Die obere Ölwanne 402 kann fluid mit der unteren Ölwanne 404 gekoppelt sein und gemeinsam können die oberen Ölwanne 402 und die untere Ölwanne 404 einen Behälter von Öl zum Schmieren von Motorkomponenten und zum Sammeln von Restöl bereitstellen.
Mindestens ein Abschnitt des VCR-Mechanismus 502, bei dem es sich um den VCR-Mechanismus in den 2 und 3 handeln kann, kann innerhalb des Kurbelgehäuses 401, wie in 5 gezeigt, eingeschlossen sein. Ein Elektromotor 418, der an den VCR-Mechanismus gekoppelt und dazu ausgelegt sein kann, den VCR-Mechanismus 502 mechanisch in Eingriff zu nehmen, kann entlang einer Außenfläche der oberen Ölwanne 402, oberhalb des unteren Ölwanne 404 und gesichert an der Außenfläche der oberen Ölwanne 402, an der Außenseite des Kurbelgehäuses 401 angeordnet sein. Eine Unteransicht 500 der Unterseite 414 des Kurbelgehäuses 401 ist in 5 gezeigt, entlang der Linie A-A', die in 4 angegeben ist. Die untere Ölwanne 404 ist in der Unteransicht 500 entfernt, um eine Positionierung des VCR-Mechanismus 502 innerhalb des Kurbelgehäuses 401 zu zeigen.
Eine Positionierung der Steuerwelle 410 unter einem ersten Ende 420 einer S-Verbindung 422 ist in 5 angegeben, jedoch nicht gezeigt. Die Steuerwelle 410 kann an das erste Ende 420 der S-Verbindung 422 gekoppelt sein, bei der es sich um die S-Verbindung 208 aus den 2 und 3 handeln kann. Die S-Verbindung 422 kann sich entlang der x-Achse, durch die Vorderseite 412 des Kurbelgehäuses 401, um sich an ein zweites Ende zu koppeln, wobei das zweite Ende dem ersten Ende 420 gegenüberliegt, zu dem Elektromotor 418 außerhalb des Kurbelgehäuses 401 erstrecken. Die S-Verbindung 422 kann Öffnungen 424 beinhalten, die sich durch eine Dicke der S-Verbindung 422, die entlang der z-Achse definiert ist, erstrecken, ähnlich wie die Öffnungen 209 aus den 2 und 3. Ein Durchmesser und eine Form der Öffnungen 424 können dazu ausgelegt sein, eine Einführung eines Sperrstifts 426 anzunehmen, wenn die S-Verbindung 422 auf eine Position eingestellt ist, in der eine der Öffnungen 424 mit dem Sperrstift 426 ausgerichtet ist. Der Sperrstift 426 kann eine gekrümmte Außenfläche aufweisen, um mit der Form der Öffnungen 424 übereinzustimmen und kann vorwärts und rückwärts entlang der z-Achse gleiten, wie durch den Pfeil 428 angegeben. Die Bewegung des Sperrstifts 426 bringt den Sperrstift 426 entweder mit einer der Öffnungen 424 in Eingriff oder löst seinen Eingriff damit. Wenn er in eine der Öffnungen 424 eingeführt ist, kann der Sperrstift 426 die Position der S-Verbindung 422 relativ zu der Steuerwelle 410 halten, wodurch eine Rotation der Steuerwelle gestoppt wird und das CR des VCR-Verbrennungsmotors 400 erhalten bleibt. Wenn der Sperrstift 426 aus dem Eingriff mit der Öffnung 424 gelöst wird, ist die S-Verbindung 422 geführt durch den Elektromotor 418 frei beweglich.
Während eine Bewegung der S-Verbindung des VCR-Mechanismus durch einen Elektromotor gesteuert werden kann, kann ein Gleiten des Sperrstifts durch einen hydraulischen Druck ermöglicht werden. Ein Hydraulikdrucksystem auf Ölbasis, das dazu verwendet wird, eine Bewegung eines Sperrstifts in einem VCR-Mechanismus, z. B. dem VCR-Mechanismus 200 aus den 2 und 3 und 502 aus 5 zu betätigen, ist in einer ersten schematischen Darstellung 600 in 6 und einer zweiten schematischen Darstellung 700 in 7 gezeigt. Ein VCR-Mechanismus 602 ist in der ersten und zweiten schematischen Darstellung 600, 700 jeweils in einer ersten und einer zweiten Position in einer Querschnittsansicht eines VCR-Verbrennungsmotors dargestellt, die zum Beispiel entlang einer Linie A-A' aus 4 und koplanar mit der y-z-Ebene erstellt sein.
Der VCR-Mechanismus 602 beinhaltet eine S-Verbindung 604, einen Sperrstift 606, eine Feder 608, die in Berührung mit einem ersten Ende 610 des Sperrstifts 606 steht, einen ersten Ölwannenvorsprung 612, einen zweiten Ölwannenvorsprung 614 und eine Ölkammer 616 und ein Zweistellungsventil (TPV) 618. Das TPV 618 kann an einem Standort in dem VCR-Verbrennungsmotor in der Nähe des VCR-Mechanismus 602 angeordnet sein. Zum Beispiel kann das TPV 618 an einer Fläche einer oberen Ölwanne montiert sein, wie die oberen Ölwanne 402 aus 4.
Das TPV 618 kann als ein Magnetventil konfiguriert sein, das auf der Grundlage einer elektromagnetischen Kraft betätigt wird. Das TPV 618 kann eine elektromagnetische Vorrichtung 611 beinhalten, die ein Magnetfeld erzeugt, um einen Satz von Vorsteuerkolben 632 des TPV 618 abzustoßen, damit sie in Richtung der elektromagnetischen Vorrichtung 611 in eine in 7 gezeigte zweite Position gleiten, wenn die elektromagnetische Vorrichtung 611 bestromt ist, z. B. wenn die elektromagnetische Vorrichtung elektrisch aktiviert ist. Wenn die elektromagnetische Vorrichtung 611 bestromt ist, kann das TPV 618 dazu ausgelegt sein, automatisch in eine in 6 gezeigt entspannte erste Position zu gleiten.
Zudem kann das TPV 618 durch einen Einlass 640 mit einer Hochdruckölquelle 605 und durch eine Ölablassöffnung 646 mit einer Niederdruckölquelle 607 in Fluidverbindung stehen. In einem Beispiel kann der Einlass 640 des TPV 618 mit einer Motorölleitung oder einem anderen Öldurchlass stromabwärts einer Ölpumpe verbunden sein, die Öl unter Druck liefert. Die Ölablassöffnung 646 kann an eine Ölquelle unter Umgebungsdruck, wie den Ölsumpf gekoppelt sein. In einem anderen Beispiel, kann die Ölablassöffnung so ausgerichtet sein, dass Öl, das aus dem TPV 618 durch die Ölablassöffnung 646 strömt, durch Schwerkraft zugeführt sein und sich in dem Ölsumpf sammeln.
Die Hochdruckölquelle 605 wie vorstehend beschrieben kann an eine Motorölpumpe, eine Motorölleitung oder eine andere Vorrichtung gekoppelt sein, die Öl unter einem höheren Druck als dem Umgebungsdruck liefert. Ein Ventil (nicht gezeigt) kann in dem Einlass 640 angeordnet sein, um eine Ölströmung durch den Einlass 640 zu blockieren, wenn ein Schwellenwertdruck in dem VCR-Mechanismus 602 durch ein Strömen von Öl von der Hochdruckölquelle 605 in den VCR-Mechanismus 602 erreicht wird. Die Niederdruckölquelle 607 kann einen Umgebungsdruck aufweisen oder kann gegenüber einer Vakuumquelle, wie einer Vakuumpumpe, einem Bremskraftverstärker oder einem Ansaugkrümmer durch eine Unterdruckleitung exponiert sein, um ein Vakuum innerhalb der Niederdruckölquelle 607 beizubehalten. Ein Druckunterschied zwischen der Hochdruckölquelle 605 und der Niederdruckölquelle 607 kann zu einer Bewegung des Sperrstifts 606 innerhalb des VCR-Mechanismus 602 wie weiter unten beschrieben führen
Der Sperrstift 606 kann dazu ausgelegt sein, an der z-Achse entlang gemäß dem Pfeil 620 zu gleiten, sodass der Sperrstift 606 in der ersten Position wie in 6 gezeigt positioniert ist, wobei ein zweites Ende 622 des Sperrstifts 606 durch eine Öffnung 624 der S-Verbindung 604 und in den zweiten Ölwannenvorsprung 614 eingeführt ist. Der zweite Ölwannenvorsprung 614 sowie der erste Ölwannenvorsprung 612 kann in eine Wand der Hochdruckölquelle 605 integriert sein, um eine Anordnung des Sperrstifts 606 und der Feder 608 innerhalb des VCR-Mechanismus 602 zu sichern. Somit können der erste und der zweite Ölwannenvorsprung 612, 614 starr an einer unbeweglichen Struktur fixiert sein und Haltestrukturen für ein Beibehalten des Sperrstifts 606 in seiner Position relativ zu einer Bewegung des Sperrstifts 606 entlang der y-x-Ebene bereitstellen. Durch ein Einführen des zweiten Endes 622 des Sperrstifts 606 in den zweiten Ölwannenvorsprung 614, wobei das erste Ende 610 des Sperrstifts 606 noch immer in dem ersten Ölwannenvorsprung 612 positioniert ist, kann der Sperrstift 606 Kräften, die durch die S-Verbindung 604 entlang der y-x-Ebene auf den Sperrstift 606 ausgeübt werden, basierend auf einer Berührung zwischen dem zweiten Ende 622 des Sperrstifts 606 und dem zweiten Ölwannenvorsprung 614 und einer Berührung zwischen dem ersten Ende 610 des Sperrstifts 606 und dem ersten Ölwannenvorsprung 612 widerstehen. Der Sperrstift 606 ist somit mechanisch und mit wenig Energieaufwand an seinem Platz gesichert.
In der ersten Position des Sperrstifts 606, z. B. wie in 6 veranschaulicht nach rechts verschoben, kann die Feder 608 ausgefahren sein, wodurch wie durch den Pfeil 626 angegeben eine Kraft auf das erste Ende 610 des Sperrstifts 606 nach links ausgeübt wird. Ein erstes Ende 615 der Feder 608 kann in ein Material des ersten Ölwannenvorsprungs 612 integriert, z. B. angeschweißt oder in eine Öffnung in dem zweiten Ölwannenvorsprung eingefügt sein, die dazu ausgelegt ist das erste Ende 615 der Feder 608 anzunehmen. Ein zweites Ende 617 der Feder ist in Kontakt mit dem ersten Ende 610 des Sperrstifts 606 und behält den Kontakt sowohl in der ersten Position aus 6 als auch in der zweiten Position aus 7 bei.
Der Sperrstift 606 kann wie in 7 gezeigt in eine zweite Position eingestellt werden, in der der Sperrstift 606 nach links verlagert wird, sodass das zweite Ende 622 des Sperrstifts 606 nicht länger in den zweiten Ölwannenvorsprung 614 eingeführt ist. Stattdessen kann der Sperrstift 606 sich vollständig innerhalb des ersten Ölwannenvorsprungs 612 befinden und die Feder 608 kann z. B. vollständig zurückgezogen sein, wobei eine ausgestreckte Länge 628 der Feder 608, wenn der Sperrstift 606 in der ersten Position aus 6 ist, definiert entlang der z-Achse länger ist als eine zurückgezogenen Länge 630 der Feder 608, wenn der Sperrstift 606 in der zweiten Position aus 7 ist. In der zweiten Position ist der Sperrstift 606 nicht in Kontakt mit der S-Verbindung 604 und die S-Verbindung kann frei entlang der y-x-Ebene gleiten.
Eine Platzierung des Sperrstifts in einem Kurbelgetriebe des VCR-Verbrennungsmotors ist in 11A gezeigt. Ein Kurbelgetriebe 1100 aus 11A beinhaltet eine Kurbelwelle 1102, die der Einfachheit halber an einen einzelnen Kolben 1104 gekoppelt ist. Der VCR-Mechanismus 1106, bei dem es sich um den VCR-Mechanismus 602 aus den 6-7 und 200 aus den 2-3 handeln kann, ist durch einen Arm 1108, der sich zwischen der Kurbelwelle 1102 und einer Steuerwelle 1110 des VCR-Mechanismus 1106 erstreckt, an die Kurbelwelle 1102 gekoppelt.
Ein Abschnitt des VCR-Mechanismus 1106 ist in 11B in einer erweiterten Einsicht 1112 dargestellt, die einen Sperrstift 1114, bei dem es sich um den Sperrstift 606 aus den 6-7 handeln kann, und eine Feder 11116, die innerhalb einer Ölkammer 1118 des VCR-Mechanismus 1106 enthalten ist, zeigt. Der Sperrstift 1114 ist in der ersten Position aus 6 eingeführt durch eine Öffnung einer S-Verbindung 1120 ausgerichtet, die mit der Steuerwelle 1110 in Eingriff steht. Ein erstes Ende 1122 des Sperrstifts 1114 ist in einem ersten Ölwannenvorsprung 1124 platziert, während ein zweites Ende 1126 des Sperrstifts 1114 und die Feder 1116 von dem zweiten Ölwannenvorsprung 1128 eingeschlossen sind. Der erste und der zweite Ölwannenvorsprung 1122, 1128 können in eine Fläche eines Ölbehälters (nicht gezeigt) integriert sein, die in nächster Nähe zu der Steuerwelle 1110 positioniert ist.
Unter erneuter Bezugnahme auf die 6-7 kann eine Kombination des TPV 618 und der Kraft, die durch die Feder 608 ausgeübt wird eine Einstellung des Sperrstifts 606 zwischen der ersten und der zweiten Position regulieren. Das TPV 618 kann dazu konfiguriert sind, sich ebenfalls z. B. zwischen der ersten Position, in der ein Satz von Vorsteuerkolben 632 wie in 6 gezeigt nach rechts verlagert wird, und der zweiten Position wie in 7 gezeigt, in der ein Satz von Vorsteuerkolben 632 basierend auf einer Erregung der elektromagnetischen Vorrichtung 611 nach links verlagert wird, zu verschieben. Der Satz von Pilotkolben 632 beinhaltet einen ersten Kolben 634, der durch einen Schaft 638 mit einen zweiten Kolben 636 verbunden ist. Der Satz von Vorsteuerkolben 632 kann sich als eine einzige Einheit entlang der z-Achse zwischen der ersten und der zweiten Position bewegen und wechselt dabei dazwischen, einem Öl ein Strömen in eine Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle 605 in die Ölkammer 616 des VCR-Mechanismus 602 in der ersten Position zu ermögliche und ein Vorwärtsströmen von Öl aus der Hochdruckölquelle 605 in die Ölkammer 616 zu blockieren, während er in der zweiten Position ist. In der in 7 gezeigten zweiten Position kann das Öl stattdessen in eine umgekehrte Richtung von der Ölkammer 616 zu der Niederdruckölquelle 607 strömen.
Zum Beispiel kann das TPV 618 in der ersten Position des TPV 618 und des VCR-Mechanismus 602 aus 6 durch einen Einlass 640 an die Hochdruckölquelle 605 gekoppelt sein. Ein Einstellung des TPV 618 auf die erste Position kann durch eine Motorsteuerung, wie die Steuerung 12 aus 1 befohlen werden und umfasst ein Abschalten der elektromagnetischen Vorrichtung 611 und ein Positionieren des TPV 618, sodass der erste Kolben 634 des Satzes von Vorsteuerkolben 632 mit einer Ölablassöffnung 646 ausgerichtet, was eine Strömung von Öl zwischen der Ölkammer 616 und der Niederdruckölquelle 607 durch die Ölablassöffnung 646 blockiert, während der zweite Kolben 636 des Satzes von Vorsteuerkolben 632 sich rechts des Einlasses 640 befindet und den Einlass 640 nicht blockiert.
Ein Druck in der Hochdruckölquelle 605 kann höher sein als ein Druck der Ölkammer 616. Der Druckgradient kann eine Ölströmung wie durch die Pfeile 642 angegeben in die Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle 605 durch den Einlass 640, an dem Schaft 638 der Vorsteuerkolben 632 vorbei, durch einen Ölkanal 644 und in die Ölkammer 616 treiben.
Falls das TPV 618 mit einem Ventil in dem Einlas 640 ausgestattet ist, kann das Ventil offen sein. Das Einleiten von Öl in die Ölkammer 616 erhöht einen Druck der Ölkammer 616, der eine elastische Kraft der Feder 608 überwindet und den Sperrstift 606 nach rechts in die erste Position drückt. Beim Erfassen, dass ein Druck in der Ölkammer 616 einen Druckschwellenwert, wie einen geschätzten Druck der Ölkammer 616, wenn die Ölkammer 616 mit Öl gefüllt ist, erreicht, kann das Ventil in dem Einlass 640 geschlossen werden. Wenn er in die erste Position getrieben wird, ist der Sperrstift 606 in die Öffnung 624 der S-Verbindung 604 eingeführt, was die S-Verbindung 604 an ihrem Platz sperrt und Kolben des VCR-Verbrennungsmotors bei einem Zielverdichtungsverhältnis hält, das für die Öffnung 624 spezifisch ist. In dieser Position kann ein Elektromotor, z. B. der Elektromotor 206 aus den 2 und 3 und 418 aus den 4 und 5 abgeschaltet sein, wodurch eine durch den Betrieb des Elektromotors verbrauchte Energie reduziert wird.
Wenn dem TPV 618 befohlen wird, sich in die in 7 gezeigte zweite Position zu verlagern, wird die elektromagnetische Vorrichtung 611 bestromt, was die TPV 618 in die zweite Position drückt, wobei der zweite Kolben 636 des Satzes von Vorsteuerkolben 632 mit dem Einlass 640 ausgerichtet wird. Eine Ölströmung von der Hochdruckölquelle 605 in die Ölquelle 626 in die Vorwärtsrichtung wird blockiert. Der erste Kolben 634 des Satzes von Vorsteuerkolben 632 ist nicht mit der Ölablassöffnung 646 ausgerichtet, sondern von der Ölablassöffnung 646 versetzt (z. B. nach links) positioniert. Die Ölkammer 616 und die Niederdruckölquelle 607 können fluidisch durch die Ölablassöffnung 646 gekoppelt sein, wenn das TPV 618 in der zweiten Position ist.
Mindestens ein Teil des Öls in der Ölkammer 616, der in die umgekehrte Richtung wie durch die Pfeile 648 angegeben strömt, kann in die Niederdruckölquelle 607 abgelassen werden. Öl fließt von der Ölkammer 616 durch den Ölkanal 644, an dem Schaft 638 des Satzes von Vorsteuerkolben 632 vorbei und in die Niederdruckölquelle 607 durch die Ölablassöffnung 646. Eine Menge an Öl, die in die Niederdruckölquelle 607 abgelassen wird, kann von einem Druckgradienten zwischen der Ölkammer 616 und Niederdruckölquelle 607 abhängen.
Wenn das TPV 618 von der ersten Position aus 6 auf die zweite Position aus 7 eingestellt wird, kann eine Druckentlastung in der Ölkammer 616 es der elastischen Kraft der Feder 608 ermöglichen, den Sperrstift 606 nach links zu ziehen, während die Feder 608 sich zurückzieht und entspannt. Das Gleiten des Sperrstifts 606 nach links zwingt das Öl in die Niederdruckölquelle 607 abzulaufen, während das Volumen in der Ölkammer 616 zunehmend von dem Sperrstift 606 eingenommen wird.
Der Sperrstift 606 kann aus dem Eingriff mit der S-Verbindung 604 in der zweiten Position gelöst werden, was eine Bewegung der S-Verbindung 604 freigibt. Der Elektromotor kann angeschaltet werden, um eine Positionierung der S-Verbindung 604 einzustellen, sodass der Sperrstift 606 mit einer anderen Öffnung, die einem gewünschten Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors einspricht, ausgerichtet werden kann. Wenn es mit der Zielöffnung der S-Verbindung 604 ausgerichtet ist, kann das TPV 618 in die erste Position befohlen werden, um den Sperrstift 606 mit der neu ausgerichteten Öffnung in Eingriff zu bringen und der Elektromotor kann abgeschaltet werden, wobei die S-Verbindung 604 durch den Sperrstift 606 an ihrem Platz gehalten wird. Der VCR-Mechanismus 602 kann somit das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors durch eine elektrische Betätigung, um die S-Verbindung 604 zu bewegen und eine Kombination aus einem hydraulischen Druck und einer elastischen Kraft der Feder 608, um den Sperrstift 606 zu bewegen, modifizieren. Somit wird eine Kraftstoffeffizienz des VCR-Verbrennungsmotors durch ein Sperren des VCR-Motors auf ein CR über einen Eingriff des Sperrstifts 606 mit der S-Verbindung 604 und ein Ermöglichen eine Deaktivierung des Elektromotors, sobald das Zielverdichtungsverhältnis erreicht ist, erhöht.
Ein Beispiel eines Verfahrens 800 zum Variieren eines Verdichtungsverhältnisses (CR) eines VCR-Verbrennungsmotors wird dargestellt. Bei dem VCR-Verbrennungsmotor kann es sich um den Verbrennungsmotor 10 aus 1 oder 400 aus 4 handeln, der mit einem VCR-Mechanismus, wie dem VCR-Mechanismus 200 aus den 2 und 3, 502 aus 5 und 602 aus den 6 und 7 ausgestattet ist. Der VCR-Mechanismus kann innerhalb eines Kurbelgehäuses des VCR-Verbrennungsmotors positioniert und mit einem Zweistellungsventil (TPV) verbunden sein, das eine Ölkammer des VCR-Mechanismus fluidisch an eine Hochdruckölquelle und eine Niederdruckölquelle koppelt. Das TPV kann ein elektromagnetisch gesteuertes Magnetventil sein und eine Bewegung des TPV-Ventils kann als Reaktion auf ein magnetisches Feld erfolgen. Eine Steuerwelle, die mit einer Kurbelwelle verbunden ist, die mit Kolben des Verbrennungsmotors, einem Sperrstift, einer Feder und einer S-Verbindung verbunden ist, kann in dem wie in den 2-7 angeordneten VCR-Mechanismus beinhaltet sein. Die S-Verbindung kann sich durch eine Außenwand des Kurbelgehäuses erstrecken, und an einem Ende eines Elektromotors angebracht zu sein, der, wenn er angeschaltet ist, eine Bewegung der S-Verbindung steuert. Das Verfahren 800 kann mit dem TPV und dem VCR-Mechanismus in einer ersten Position ähnlich der in 6 gezeigten ersten Position beginnen, wobei die Hochdruckölquelle über einen Öleinlass in Fluidverbindung mit der Ölkammer des VCR-Mechanismus steht, wobei Öl in einer Ölkammer des VCR-Mechanismus gespeichert und der Sperrstift in eine Öffnung der S-Verbindung eingeführt ist. Anweisungen zum Ausführen der Routine 800 und der übrigen hier enthaltenen Verfahren können durch eine Steuerung, wie die Steuerung 12 aus 1, auf Grundlage von Anweisungen ausgeführt werden, die in einem Speicher der Steuerung und in Verbindung mit Signalen gespeichert werden, die von Sensoren des Motorsystems eingehen, wie etwa den Sensoren, die weiter oben unter Bezugnahme auf die 1. Die Steuerung kann Motoraktoren des Motorsystems einsetzen, um den Motorbetrieb gemäß den nachstehend beschriebenen Verfahren einzustellen.
Bei 802 beinhaltet das Verfahren das Schätzen und/oder Messen der Betriebsbedingungen des VCR-Verbrennungsmotors. Zum Beispiel kann eine Motordrehzahl von einem Hall-Effekt-Sensor, wie dem Hall-Effekt-Sensor 120 auf 1, bestimmt werden, eine Drehmomentanforderung kann basierend auf einem Pedalpositionssensor eines Gaspedal, wie dem Pedalpositionssensor 134 der Eingabevorrichtung 132 aus 1, bestimmt werden, eine durch einen Turbolader zugeführte Aufladung kann basierend auf einem MAF-Sensor, wie dem MAF-Sensor 122 aus 1, bestimmt werden, eine Position des VCR-Mechanismus kann durch einen Positionssensor, wie dem in 1 gezeigten VCR-Mechanismus-Positionssensor 196, erfasst werden und ein abgeleitetes Verdichtungsverhältnis (CR) des Verbrennungsmotors kann basierend auf der Position des VCR-Mechanismus bestimmt werden.
Das Verfahren beinhaltet ein Bestimmen, ob das CR sich bei 804 im Ziel-CR befindet. Das Ziel-CR kann ein Verhältnis zwischen 8:1 und 14:1 sein, berechnet basierend auf der Motordrehzahl und der Ladung, die durch den Turbolader als Reaktion auf die Drehzahlanforderung bereitgestellt wird. Zum Beispiel kann das Ziel-CR entsprechenden einer Erhöhung des Abstands zwischen Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf des Motors verringert werden, um eine Wahrscheinlichkeit dafür zu reduzieren, dass ein Motorklopfen erfolgt, wenn die Motordrehzahl erhöht wird und durch den Turbolader zusätzliche Luft an den Einlass des Motors geliefert wird. Umgekehrt kann, wenn die Motordrehzahl sich verringert und der Ladedruck reduziert ist in Verhältnis zu dem Zustand, wenn die Motordrehzahl und die Drehzahlanforderung hoch sind, das Ziel-CR entsprechend einer Verringerung des Abstands zwischen den Kolbenoberseiten und dem Zylinderkopf verringert werden.
Die Steuerung kann das aktuelle CR des Motors durch ein Einbeziehen eines Positionssensors des VCR-Mechanismus, wie dem Positionssensor 196 aus 1, bewerten, um zu bestimmen, welche Öffnung der S-Verbindung mit dem Sperrstift des VCR-Mechanismus in Eingriff steht. Jede Öffnung der S-Verbindung kann einem spezifischen CR entsprechen und das CR für jede Öffnung kann in einer Lookup-Tabelle bereitgestellt sein, die in dem Speicher der Steuerung gespeichert ist. Falls das CR des Motors bei dem abgeleiteten Ziel-CR liegt, geht das Verfahren zu 806 über, um eine aktuelle Position des TPV und des VCR-Mechanismus, z. B. mit dem TPV und dem VCR-Mechanismus in der ersten Position, beizubehalten, um einen Betrieb des Verbrennungsmotors bei dem aktuellen CR fortzusetzen. Das Verfahren 800 kann zum Start des Verfahrens zurückkehren.
Falls das CR des Verbrennungsmotors nicht bei dem Ziel-CR liegt, geht das Verfahren zu 808 über, um zu bestimmen, ob das CR höher als das Ziel-CR ist. Falls das aktuelle CR nicht höher ist als das Ziel-CR, ist das CR niedriger als das Ziel-CR. Das Verfahren geht dann zu 810 über, wobei das TPV und der VCR-Mechanismus auf die zweite Position, z. B. die in 7 gezeigte zweite Position, eingestellt sind, wodurch der Ölbehälter des VCR-Mechanismus durch eine Ölablassöffnung des VCR-Mechanismus fluidisch an die Niederdruckölquelle gekoppelt wird. Eine elektromagnetische Vorrichtung, die eine Bewegung des TPV-Ventils steuert, wird bestromt, wodurch das TPV in die zweite Position gedrückt wird. Bei 812 strömt Öl aufgrund eines niedrigeren Drucks in der Niederdruckölquelle relativ zu der Ölkammer des VCR-Mechanismus in eine umgekehrte Richtung von dem VCR-Mechanismus zu der Niederdruckölquelle. Eine Verringerung des Drucks in der Ölkammer ermöglicht es der Feder, den Sperrstift in die zweite Position des VCR-Mechanismus zu ziehen, wodurch der Sperrstift aus der Öffnung der S-Verbindung entfernt wird. Während die Feder den Sperrstift in die zweite Position zieht, drückt die Bewegung des Sperrstifts eine Restmenge an Öl in der Ölkammer des VCR-Mechanismus durch die Ölablassöffnung hinaus und den Niederdruckölbehälter.
Bei 814 beinhaltet das Verfahren ein Anschalten des Elektromotors und ein Zwingen der S-Verbindung, sich in eine erste Richtung zu bewegen, die die Steuerwelle in eine erste Richtung dreht. Die Rotation der Steuerwelle in die erste Richtung führt dazu, dass eine Position der Kolben innerhalb der Verbrennungsmotorzylinder angehoben wird, sodass ein Volumen eines Raums zwischen den Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf verringert wird, wodurch das CR erhöht wird. Die Steuerung kann eine Bewegung der S-Verbindung befehlen, um eine Zielöffnung der S-Verbindung mit dem Sperrstift auszurichten. In einem Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die im Speicher der Steuerung gespeichert ist und ein CR, das eine spezifischen Öffnung der S-Verbindung zugewiesen ist, bereitstellt. Die Steuerung kann Informationen von dem VCR-Mechanismus-Positionssensor empfangen, um zu bestimmen, wann die gewünschte Öffnung mit dem Sperrstift ausgerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung einen Drehungsgrad der Steuerwelle bestimmen, der benötigt wird, um die Steuerwelle von der aktuellen Position in eine Position zu bewegen, die das Ziel-CR bereitstellt, und die Steuerung kann dem Elektromotor befehlen, die Steuerwelle um den bestimmten Drehungsgrad zu drehen.
Das Verfahren geht zu 816 über, um eine Einstellung des TPV in die erste Position durch ein Anschalten der elektromagnetischen Vorrichtung zu befehlen. In der ersten Position, z. B. der in 6 gezeigten ersten Position, wird das TPV verlagert, sodass die Ölablassöffnung des VCR-Mechanismus blockiert ist und die Ölkammer des VCR-Mechanismus über den Öleinlass des VCR-Mechanismus in Fluidkommunikation mit der Hochdruckölquelle steht. Bei 818 fließt das Öl aufgrund des höheren Drucks in der Hochdruckölquelle im Vergleich zu der Ölkammer in die Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle in die Ölkammer, wodurch der Druck in der Ölkammer erhöht wird und der Sperrstift gegen die elastische Kraft der Feder gedrückt wird, sodass der Sperrstift in die Öffnung eingeführt wird. Beim Eingreifen des Sperrstifts mit der Öffnung wird der Elektromotor bei 820 ausgeschaltet. Nach der Deaktivierung des Elektromotors kehrt das Verfahren 800 zu dem Start des Verfahrens zurück.
Beim Zurückkehren zu 808, falls bestimmt wird, dass das CR des VCR-Verbrennungsmotors oberhalb des Ziel-CR liegt, beinhaltet das Verfahren ein Einstellen der Position des TPV auf die zweite Position bei 822, um das CR zu verringern. Bei 826 strömt das Öl aufgrund eines niedrigeren Drucks in der Niederdruckölquelle relativ zu der Ölkammer in die umgekehrte Richtung von dem VCR-Mechanismus durch die Ölablassöffnung des VCR-Mechanismus in die Niederdruckölquelle. Eine Verringerung des Drucks in der Ölkammer ermöglicht es der Feder, den Sperrstift in die zweite Position des VCR-Mechanismus zu ziehen, wodurch der Sperrstift aus der Öffnung der S-Verbindung entfernt wird.
Bei 826 beinhaltet das Verfahren ein Anschalten des Elektromotors und ein Zwingen der S-Verbindung, sich in eine zweite Richtung, entgegen der ersten Richtung, zu drehen, wodurch die Steuerwelle in eine zweite Richtung, ebenfalls entgegen der ersten Richtung, gedreht wird. Die Rotation der Steuerwelle in die zweite Richtung führt dazu, dass eine Position der Kolben innerhalb der Verbrennungsmotorzylinder abgesenkt wird, sodass ein Volumen eines Raums zwischen den Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf erhöht wird, wodurch das CR verringert wird. Die Steuerung kann eine Bewegung der S-Verbindung befehlen, um eine Zielöffnung der S-Verbindung mit dem Sperrstift auszurichten. In einem Beispiel kann sich die Steuerung auf eine Lookup-Tabelle beziehen, die im Speicher der Steuerung gespeichert ist und ein CR, das eine spezifischen Öffnung der S-Verbindung zugewiesen ist, bereitstellt. Die Steuerung kann Informationen von dem VCR-Mechanismus-Positionssensor empfangen, um zu bestimmen, wann die gewünschte Öffnung mit dem Sperrstift ausgerichtet ist. Zusätzlich oder alternativ kann die Steuerung einen Drehungsgrad der Steuerwelle bestimmen, der benötigt wird, um die Steuerwelle von der aktuellen Position in eine Position zu bewegen, die das Ziel-CR bereitstellt, und die Steuerung kann dem Elektromotor befehlen, die Steuerwelle um den bestimmten Drehungsgrad zu drehen.
Das Verfahren geht zu 816 über, um eine Einstellung des TPV in die erste Position zu befehlen, wenn die gewünschte S-Verbindungsöffnung mit dem Sperrstift ausgerichtet ist. In der ersten Position, z. B. der in 6 gezeigten ersten Position, wird das TPV verlagert, sodass die Ölablassöffnung des VCR-Mechanismus blockiert ist und die Ölkammer des VCR-Mechanismus über den Öleinlass des VCR-Mechanismus in Fluidkommunikation mit der Hochdruckölquelle steht. Bei 818 fließt das Öl aufgrund des höheren Drucks in der oberen Ölwanne im Vergleich zu der Ölkammer in die Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle in die Ölkammer, wodurch der Druck in der Ölkammer erhöht wird und der Sperrstift gegen die elastische Kraft der Feder gedrückt wird, sodass der Sperrstift in die Öffnung eingeführt wird. Beim Eingreifen des Sperrstifts mit der Öffnung wird der Elektromotor bei 820 ausgeschaltet. Nach der Deaktivierung des Elektromotors kehrt das Verfahren 800 zu dem Start des Verfahrens zurück.
Beispielhafte Vorgänge eines VCR-Verbrennungsmotors in einem Fahrzeug sind in 9 in einem Kennlinienfeld 900 gezeigt. Bei dem Fahrzeug kann es sich um das Fahrzeug 5 aus 1 handeln, das mit einem VCR-Mechanismus ausgestattet ist, der, wie in 3 gezeigt, an einen Elektromotor und an Flanschlager einer Kurbelwelle des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist. Eine Einstellung des VCR-Mechanismus zwischen einer ersten Position, in der ein CR des Verbrennungsmotors beibehalten wird, und einer zweiten Position, in der das CR modifiziert werden kann, wird durch ein Zweipositionenventil (TPV) betätigt. Das Kennlinienfeld 900 stellt Verhältnisse dar zwischen einer Motorlast (Verlauf 902), einem Luftmassenstrom (MAF, Verlauf 904) in den Verbrennungsmotoreinlass, einer Aktivierung und einer Deaktivierung eines Elektromotors (Verlauf 906), der Bewegungen einer S-Verbindung eines VCR-Mechanismus steuert, einer Position eines Sperrstifts (Verlauf 908) des VCR-Mechanismus zwischen der ersten Position und der zweiten Position, einem Verdichtungsverhältnis (Verlauf 910) des VCR-Verbrennungsmotors gemäß einer Höhe von Kolben innerhalb von Brennkammern des Verbrennungsmotors, und einer Position des Zweipositionsventils (TPV), das zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position, wie die jeweils in den 6 und 7 gezeigte erste und zweite Position, wechselt. Die ist entlang der x-Achse von Kennlinienfeld 900 aufgetragen.
Anfangs können sich sowohl der Sperrstift (Verlauf 908) als auch das TPV (Verlauf 912) in jeweiligen ersten Positionen befinden, wobei sowohl der Elektromotor als auch eine elektromagnetische Vorrichtung, die eine Bewegung des TPV steuert, abgeschaltet sind. Bei t1 erhöht sich die Motorlast (Verlauf 902) aufgrund von, zum Beispiel, einer Bergaufnavigation des Fahrzeugs oder einer erhöhten Anforderung von Drehmoment. Die Erhöhung der Motorlast führt zu einer Erhöhung des MAF (Verlauf 904) aufgrund einer Lieferung von aufgeladener Luft von einem Turbolader. Um eine ausreichende Leistung bereitzustellen und eine Wahrscheinlichkeit eines Motorklopfens zu verringern, kann eine Motorsteuerung, wie die Steuerung 12 aus 1, Vorgänge zum Verringern des CR befehlen.
Bei t2 ist das TPV durch ein Erregen der elektromagnetischen Vorrichtung auf die zweite Position eingestellt, was bewirkt, dass das Öl in eine umgekehrte Richtung von der Ölkammer des VCR-Mechanismus in die Niederdruckölquelle des VCR-Verbrennungsmotors strömt. Eine Verringerung des Drucks in der Ölkammer ermöglicht es einer Feder, die an den Sperrstift gekoppelt ist, den Sperrstift in die zweite Position zu ziehen, wodurch ein Restöl aus der Ölkammer hinausgedrückt wird, während der Sperrstift sich aus dem Eingriff mit der Öffnung der S-Verbindung des VCR-Mechanismus löst. Der Elektromotor wird angeschaltet, was eine Position der S-Verbindung einstellt, sodass der Sperrstift mit einer Öffnung der S-Verbindung ausgerichtet wird, die einem gewünschten CR entspricht.
Zwischen t2 und t3 steigen die Motorlast und das MAF an und erreichen ein Plateau. Das CR verringert sich aufgrund der Einstellung des VCR-Mechanismus, wodurch eine Höhe der Kolben gesenkt wird, bis das CR einen ersten Schwellenwert 914 bei t3 erreicht. Bei dem ersten Schwellenwert 916 kann es sich um ein Ziel-CR handeln, für das durch die Steuerung bestimmt wird, dass es ein geeignetes CR für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen ist. Wenn das CR den ersten Schwellenwert 914 erreicht, wird das TPV durch ein Abschalten der elektromagnetischen Vorrichtung auf die erste Position eingestellt. Das Öl strömt in die Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle in die Ölkammer des VCR-Mechanismus und eine Erhöhung des Drucks in der Ölkammer treibt den Sperrstift in die erste Position, um die S-Verbindung in Eingriff zu nehmen. Beim Einführen des Sperrstifts in die Öffnung der S-Verbindung wird der Elektromotor abgeschaltet.
Bei t4 verringert sich die Motorlast. Die Verringerung der Motorlast kann in einem Motorbetrieb während einer Bergabnavigation oder einer verringerten Anforderung nach Drehmoment begründet sein. Die MAF in den Verbrennungsmotoreinlass verringert sich, während die Menge an aufgeladener Luft, die durch den Turbolader geliefert wird, reduziert wird. Die Verbrennungsmotorsteuerung kann Vorgänge befehlen, um das CR zu verringern, um einen Kraftstoffverbrauch zu reduzieren und eine Kraftstoffeffizienz des VCR-Verbrennungsmotors zu erhöhen.
Die elektrische Vorrichtung wird angeschaltet und des TPV wird bei t5 auf die zweite Position eingestellt, wodurch das Öl aus der Ölkammer des VCR-Mechanismus in den Niederdruckölbehälter abgelassen wird, was der Feder ermöglicht, den Sperrstift aus dem Eingriff mit der S-Verbindung des VCR-Mechanismus zu lösen. Die Feder zieht den Sperrstift in die zweite Position, wodurch ein Restöl aus der Ölkammer gedrückt wird, und der Elektromotor wird betätigt, um die Position der S-Verbindung einzustellen, um die Höhe der Kolben darauf einzustellen, erhöht sein. Während die Position der S-Verbindung verändert wird, steigt das CR zwischen t5 und t6. Bei t6 ist die S-Verbindung dazu eingestellt, eine Öffnung der S-Verbindung mit dem Sperrstift an einer Position auszurichten, die die Höhe des Kolbens auf einen zweiten Schwellenwert 916 modifiziert. Für den zweiten Schwellenwert 916, der bei einem höheren CR als der erste Schwellenwert 914 gesetzt ist, wird durch die Steuerung bestimmt, dass es sich um ein CR handelt, das für die aktuellen Motorbetriebsbedingungen geeignet ist.
Beim Erreichen des zweiten Schwellenwerts 916 wird die elektromagnetische Vorrichtung angewiesen, sich abzuschalten, was das TPV in die erste Position verlagert und es dem Öl ermöglicht, in die Vorwärtsrichtung von der Hochdruckölquelle zu der Ölkammer des VCR-Mechanismus zu strömen. Der erhöhte Druck in der Ölkammer drückt den Sperrstift in die erste Position, wodurch er die Öffnung der S-Verbindung in Eingriff nimmt. Der Elektromotor wird abgeschaltet, sobald der Sperrstift auf die erste Position eingestellt ist.
Auf diese Weise kann ein VCR-Mechanismus ein Verdichtungsverhältnis eines Verbrennungsmotors basierend auf einer elektrischen Leistung einstellen, die durch einen elektrischen Aktor bereitgestellt ist und durch die Unterstützung eines hydraulisch betätigten Sperrmechanismus, wie durch ein Zweipositionenventil (TPV), das eine Strömung von Öl in den Sperrmechanismus des VCR-Mechanismus hinein und hinaus leitet, gesteuert, mechanisch bei dem Verdichtungsverhältnis gehalten wird. Der VCR-Mechanismus kann eine S-Verbindung beinhalten, die an eine Steuerwelle gekoppelt ist. Die Steuerwelle kann mit einer Kurbelwelle verbunden sein, die eine Kolbenhöhe innerhalb von Brennkammern des Verbrennungsmotors variiert. Eine Translationsbewegung der S-Verbindung, die durch einen Elektromotor gesteuert wird, wird in eine Modifikation des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors, wie durch die Kolbenhöhe bestimmt, umgewandelt. Der VCR-Mechanismus hält das Verdichtungsverhältnis durch ein Einführen eines Sperrstifts über einen hydraulischen Druck in eine Öffnung der S-Verbindung aufrecht, was dem Elektromotor ermöglicht, abgeschaltet zu werden, sobald der Sperrstift die S-Verbindung in Eingriff nimmt. Um das Verdichtungsverhältnis zu ändern, kann der Sperrstift, ebenfalls durch hydraulischen Druck, aus dem Eingriff gelöst werden, der Elektromotor kann angeschaltet werden und die Position der S-Verbindung kann eingestellt werden, um eine Zielkolbenhöhe und ein Zielverdichtungsverhältnis zu erreichen. Unter Verwendung des Sperrstifts zum Aufrechterhalten des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors kann der Elektromotor nur angeschaltet werden, wenn das Verdichtungsverhältnis eingestellt werden soll, dadurch kann eine durch den Elektromotor verbrauchte Energiemenge verringert werden. Eine Einstellung des CR wird elektrisch betätigt, während ein Halten des CR durch eine Verwendung von hydraulischem Druck ermöglicht wird, um einen Sperrstift zu verschieben, der den VCR-Verbrennungsmotor basierend auf mechanischer Reibung bei einem gewünschten CR hält, dadurch wird eine Wahrscheinlichkeit eines Abrutschens reduziert.
Der technische Effekt des Konfigurierens des Verbrennungsmotors mit dem hier offenbarten VCR-Mechanismus ist, dass eine Kraftstoffeffizienz des Verbrennungsmotors bei geringen Motorlasten erhöht ist, während ausreichend Leistung und eine Milderung eines Motorklopfens bei hoher Motorlasten bereitgestellt ist.
In einer anderen Darstellung beinhaltet ein Verfahren beim Empfangen des Befehls, ein Verdichtungsverhältnis eines VCR-Verbrennungsmotors zu variieren, ein Einstellen eines Zweipositionsventils auf eine erste Position und ein Strömen von Öl in eine erste Strömungsrichtung von dem VCR-Mechanismus zu einer Niederdruckölquelle, und ein Anschalten eines Elektromotors, um eine Position einer S-Verbindung des VCR-Mechanismus zu verändern, und beim Empfangen eines Befehls, ein Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors zu halten, ein Einstellen des Zweipositionenventils auf eine zweite Position und ein Strömen von Öl in eine zweite Strömungsrichtung von einer Hochdruckölquelle zu dem VCR-Mechanismus und ein Abschalten des Elektromotors.
Es sei darauf hingewiesen, dass die in dieser Schrift beinhalteten beispielhaften Steuer- und Schätzroutinen mit verschiedenen Motor- und/oder Fahrzeugsystemkonfigurationen verwendet werden können. Die hier offenbarten Steuerverfahren und -routinen können als ausführbare Anweisungen in nichtflüchtigem Speicher gespeichert und durch das Steuersystem einschließlich der Steuerung in Kombination mit den verschiedenen Sensoren, Aktoren und sonstiger Motorhardware ausgeführt werden. Die hier beschriebenen konkreten Routinen können eine oder mehrere aus einer beliebigen Anzahl von Verarbeitungsstrategien, wie etwa ereignisgesteuert, unterbrechungsgesteuert, Multitasking, Multithreading und dergleichen, darstellen. Demnach können verschiedene veranschaulichte Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen in der veranschaulichten Abfolge oder parallel durchgeführt oder in einigen Fällen weggelassen werden. Ebenso ist die Verarbeitungsreihenfolge nicht zwangsläufig erforderlich, um die Merkmale und Vorteile der hier beschriebenen beispielhaften Ausführungsformen zu erreichen, sondern wird vielmehr zur Erleichterung der Veranschaulichung und Beschreibung bereitgestellt. Eine(r) oder mehrere der veranschaulichten Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen können je nach konkret eingesetzter Strategie wiederholt durchgeführt werden. Ferner können die beschriebenen Handlungen, Vorgänge und/oder Funktionen grafisch Code darstellen, der in einen nichtflüchtigen Speicher des computerlesbaren Speichermediums in dem Motorsteuersystem zu programmieren ist, wobei die beschriebenen Handlungen durch Ausführen der Anweisungen in einem System, das die verschiedenen Motorhardwarekomponenten in Kombination mit der elektronischen Steuerung beinhaltet, ausgeführt werden.
Es versteht sich, dass die hier offenbarten Konfigurationen und Routinen beispielhafter Natur sind und diese konkreten Ausführungsformen nicht in einschränkendem Sinn aufzufassen sind, da zahlreiche Variationen möglich sind. Zum Beispiel kann die vorstehende Technik auf V6-, I4-, I6-, V12-, 4-Zylinder-Boxer- und andere Motorarten angewendet werden. Der Gegenstand der vorliegenden Offenbarung beinhaltet alle neuartigen und nicht naheliegenden Kombinationen und Unterkombinationen der verschiedenen Systeme und Konfigurationen und sonstige hier offenbarte Merkmale, Funktionen und/oder Eigenschaften.
In einer ersten Ausführungsform beinhaltet ein Mechanismus mit einem variablen Verdichtungsverhältnis eine S-Verbindung, die eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet und an eine Steuerwelle gekoppelt und an einen Elektromotor angebracht ist, einen Sperrstift, der dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu wechseln, wobei der Sperrstift durch eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eingeführt ist, wenn er sich in der ersten Position befindet, und eine hydraulische Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, den Sperrstift selektiv in der ersten Position zu halten. In einem ersten Beispiel betätigt der Elektromotor eine Translationsbewegung der S-Verbindung und die Translationsbewegung wird in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle umgewandelt. Ein zweites Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass die Vielzahl von Öffnungen der S-Verbindung Durchgangsöffnungen sind, die sich vollkommen durch eine Dicke der S-Verbindung erstrecken und entlang einer Länge der S-Verbindung angeordnet sind, wobei die Länge senkrecht zu der Dicke und parallel mit einer Richtung der Translationsbewegung der S-Verbindung verläuft. Ein drittes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eins oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass, wenn der Sperrstift in die erste Position bewegt wird, ein erstes Ende des Sperrstifts durch die Öffnung und in eine sich nicht bewegenden Komponente einer Struktur eingeführt ist, in der der VCR-Mechanismus untergebracht ist. Ein viertes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eins oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, der Sperrstift nicht in Eingriff mit der Öffnung steht, und der Sperrstift innerhalb der Ölkammer der hydraulischen Vorrichtung positioniert ist. Ein fünftes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eins oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass, wenn der Sperrstift sich in der ersten Position befindet, eine Feder, die in Kontakt mit einem zweiten Ende des Sperrstifts steht, ausgestreckt ist und eine elastische Kraft auf den Sperrstift ausübt, die schwächer ist als ein hydraulischer Druck auf den Sperrstift, der durch das Öl in der Ölkammer ausgeübt wird, und wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt. Ein sechstes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eins oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, die Feder zurückgezogen ist und die elastische Kraft auf den Sperrstift größer ist als der hydraulische Druck in der Ölkammer. Ein siebtes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eines oder mehrere von dem ersten bis sechsten Beispiel und beinhaltet ferner, dass die hydraulische Vorrichtung elektromagnetisch bestromt und dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung nicht bestromt ist, und einer zweiten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung bestromt ist, zu gleiten. Ein achtes Beispiel für den Mechanismus beinhaltet optional eines oder mehrere von dem ersten bis siebten Beispiel und beinhaltet ferner, dass, wenn die hydraulische Vorrichtung auf die erste Position eingestellt ist, der VCR-Mechanismus sich in der ersten Position befindet, und wenn die hydraulische Vorrichtung auf die zweite Position eingestellt ist, der VCR-Mechanismus sich in der zweiten Position befindet.
In einer anderen Ausführungsform beinhaltet ein Verfahren, als Reaktion auf einen Befehl, ein Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors einzustellen, ein Freigegeben eines Sperrstifts, der dazu konfiguriert ist, eine S-Verbindung an einer sich nicht bewegenden Komponente des VCR-Verbrennungsmotors zu sperren, und ein Bewegen der S-Verbindung um eine Steuerwelle zu drehen, die an einen Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, und sobald das Verdichtungsverhältnis auf ein Zielverdichtungsverhältnis eingestellt ist, ein Sperren der S-Verbindung an der sich nicht bewegenden Komponente über den Sperrstift. In einem ersten Beispiel beinhaltet das Freigeben des Sperrstifts ein Verringern eines hydraulischen Drucks in der Kammer, die einen Abschnitt des Sperrstifts umgibt. Ein zweites Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Verringern des hydraulischen Drucks in der Kammer ein Einstellen einer Position eines Ventils umfasst, das mit der Kammer gekoppelt ist, um die Kammer in Fluidverbindung mit einer Niederdruckhydraulikfluidquelle zu bringen. Ein drittes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten und zweiten Beispiels und beinhaltet ferner, dass ein Sperren der S-Verbindung an der sich nicht bewegenden Komponente ein Erhöhen des hydraulischen Drucks in der Kammer beinhaltet, die den Abschnitt des Sperrstifts umgibt. Ein viertes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis dritten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Erhöhen des hydraulischen Drucks ein Einstellen der Position des Ventils umfasst, das mit der Kammer gekoppelt ist, um die Kammer in Fluidverbindung mit einer Hochdruckhydraulikfluidquelle zu bringen. Ein fünftes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis vierten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Bewegen der S-Verbindung ein Betätigen eines Elektromotors, der an die S-Verbindung gekoppelt ist, dazu beinhaltet, die S-Verbindung in einer Translationsrichtung zu bewegen und es sich bei dem Umwandeln der Translationsbewegung der S-Verbindung um ein Umwandeln in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle handelt. Ein sechstes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis fünften Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Drehen der Steuerwelle ein Einstellen von Winkeln von Flanschlagern einer Kurbelwelle über die Rotation der Steuerwelle beinhaltet, wobei die Kurbelwelle über Pleulstangen an Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, sodass die Steuerwelle eine Höhe der Kolben verändert, wobei die Höhe als ein Abstand zwischen Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf des VCR-Verbrennungsmotors definiert ist. Ein siebtes Beispiel für das Verfahren beinhaltet optional eines oder mehrere des ersten bis sechsten Beispiels und beinhaltet ferner, dass das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses des VCR-Verbrennungsmotors als Reaktion auf den Befehl ein Erfassen einer Änderung einer Motordrehzahl des VCR--Verbrennungsmotors beinhaltet.
In einer weiteren Ausführungsform beinhaltet ein Verbrennungsmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis einen VCR-Mechanismus, der eine Steuerwelle, eine S-Verbindung und einen Sperrstift, wobei der VCR-Mechanismus durch eine Kurbelwelle an Verbrennungsmotorkolben gekoppelt ist und an ein Zweipositionsventil gekoppelt ist, einen Elektromotor, der mit der S-Verbindung des VCR-Mechanismus verbunden ist, und eine Steuerung, die einen Speicher, mit drauf gespeicherten Anweisungen beinhaltet, die ausführbar sind, um den Sperrstift aus dem Eingriff mit der S-Verbindung zu lösen und den Elektromotor anzuschalten, um die S-Verbindung zu bewegen und die Steuerwelle zu drehen, um eine Höhe der Verbrennungsmotorkolben als Reaktion auf eine erfasste Änderung der Motordrehzahl zu verändern, wobei die Höhe der Verbrennungsmotorkolben einem Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors entspricht, und das Zweipositionsventil einzustellen, um den Sperrstift mit der S-Verbindung in Eingriff zu bringen und den Elektromotor beim Erfassen, dass eine Zielhöhe der Verbrennungsmotorkolben erreicht ist, abzuschalten. In einem ersten Beispiel ist das Zweipositionenventil dazu ausgelegt, den VCR-Mechanismus mit einer Niederdruckölquelle in Fluidverbindung zu bringen, wenn der Sperrstift aus dem Eingriff mit der S-Verbindung gelöst wird. Ein zweites Beispiel des Verbrennungsmotors beinhaltet optional das erste Beispiel und beinhaltet ferner, dass das Zweipositionenventil dazu ausgelegt ist, den VCR-Mechanismus mit einer Hochdruckölquelle in Fluidverbindung zu bringen, wenn der Sperrstift mit der S-Verbindung in Eingriff ist.
Die folgenden Patentansprüche heben bestimmte Kombinationen und Unterkombinationen besonders hervor, die als neuartig und nicht naheliegend betrachtet werden. Diese Ansprüche können sich auf „ein“ Element oder „ein erstes“ Element oder das Äquivalent davon beziehen. Derartige Ansprüche sind derart aufzufassen, dass sie die Einbeziehung eines oder mehrerer derartiger Elemente beinhalten und zwei oder mehr derartige Elemente weder erfordern noch ausschließen. Andere Kombinationen und Unterkombinationen der offenbarten Merkmale, Funktionen, Elemente und/oder Eigenschaften können durch Änderung der vorliegenden Ansprüche oder durch Einreichung neuer Ansprüche in dieser oder einer verwandten Anmeldung beansprucht werden. Derartige Ansprüche werden unabhängig davon, ob sie im Vergleich zu den ursprünglichen Ansprüchen einen weiteren, engeren, gleichen oder anderen Umfang aufweisen, ebenfalls als im Gegenstand der vorliegenden Offenbarung eingeschlossen betrachtet.
Gemäß der vorliegenden Erfindung wird ein Mechanismus mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR) bereitgestellt, der eine S-Verbindung, die eine Vielzahl von Öffnungen beinhaltet und an eine Steuerwelle gekoppelt und an einen Elektromotor angebracht ist, einen Sperrstift, der dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu wechseln, wobei der Sperrstift durch eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eingeführt ist, wenn er sich in der ersten Position befindet, und eine hydraulische Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, den Sperrstift selektiv in der ersten Position zu halten, aufweist.
Gemäß einer Ausführungsform betätigt der Elektromotor eine Translationsbewegung der S-Verbindung und die Translationsbewegung wird in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle umgewandelt.
Gemäß einer Ausführungsform handelt es sich bei der Vielzahl von Öffnungen der S-Verbindung um Durchgangsöffnungen, die sich vollkommen durch eine Dicke der S-Verbindung erstrecken und entlang einer Länge der S-Verbindung angeordnet sind, wobei die Länge senkrecht zu der Dicke und parallel mit einer Richtung der Translationsbewegung der S-Verbindung verläuft.
Gemäß einer Ausführungsform ist, wenn der Sperrstift in die erste Position bewegt wird, ein erstes Ende des Sperrstifts durch die Öffnung und in eine sich nicht bewegenden Komponente einer Struktur eingeführt, in der der VCR-Mechanismus untergebracht ist.
Gemäß einer Ausführungsform steht der Sperrstift, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, nicht in Eingriff mit der Öffnung, und der Sperrstift ist innerhalb der Ölkammer der hydraulischen Vorrichtung positioniert.
Gemäß einer Ausführungsform ist, wenn der Sperrstift sich in der ersten Position befindet, eine Feder, die in Kontakt mit einem zweiten Ende des Sperrstifts steht, ausgestreckt und übt eine elastische Kraft auf den Sperrstift aus, die schwächer ist als ein hydraulischer Druck auf den Sperrstift, der durch das Öl in der Ölkammer ausgeübt wird, und wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt.
Gemäß einer Ausführungsform ist, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, die Feder zurückgezogen und die elastische Kraft auf den Sperrstift ist größer als der hydraulische Druck in der Ölkammer.
Gemäß einer Ausführungsform wird die hydraulische Vorrichtung elektromagnetisch bestromt und dazu konfiguriert, zwischen einer ersten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung nicht bestromt ist, und einer zweiten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung bestromt ist, zu gleiten.
Gemäß einer Ausführungsform befindet sich der VCR-Mechanismus in der ersten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung auf die erste Position eingestellt ist, und befindet sich der VCR-Mechanismus in der zweiten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung auf die zweite Position eingestellt ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR): als Reaktion auf einen Befehl, ein Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors einzustellen, ein Freigegeben eines Sperrstifts, der dazu konfiguriert ist, eine S-Verbindung an einer sich nicht bewegenden Komponente des VCR-Verbrennungsmotors zu sperren, und ein Bewegen der S-Verbindung um eine Steuerwelle zu drehen, die an einen Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, und sobald das Verdichtungsverhältnis auf ein Zielverdichtungsverhältnis eingestellt ist, ein Sperren der S-Verbindung an der sich nicht bewegenden Komponente über den Sperrstift.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Freigeben des Sperrstifts ein Verringern eines hydraulischen Drucks in einer Kammer, die einen Abschnitt des Sperrstifts umgibt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Verringern des hydraulischen Drucks in der Kammer ein Einstellen einer Position eines Ventils das mit der Kammer gekoppelt ist, um die Kammer in Fluidverbindung mit einer Niederdruckhydraulikfluidquelle zu bringen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Sperren der S-Verbindung an der sich nicht bewegenden Komponente ein Erhöhen des hydraulischen Drucks in der Kammer, die den Abschnitt des Sperrstifts umgibt.
Gemäß einer Ausführungsform umfasst das Erhöhen des hydraulischen Drucks ein Einstellen der Position des Ventils, das mit der Kammer gekoppelt ist, um die Kammer in Fluidverbindung mit einer Hochdruckhydraulikfluidquelle zu bringen.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Bewegen der S-Verbindung ein Betätigen eines Elektromotors, der an die S-Verbindung gekoppelt ist, um die S-Verbindung in eine Translationsrichtung zu bewegen und bei dem Umwandeln der Translationsbewegung der S-Verbindung handelt es sich um ein Umwandeln in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Drehen der Steuerwelle ein Einstellen von Winkeln von Flanschlagern einer Kurbelwelle über die Rotation der Steuerwelle, wobei die Kurbelwelle über Pleulstangen an Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, sodass die Steuerwelle eine Höhe der Kolben verändert, wobei die Höhe als ein Abstand zwischen Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf des VCR-Verbrennungsmotors definiert ist.
Gemäß einer Ausführungsform beinhaltet das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses des VCR-Verbrennungsmotors als Reaktion auf den Befehl ein Erfassen einer Änderung einer Motordrehzahl des VCR-- Verbrennungsmotors.
Gemäß der vorliegenden Erfindung beinhaltet ein Verbrennungsmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR) einen VCR-Mechanismus, der eine Steuerwelle, eine S-Verbindung und einen Sperrstift, wobei der VCR-Mechanismus durch eine Kurbelwelle an Verbrennungsmotorkolben gekoppelt ist und an ein Zweipositionsventil gekoppelt ist, einen Elektromotor, der mit der S-Verbindung des VCR-Mechanismus verbunden ist, und eine Steuerung, die einen Speicher, mit drauf gespeicherten Anweisungen beinhaltet, die ausführbar sind, um den Sperrstift aus dem Eingriff mit der S-Verbindung zu lösen und den Elektromotor anzuschalten, um die S-Verbindung zu bewegen und die Steuerwelle zu drehen, um eine Höhe der Verbrennungsmotorkolben als Reaktion auf eine erfasste Änderung der Motordrehzahl zu verändern, wobei die Höhe der Verbrennungsmotorkolben einem Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors entspricht, und das Zweipositionsventil einzustellen, um den Sperrstift mit der S-Verbindung in Eingriff zu bringen und den Elektromotor beim Erfassen, dass eine Zielhöhe der Verbrennungsmotorkolben erreicht ist, abzuschalten.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zweipositionenventil dazu ausgelegt, den VCR-Mechanismus mit einer Niederdruckölquelle in Fluidkommunikation zu bringen, wenn der Sperrstift aus dem Eingriff mit der S-Verbindung gelöst wird.
Gemäß einer Ausführungsform ist das Zweipositionenventil dazu ausgelegt, den VCR-Mechanismus mit einer Hochdruckölquelle in Fluidkommunikation zu bringen, wenn der Sperrstift mit der S-Verbindung in Eingriff ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

JP 2003322036 [0005]

Claims

Mechanismus mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR), der Folgendes umfasst: eine S-Verbindung mit einer Vielzahl von Öffnungen, und die an eine Steuerwelle gekoppelt und an einen Elektromotor angebracht ist; einen Sperrstift, der dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position und einer zweiten Position zu wechseln, wobei der Sperrstift durch eine Öffnung der Vielzahl von Öffnungen eingeführt ist, wenn er sich in der ersten Position befindet; und eine hydraulische Vorrichtung, die dazu konfiguriert ist, den Sperrstift selektiv in der ersten Position zu halten.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 1, wobei der Elektromotor eine Translationsbewegung der S-Verbindung betätigt und die Translationsbewegung in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle umgewandelt wird.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die Vielzahl von Öffnungen der S-Verbindung Durchgangsöffnungen sind, die sich durch eine Dicke der S-Verbindung erstrecken und entlang einer Länge der S-Verbindung angeordnet sind, wobei die Länge senkrecht zu der Dicke und parallel zu einer Richtung der Translationsbewegung der S-Verbindung verläuft.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 3, wobei, wenn der Sperrstift in die erste Position bewegt wird, ein erstes Ende des Sperrstifts durch die Öffnung und in eine sich nicht bewegenden Komponente einer Struktur eingeführt ist, in der der VCR-Mechanismus untergebracht ist, und, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, der Sperrstift nicht mit der Öffnung in Eingriff ist und der Sperrstift innerhalb einer Ölkammer der hydraulischen Vorrichtung positioniert ist.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 4, wobei, wenn der Sperrstift sich in der ersten Position befindet, eine Feder, die in Kontakt mit einem zweiten Ende des Sperrstifts steht, ausgestreckt ist und eine elastische Kraft auf den Sperrstift ausübt, die schwächer ist als ein hydraulischer Druck auf den Sperrstift, der durch das Öl in der Ölkammer ausgeübt wird, und wobei das zweite Ende dem ersten Ende gegenüberliegt.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 5, wobei, wenn der Sperrstift sich in der zweiten Position befindet, die Feder zurückgezogen ist und die elastische Kraft auf den Sperrstift größer ist als ein hydraulischer Druck in der Ölkammer.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 1, wobei die hydraulische Vorrichtung elektromagnetisch bestromt wird und dazu konfiguriert ist, zwischen einer ersten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung nicht bestromt ist, und einer zweiten Position, wenn die hydraulische Vorrichtung bestromt ist, zu gleiten.
VCR-Mechanismus nach Anspruch 7, wobei, wenn die hydraulische Vorrichtung auf die erste Position eingestellt ist, der VCR-Mechanismus sich in der ersten Position befindet, und wenn die hydraulische Vorrichtung auf die zweite Position eingestellt ist, der VCR-Mechanismus sich in der zweiten Position befindet.
Verfahren für einen Verbrennungsmotor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis (VCR), das Folgendes umfasst: als Reaktion auf einen Befehl, ein Verdichtungsverhältnis des VCR-Verbrennungsmotors einzustellen, Freigeben eines Sperrstifts, der dazu konfiguriert ist, eine S-Verbindung an einer sich nicht bewegenden Komponente des VCR-Verbrennungsmotors zu sperren, und Bewegen der S-Verbindung, um die Steuerwelle zu drehen, die an einen Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist; und sobald das Verdichtungsverhältnis auf ein Zielverdichtungsverhältnis eingestellt ist, Sperren der S-Verbindung an die sich nicht bewegende Komponente über den Sperrstift.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Freigeben des Sperrstifts ein Verringern eines hydraulischen Drucks in der Kammer, die einen Abschnitt des Sperrstifts umgibt, beinhaltet, und wobei das Verringern des hydraulischen Drucks in der Kammer ein Einstellen eines Ventils, das an die Kammer gekoppelt ist, umfasst, um die Kammer in Fluidverbindung mit einer Niederdruckhydraulikfluidquelle zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 10, wobei das Sperren der S-Verbindung an der sich nicht bewegenden Komponente ein Erhöhen des hydraulischen Drucks in der Kammer beinhaltet, die einen Abschnitt des Sperrstifts umgibt.
Verfahren nach Anspruch 11, wobei das Erhöhen des hydraulischen Drucks ein Einstellen der Position des Ventils umfasst, das mit der Kammer gekoppelt ist, um die Kammer in Fluidkommunikation mit einer Hochdruckhydraulikfluidquelle zu bringen.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Bewegen der S-Verbindung ein Betätigen des Elektromotors beinhaltet, der an die S-Verbindung gekoppelt ist, um die S-Verbindung in eine Translationsrichtung zu bewegen und es sich bei einem Umwandeln der Translationsbewegung der S-Verbindung um ein Umwandeln in eine Rotationsbewegung der Steuerwelle handelt.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Drehen der Steuerwelle ein Einstellen von Winkeln von Flanschlagern einer Kurbelwelle über eine Rotation der Steuerwelle umfasst, wobei die Kurbelwelle über Pleulstangen an Kolben des VCR-Verbrennungsmotors gekoppelt ist, sodass ein Drehen der Steuerwelle eine Höhe der Kolben verändert, wobei die Höhe als ein Abstand zwischen Kolbenoberseiten und einem Zylinderkopf des VCR-Verbrennungsmotors definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 9, wobei das Einstellen des Verdichtungsverhältnisses des VCR-Verbrennungsmotors als Reaktion auf den Befehl ein Erfassen einer Änderung einer Drehzahl des VCR-Verbrennungsmotors beinhaltet.