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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein System zur Bereitstellung von
Hochdruck-Motorschmieröl zu einem
Stellglied mit variablem Verdichtungsverhältnis, das zum Zweck der Änderung
des Verdichtungsverhältnisses
eines hin- und herlaufenden Verbrennungsmotors benutzt wird.
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Viele
Typen von variablen Verdichtungsverhältnis-Regelsystemen wurden
entweder in der Serienproduktion verwendet, oder zumindest von Konstrukteuren
hin- und herlaufender Automobil-Verbrennungsmotoren vorgeschlagen.
Typischerweise werden Motoren mit Verdichtungsverhältnis-Regelung
bei höheren
Lasten mit niedrigerem Verdichtungsverhältnis betrieben, und bei geringeren
und mittleren Lasten mit höheren
Verdichtungsverhältnissen.
In dieser Art und Weise kann der Motor-Kraftstoffverbrauch minimiert
werden. Mit vielen variablen Verdichtungsverhältnis-Systemen („VCR-Systemen") ist es notwendig
ein externes Regelsignal zu dem VCR-Mechanismus bereitzustellen.
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Dies
stellt für
den Motorkonstrukteur insofern ein Dilemma dar, daß Hochdruck-Motorschmieröl mit einer
motorbetriebenen Ölpumpe
bereitgestellt werden kann, dies aber Energieverschwendung ist,
weil der höhere Öldruck unter
den meisten Bedingungen umgeleitet oder der Druck anderweitig abgelassen werden
muß, und
diese verursacht ungewollten Energieverbrauch, ebenso wie Erwärmung des Öls und möglicherweise
Aufschäumen
des Öls,
wenn das Öl durch
ein Hochdruck-Entlastungsventilsystem abgelassen wird. Wird andererseits
eine Hochdruckquelle zum Antrieb eines VCR-Stellglieds benutzt,
wie etwa eine extern montierte Hydraulikpumpe, treten zusätzliche
Probleme auf.
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Spezieller
ist hydraulisches Zubehör
typischerweise konstruiert um Hydrauliköl als Arbeitsflüssigkeit
zu verwenden. Folglich würde
das Motorschmieröl
schnell mit Hydraulikflüssigkeit
kontaminiert werden, wenn eine Leckage von dem VCR-Stellglied in
das Innere des Motors auftritt. Als ein Ergebnis würde die
Notwendigkeit, Hydrauliköl
zu verwenden, die Fähigkeit
oder Anwendbarkeit von VCR-Stellglied-Regelsystemen beschränken.
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Es
ist ein Gegenstand dieser Erfindung, ein verbessertes variables
Verhältnis-Regelsystem
für einen
Verbrennungsmotor und ein verbessertes Verfahren zum Antrieb eines
derartigen variablen Verhältnis-Regelsystems
bereitzustellen.
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Gemäß einer
ersten Ausführungsform
eines ersten Aspekts der Erfindung wird ein variables Verdichtungsverhältnis-Regelsystem
für einen
Verbrennungsmotor bereitgestellt, das eine motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe
aufweist; dadurch gekennzeichnet, daß das System ein Hydraulikspeichersystem
umfaßt,
um Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
und Motoröl
von einer Motorölpumpe
zu empfangen, die Teil eines Motorschmieröl-Kreislaufs bildet; ein variables
Verdichtungsverhältnis-Stellglied;
und einen variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf,
um Hochdruck-Motorschmieröl
von dem Hydraulikspeichersystem zu dem variablen Verdichtungsverhältnis-Stellglied
zu liefern.
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Die
motorgetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe
kann eine Servolenkungspumpe sein. Ein Servolenkgetriebe kann durch
die Servolenkungspumpe angetrieben werden.
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Das
Hydraulikspeichersystem kann eine erste Kammer umfassen, um Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehör-Hydraulikpumpe
zu empfangen; eine zweite Kammer, um Motorschmieröl von einem
Motorschmieröl-Kreislauf
zu empfangen und um mit hohem Druck beaufschlagtes Schmieröl zu dem
variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
zu liefern; und eine zwischen den ersten und zweiten Kammern eingeschobene
dritte Kammer, die ein elastisch kompressibles Medium umfaßt, um den
Druck innerhalb der zweiten Kammer aufrecht zu erhalten, während Schmieröl aus der
zweiten Kammer abgezogen wird.
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Alternativ
kann das hydraulische Speichersystem einen ersten mit Gas aufgeladenen
Speicher umfassen, der eine Flüssigkeitskammer
besitzt, um die Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
zu empfangen; und eine Gaskammer, die mit der Gaskammer eines zweiten
mit Gas aufgeladenen Speichers in Verbindung steht, der eine mit
dem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer
besitzt.
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Alternativ
kann das hydraulische Speichersystem einen Primärspeicher umfassen, der eine erste
Flüssigkeitskammer
besitzt, um die Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe zu
empfangen; und eine mit einer Flüssigkeitskammer
einer gasgeladenen Sekundärspeichers – ebenso
wie mit dem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf – in Verbindung
stehende zweite Flüssigkeitskammer.
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Das
bestrichene Volumen des Primärspeichers
kann im Wesentlichen das gleiche sein wie das bestrichene Volumen
des Sekundärspeichers.
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Alternativ
kann das bestrichene Volumen des Primärspeichers geringer sein als
das bestrichene Volumen des Sekundärspeichers.
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Das
Hydraulikspeichersystem kann alternativ einen durch Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
angetriebenen Hydraulikmotor umfassen; eine an den Hydraulikmotor
gekoppelte und von ihm angetriebene Regelpumpe; wobei die Regelpumpe
in Flüssigkeitsverbindung
mit von jener durch den Motor angetriebenen Schmierölpumpe strömendem Öl und einem
gasgeladenen Speicher steht, der eine Flüssigkeitskammer besitzt, um druckbeaufschlagtes
Schmieröl
von der Regelpumpe zu empfangen, und in Flüssigkeitsverbindung mit dem
variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
steht.
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Die
Flüssigkeitskammer
des Speichers kann in Flüssigkeitsverbindung
mit einem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
und mit einem Servolenkungssystem stehen.
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Das
variable Verdichtungsverhältnis-Stellglied
kann ein Pleuelstange variabler Länge sein.
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In
einer weiteren Ausführungsform
wird das Niederdrucköl
direkt mit Druck beaufschlagt, indem man einer motorbetriebenen
Zubehör-Hydraulikpumpe
erlaubt einen mit einer Regelpumpe verbundenen Hydraulikmotor zu
drehen. Die Regelpumpe beaufschlagt dann weiter das Schmieröl mit Druck,
um das variable Verdichtungsverhältnis-Regelsystem
anzutreiben.
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Die
motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe
kann eine Servolenkungspumpe sein. Ein Servolenkgetriebe kann durch
die Servolenkungspumpe angetrieben werden.
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Das
Servolenkgetriebe und die Regelpumpe können Hydraulikflüssigkeit
in Reihe zueinander oder abwechselnd empfangen; das Servolenkgetriebe und
die Regelpumpe können
Hydraulikflüssigkeit
parallel zueinander empfangen.
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Der
Hydraulikmotor kann ein Getriebemotor sein oder kann ein hin- und
herlaufender Kolbenmotor sein.
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Die
Regelpumpe kann eine Getriebepumpe sein oder kann eine Kolbenpumpe
sein.
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Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren bereitgestellt,
um ein variables Verdichtungsverhältnis-Regelsystem für einen
Verbrennungsmotor anzutreiben; dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren
die Schritte umfaßt
eine Quelle für
Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
von einer motorbetriebenen Hydraulikpumpe bereitzustellen; und eine
Quelle für
Niederdruck-Schmieröl
von einer Ölpumpe
zu einer Druck aufbauenden Vorrichtung bereitzustellen, die das
Hochdrucköl
von der Hydraulikpumpe verwendet um den Druck des Schmieröls in der
Druck aufbauenden Vorrichtung zu steigern und das Schmieröl höheren Drucks
zu einem variablen Verdichtungsverhältnis-Stellglied zu liefern.
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Das
Verfahren kann es weiterhin umfassen eine durch die Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
angetriebene Regelpumpe bereitzustellen, und einen Hydraulikspeicher
mit durch die Regelpumpe druckbeaufschlagtem Motorschmieröl derart
aufzuladen, daß die
Regelpumpe und der Hydraulikspeicher zusammen wirken, um eine Druck
aufbauende Vorrichtung zu bilden, die benutzt wird um das Hochdruck-Motorschmieröl zu dem
variablen Verdichtungsverhältnis-Stellglied zu liefern.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen Hochruck-Hydrauliköl von der
motorbetriebenen Hydraulikpumpe zu einem Servolenkgetriebe zu liefern.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen Hochdruck-Hydrauliköl von der
motorbetriebenen Hydraulikpumpe zu einem Servobremssystem zu liefern.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen Hochdruck-Hydrauliköl von der
motorbetriebenen Hydraulikpumpe zu einem Motor-Kühlungsventilator zu liefern.
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Das
Verfahren kann weiterhin den Schritt umfassen Hochdruck-Hydrauliköl von der
motorbetriebenen Hydraulikpumpe zu einem in Reihe befindlichen Hydraulikkreislauf
zu liefern, der einen Motor-Kühlventilator
stromaufwärts
eines Servolenkungsgetriebes einschließt.
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Ein
variables Verdichtungsverhältnis-Regelsystem
wird durch U.S. 6,397,796 gelehrt, dessen fünfte Ausführungsform eine Pumpe offenbart,
welche Öl
aus dem Motorsumpf abzieht um einen Speicher aufzuladen. Die Pumpe – sei sie
mechanisch oder elektrisch angetrieben – kann durch den Druck des
Speichers geregelt werden. Dies vertraut auf speziell entworfene
Pumpen, um den Speicher aufzuladen, die zu Kosten und Komplexität beitragen.
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Ein
System und ein Verfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung löst
Probleme, die mit bekannten Systemen in Zusammenhang stehen, etwa dem
in US-A-2,420,117 gezeigten, in welchem eine einzige Arbeitsflüssigkeit
sowohl für
die druckbeaufschlagte Arbeitsflüssigkeit
wie auch für
die zu einem VCR-Stellglied gelieferte Flüssigkeit benutzt wird. Das
vorliegende System erlaubt es, daß Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
als eine Triebkraft benutzt wird, um eine Versorgung mit Hochdruck-Motorschmieröl zu einem
VCR-Stellglied bereitzustellen.
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Das
vorliegende, erfindungsgemäße System erlaubt
daher maximale Energieeinsparungen, weil die Motorölpumpe nur
Niederdrucköl
in dem Bereich zu liefern braucht, der solchen Pumpen gewöhnlich zugeschrieben
ist (z.B. ein Druck unterhalb 100 PSI).
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Weiterhin
braucht die motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe – wenn überhaupt – nur eine
geringfügige
Steigerung der Kapazität
zu haben, die benötigt
wird um das VCR-Regelsystem anzutreiben, weil die von dem VCR-Regelsystem
auferlegten Anforderungen bei niedrigen Fahrzeuggeschwindigkeiten – etwa jenen,
denen man beim Manövrieren
auf einem Parkplatz begegnet, wenn die Anforderungen an die Hydraulikflüssigkeit-Zubehörversorgung
am größten sind – allgemein
minimal – wenn überhaupt existent – sind.
Dies ist wahr, egal ob das Hydraulikzubehör ein Servolenkgetriebe oder
ein Motorkühlungsventilator
ist, weil dieses und anderes hydraulisch angetriebenes Zubehör der motorbetriebenen Zubehör-Hydraulikpumpe
im Leerlauf und nahe dem Leerlauf die größten Forderungen auferlegt.
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Die
Erfindung wird nun, anhand eines Beispiels, unter Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben werden, in denen:
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1 eine
schematische Darstellung eines Automobil-Verbrennungsmotors ist,
der ein variables Verdichtungsverhältnis-Regelsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung besitzt.
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2 eine
schematische Darstellung eines ersten Typs eines hydraulischen Speichersystems ist,
das mit einem System und Verfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
eingesetzt wird.
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3 ein
gasgekoppeltes VCR-Regelsystem gemäß der vorliegenden Erfindung
veranschaulicht.
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4 ein
flüssigkeitsgekoppeltes
VCR-Regelsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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5 ein
hydraulisch angetriebenes Pumpen-VCR-Regelsystem veranschaulicht,
das gemäß der vorliegenden
Erfindung konstruiert ist.
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6 ein
paralleles, hydraulisch angetriebenes Ölpumpen-VCR-Regelsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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7 ein
in Reihe angeordnetes, hydraulisch angetriebenes Pumpen-VCR-Regelsystem
gemäß der vorliegenden
Erfindung veranschaulicht.
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Wie
in 1 gezeigt, treibt Verbrennungsmotor 10 die
Zubehör-Hydraulikpumpe 12 12 an. Pumpe 12 liefert
Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
zu Lenkgetriebe 22 und zu Hydraulikspeichersystem 16. Von
Motorölpumpe 20 geliefertes
Motorschmieröl wird
außerdem
zum hydraulischen Speichersystem 16 übertragen. Das Motorschmieröl wird innerhalb des
Hydraulikspeichers 16 mit hohem Druck beaufschlagt und
wird durch einen VCR-Versorgungsventil 30 einschließenden VCR-Versorgungskreislauf
und damit in Zusammenhang stehende Verrohrung zu VCR-Stellglied 14 abgelassen.
Die Fachleute werden mit Blick auf diese Offenlegung erkennen, daß Ventil 30 normalerweise
durch ein Antriebsstrang- Regelmodul
geregelt würde,
oder aber ein freistehendes VCR-Regelmodul. In jedem Fall ist es
der Zweck eines Systems und Verfahrens gemäß der vorliegenden Erfindung,
Motorschmieröl
bei richtigem Druck zu VCR-Stellglied 14 zu liefern, und
dies kann erreicht werden indem man den Durchfluß durch Ventil 30 unter
Verwendung von Pulsweitenmodulierung oder anderer Arten von den
Fachleuten bekannten und durch diese Offenlegung vorgeschlagene
Regelschemata und Ventilen regelt. Diese Erfindung betrifft die
Lieferung des Hochdruck-Schmieröls für das VCR-Regelsystem.
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2 veranschaulicht
einen zweiten Typ von hydraulischem Speichersystem gemäß der vorliegenden
Erfindung. Wie zuvor liefert die motorbetriebene Hydraulikpumpe 12 Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
zu einer ersten Kammer 24. Eine zweite Kammer 26 enthält Motorschmieröl, welches
mittels Ölpumpe 20 zu
Kammer 26 geschickt wird. Kammer 26 verlassendes
Hochdrucköl
wird durch VCR-Versorgungsventil 30 zu VCR-Stellglied 14 abgelassen. Die
dritte Kammer 28, welche zwischen die erste Kammer 24 und
die zweite Kammer 26 eingeschoben ist, schließt ein elastisch
kompressibles Medium ein. Dies kann entweder ein verdichtetes Gas
umfassen, in welchem Fall die Schotten der dritten Kammer 28 einzelne
Kolben umfassen werden; alternativ könnte die dritte Kammer 28 ein
kompressibles Elastomer umfassen, welches in Reaktion auf jenen durch
das Schmieröl
und die Hydraulik auf den Körper
des Elastomers ausgeübten
Druck Volumenänderungen
durchmacht.
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3 veranschaulicht
einen anderen Typ von variablem Verdichtungsverhältnis-Regelsystem, in welchem Gaskopplung
benutzt wird. Wie zuvor wird durch die motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe 12 Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
geliefert. Die von Pumpe 12 ausgestoßene Hydraulikflüssigkeit
passiert durch Rückschlagventil 13,
welches einen Rückfluß von Hydraulikflüssigkeit
in Pumpe 12 hinein verhindert, wenn die Druckabgabe von
Pumpe 12 niedriger ist als der Druck innerhalb der Flüssigkeitsleitung
stromabwärts
von Pumpe 12. Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit von Pumpe 12 wird
zu Flüssigkeitskammer 34 geleitet,
welche Teil eines ersten Speichers 32 ist, welcher ein
gasgeladener Speicher ist. Während
Hydraulikflüssigkeit
unter hohem Druck in Kammer 34 eintritt, wird Kolben 40 des ersten
Speichers 32 dazu gebracht sich in die Richtung zu bewegen,
um innerhalb von Gaskammer 36 des ersten Speichers 32 enthaltenes
Gas zu verdichten. Das bei hohem Druck komprimierte Gas innerhalb
von Kammer 36 wird wiederum zu Gaskammer 42 des
zweiten Speichers 38 übermittelt.
Das Hochdruck-Gas innerhalb von Kammer 42 bringt Kolben 38 dazu
Kompressionskraft auf das innerhalb der Flüssigkeitskammer 44 des
zweiten gasgeladenen Speichers 38 enthaltene Motoröl auszuüben. Das Motorschmieröl innerhalb
von Flüssigkeitskammer 44 stammt
von der motorbetriebenen Ölpumpe 20 und
fließt
zuerst durch Rückschlagventil 21,
welches den Rückfluß von Öl aus Kammer 44 durch Ölpumpe 20 verhindert,
wenn die Abgabe von Ölpumpe 20 geringer
ist als der Kammerdruck in Kammer 44. Motoröl wird über VCR-Versorgungskreislauf 18,
einschließlich
VCR-Versorgungsventil 30, zu VCR-Stellglied 14 abgelassen.
Um das System erneut aufzuladen ist es notwendig Hydraulikflüssigkeit
aus Flüssigkeitskammer 34 des
ersten Speichers 32 abzusaugen. Dies wird erzielt indem
man Aufladeventil 43 einstellt, um zuzulassen daß Hydraulikflüssigkeit
zu Speicher 80 übertragen
wird, um damit durch Leitung 81 für die motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe 12 verfügbar zu
werden.
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4 veranschaulicht
ein flüssigkeitsgekoppeltes
VCR-Regelsystem, in welchem die motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe 12 Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
zur ersten Flüssigkeitskammer 48 von
Primärspeicher 46 liefert.
Die Hydraulikflüssigkeit
innerhalb von Kammer 48 zwingt Kolben 49, Kompressionskraft
auf das innerhalb von Flüssigkeitskammer 52 von
Primärspeicher 46 enthaltene
Motoröl
auszuüben.
Dieses druckbeaufschlagte Öl
bewegt sich auch durch Leitung 47 und in die Flüssigkeitskammer 56 von
Sekundärspeicher 54.
Das Motorschmieröl
innerhalb von Flüssigkeitskammer 56 zwingt
Kolben 53, Kompressionskraft auf ein innerhalb von Kammer 58 von
Sekundärspeicher 54 enthaltenes
Gas – etwa
Stickstoff – auszuüben. Das
Motorschmieröl
stammt wie zuvor von der motorbetriebenen Ölpumpe 20 und strömt durch
Rückschlagventil 51 in
die Flüssigkeitskammer 56 von Speicher 54.
Motoröl
wird aus Kammer 56 und aus Kammer 52 abgelassen.
Wie zuvor erlaubt ein Aufladeventil 60, daß Hydraulikflüssigkeit
aus der ersten Flüssigkeitskammer 48 entfernt
und zu Reservoir 80 übertragen
wird, um das vorliegende System mit Motorschmieröl neu aufzuladen.
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5 veranschaulicht
ein System gemäß der vorliegenden
Erfindung, in welchem Zubehör-Hydraulikpumpe 12 Hydraulikflüssigkeit
aus Behälter 80 aufnimmt
und durch Leitung 81 Flüssigkeit
zu Pumpe 12 leitet, wobei die Hydraulikflüssigkeit
durch Drei-Wege-Aufladeventil 64 abgelassen
wird. Aufladeventil 64 von 5 erlaubt
es nicht nur Öl
von der ersten Flüssigkeitskammer 48 von
Kolbenpumpe 70 zu Behälter 80 zurückzukehren,
sondern erlaubt es auch, daß Öl in die
erste Flüssigkeitskammer 48 von Kolbenpumpe 70 eingelassen
wird. In dieser Art und Weise wird es Kolben 72 von Kolbenpumpe 70 erlaubt
hin- und herzulaufen,
um Motorschmieröl
innerhalb der zweiten Flüssigkeitskammer 52 von
Kolbenpumpe 70 in pulsierender Art und Weise der Druckbeaufschlagung
auszusetzen. Während
des Aufladeprozesses passiert Öl
bei einem geringeren Druck von der motorbetriebenen Ölpumpe 30 durch
Rückschlagventile 51 und 62 und
dann in die Flüssigkeitskammer 56 von
Sekundärspeicher 54,
während
Kolben 72 Hydraulikflüssigkeit
aus Kammer 48 herauszwängt.
Wie zuvor übt
Kolben 53 Kompressionskraft auf ein innerhalb von Gaskammer 58 von
Sekundärspeicher 54 enthaltenes
Gas – wie
etwa Stickstoff – aus.
Motorschmieröl
wird dann durch VCR-Versorgungskreislauf 18, einschließlich VCR-Versorgungsventil 30,
abgelassen, und das Hochdruck-Motorschmieröl wird zu VCR-Stellglied 14 geliefert.
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6 veranschaulicht
eine andere Ausführungsform,
in welcher aus Pumpe 12 stammende Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
Hydraulikmotor 68 antreibt, welcher eng an Regelpumpe 74 gekoppelt ist.
Man bemerke, daß die
motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe 12 außerdem Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
zu Lenkgetriebe 22 und auch zu Kühlungsventilatormotor 114 liefert.
Die Fachleute werden mit Blick auf diese Offenlegung jedoch erkennen,
daß ein
Verfahren und System gemäß der Ausführungsform
von 6 ohne die Notwendigkeit eingesetzt werden könnte, Hydraulikflüssigkeit
zu Lenkgetriebe 22 und Kühlungsventilator 114 zu
liefern.
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Mit 6 fortfahrend
passiert Hochdruck-Motorschmieröl
von Regelpumpe 74 durch Rückschlagventil 84 und
dann in Flüssigkeitskammer 78 von
Speicher 76 hinein. Das Hochdruck-Schmieröl innerhalb,
von Flüssigkeitskammer 78 bringt
Kolben 86 dazu Kompressionskraft auf das innerhalb von
Gaskammer 82 von Speicher 76 enthaltene Gas auszuüben. Wie
zuvor wird abgelassenes Motorschmieröl durch VCR-Versorgungskreislauf 18,
einschließlich
VCR-Versorgungsventil 30, zu VCR-Stellglied 14 geliefert.
Das System von 6 ist in der Unterbringung sehr
effizient. In anderen Worten wird das System, verglichen mit anderen
VCR-Regelsystemen, relativ gesehen ein kleineres Volumen unter der
Motorhaube des Fahrzeugs einnehmen. Ein Teil dieses Vorteils entsteht,
weil das System nur einen einzigen Speicher benötigt. Das System von 6 ist
ein paralleles System, in welchem Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
im Wesentlichen bei dem gleichen Druck nicht nur zu Hydraulikmotor 68 bereitgestellt wird,
sondern auch zu Lenkgetriebe 22, ebenso wie zu dem Kühlungsventilator 114.
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7 veranschaulicht
ein Reihen-Pumpsystem gemäß der vorliegenden
Erfindung, in welchem Niederdruck-Motorschmieröl von Motorölpumpe 20 durch Regelpumpe 94 hindurch
und in ein ähnliches
Speichersystem hinein passiert das Speicher 96 einschließt, der
Kolben 104 aufweist, welcher Gas innerhalb von Gaskammer 106 verdichtet;
um eine Triebkraft für
das Ablassen von Motorschmieröl
aus Flüssigkeitskammer 98 von
Speicher 104 bereitzustellen, wobei das Motoröl zu VCR-Versorgungskreislauf 18 und
durch VCR-Versorgungsventil 32 hindurch zu VCR-Stellglied 14 abgelassen
wird. Anders als in der Ausführungsform
von 6, passiert die Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
von Pumpe 12 zuerst durch Hydraulikmotor 92, wobei
der Durchfluß mittels
Regelventil 108 geregelt wird. Ist sie durch Hydraulikmotor 92 passiert,
so passiert die Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit – welche einen teilweisen Energieverlust
erfahren hat – durch
Lenkgetriebe 22. Ebenso wie es effizient in der Unterbringung
ist, zieht diese Art von System aus der oben erwähnten Tatsache Vorteil, daß die der
motorbetriebenen Zubehör-Hydraulikpumpe 12 abverlangte
Spitzenforderung durch den Abgleich des vorliegenden VCR-Regelsystems
selten, wenn überhaupt,
mit den Spitzenforderungen anderer hydraulisch angetriebener Vorrichtungen
in einem Kraftfahrzeug zusammenfallen wird. Wie oben weiterhin bemerkt
ist, geht diese Schlußfolgerung
auf die Tatsache zurück,
daß die höchste Servolenkungsanforderung
während
des Parkens oder anderen Manövern
bei niedriger Geschwindigkeit erfahren wird, wenn das Motor-Verdichtungsverhältnis bei
einem festen Punkt betrieben würde.
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Ein
Vorteil der Ausführungsform
von 7 gegenüber
der ähnlichen
Ausführungsform
von 6 wohnt der Tatsache inne, daß Lenkgetriebe 22 und
Hydraulikmotor 92 bei unterschiedlichen Drücken arbeiten
können.
Zubehörpumpe 12 wird
Hydrauliköl
unter ausreichendem Druck liefern müssen, um Servolenkgetriebe 22 und
Pumpenmotor 92 zu betreiben.
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Mit
jeder der in 5–7 veranschaulichten
Ausführungsformen
besteht ein Kompromiß zwischen
Hydrauliksystem-Durchflußrate
und Druckerfordernissen. Folglich könnte der Motoröldruck von
dem Hydraulikflüssigkeitsdruck
verschieden sein, wenn Kolben 53 und 72 von 5 verschiedene
Durchmesser haben. Die Erfinder haben bestimmt, daß Kolben 72 mit
einem typischen System gemäß der vorliegenden
Erfindung eine Fläche
von 3 bis 4 mal der Fläche
von Kolben 53 haben könnte.
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Ist
das Verhältnis
4, und beträgt
der von VCR-Stellglied 14 benötigte Durchfluß nur ¼ der Abgabe
von Pumpe 12 bei einem Druck von 5520 kPa (800 psi), so
wir die Pumpe 12 nur 1380 kPA (200 psi) entwickeln müssen. Dies
ist vorteilhaft, weil – wenn Pumpe 12 8965
kPa (1300 psi) erzeugen kann, von VCR-Stellglied 14 aber
nur ungefähr
1380 kPa (1200 psi) benötigt
werden – dann
7585 kPA (1100 psi), wie von Ventil 112 geregelt, zu Servolenkgetriebe 22 verfügbar sein
werden. Dies ist wesentlich, weil die Erfahrung gezeigt hat daß die meisten
Servolenkgetriebe für
richtigen Betrieb selten mehr als 7585 kPa (1100 psi) benötigen.
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7 bietet
den zusätzlichen
Vorteil einer Hydraulik-Reihenschaltung einschließlich Kühlungsventilator 114,
welcher sich stromaufwärts
von Lenkgetriebe 22 befindet. Kühlungsventilator 114 wird eine
Umgehung einschließen,
um es Ventilator 114 zu erlauben abgeschaltet zu werden,
wenn der Motor kalt ist.
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In
Schlußfolgerung
und Zusammenfassung des obigen schließt ein variables Verdichtungsverhältnis-Regelsystem
für einen
Verbrennungsmotor eine motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe und ein Hydraulikspeichersystem
ein, um Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
und Niederdruck-Motoröl
von einer Motorölpumpe
zu empfangen. Ein variables Verdichtungsverhältnis-Stellglied empfängt Hochdruck-Motorschmieröl von einem
variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf,
welcher wiederum Hochdruck-Schmieröl von dem Hydraulikspeichersystem empfängt. Die
vorliegende Erfindung, die motorbetriebene Zubehör-Hydraulikpumpe, kann entweder eine
Servolenkungspumpe, oder eine Motorkühlungs-Ventilatorpumpe, oder
einen anderen Typ einer von dem Motor angetriebenen und Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
zu verschiedenem Motorzubehör liefernde
Pumpe umfassen. Derartige Pumpen können entweder durch einen Riemen,
oder eine Kette, oder andere Antriebe angetrieben werden, wie es herkömmlich ist.
Die Pumpe kann eine Kolbenpumpe, eine Getriebepumpe, eine Rotorpumpe,
oder andere Typen von Pumpen umfassen, die den Fachleuten bekannt
sind und durch diese Offenlegung vorgeschlagen werden.
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Ein
hydraulisches Speichersystem zur Verwendung in einem variablen Verdichtungsverhältnis-Regelsystem kann
eine erste Kammer einschließen,
um Hydraulikflüssigkeit
von einer motorbetriebenen Zubehör-Hydraulikpumpe
zu empfangen; und eine zweite Kammer, um Motorschmieröl von einem Motorschmieröl-Kreislauf
zu empfangen und um mit hohem Druck beaufschlagtes Schmieröl zu einem variablen
Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
bereitzustellen. Abschließend
ist eine dritte Kammer zwischen die ersten und zweiten Kammern eingeschoben
und umfaßt
ein elastisch kompressibles Medium, um den Druck innerhalb der zweiten
Kammer beizubehalten, während Öl aus der
zweiten Kammer abgezogen wird.
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Das
variable Verdichtungsverhältnis-Regelsystem
kann ein VCR-Stellglied einschließlich einer Pleuelstange variabler
Länge einschließen; etwa
die in der U.S.-Patentanmeldung 09/682,682 offenbarte und „Variable
Compression Ratio Connecting Rod" betitelte,
eingereicht am 5. Oktober 2001, welche dem Abtretungsempfänger der
vorliegenden Erfindung zugewiesen ist, und welche hiermit durch
Bezugnahme innerhalb dieser Spezifikation eingeschlossen ist.
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Alternativ
kann das VCR-Stellglied andere Typen von Vorrichtungen umfassen,
die den Fachleuten bekannt sind und durch diese Offenlegung vorgeschlagen
werden. Was hier wichtig ist, ist daß das VCR-Stellglied eine von
dem vorliegenden System gelieferte Quelle von Hochdruck-Motorschmieröl benötigt.
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Ein
alternatives Hydraulikspeichersystem kann einen ersten gasgeladenen
Speicher einschließen,
der eine Flüssigkeitskammer
besitzt um Hydraulikflüssigkeit
von einer motorbetriebenen Zubehörpumpe
zu empfangen; und eine mit der Gaskammer eines zweiten gasgeladenen
Speichers in Verbindung stehende Gaskammer; wobei der zweite Speicher
eine mit dem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
in Verbindung stehende Flüssigkeitskammer
besitzt. In dieser Art und Weise liefert die Flüssigkeitskammer des zweiten
Speichers Hochdruck-Motorschmieröl
zu dem VCR-Versorgungskreislauf.
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Als
noch eine andere Alternative kann das hydraulische Speichersystem
einen Primärspeicher einschließen, der
eine Flüssigkeitskammer
besitzt um Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
zu empfangen; und eine mit einer Flüssigkeitskammer eines zweiten
gasgeladenen Speichers ebenso wie mit einem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
in Verbindung stehende zweite Flüssigkeitskammer.
In diesem Fall wird die zweite Flüssigkeitskammer des Primärspeichers
und die Flüssigkeitskammer
des sekundären gasgeladenen
Speichers mit Hochdruck-Motorschmieröl aufgeladen werden. Mit diesem
letzteren System kann das bestrichene Volumen der primären und
sekundären
Speicher äquivalent
sein; alternativ kann das bestrichene Volumen des Primärspeichers geringer
sein als das bestrichene Volumen des Sekundärspeichers.
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Gemäß noch einer
anderen Alternative kann das Hydraulikspeichersystem einen durch
Hydraulikflüssigkeit
von einer motorbetriebenen Zubehörpumpe
angetriebenen Hydraulikmotor umfassen, und eine an den Hydraulikmotor
gekoppelte und von ihm angetriebene Regelpumpe, wobei die Regelpumpe
in Flüssigkeitsverbindung
mit einer durch den Motor angetriebenen Schmierölpumpe steht und von ihr strömende Flüssigkeit
empfängt.
Gemäß dieser
Ausführungsform
schließt
ein System weiterhin einen gasgeladenen Speicher ein, der eine Flüssigkeitskammer
besitzt um druckbeaufschlagtes Schmieröl von der Regelpumpe zu empfangen,
wobei die Flüssigkeitskammer
des Speichers in Flüssigkeitsverbindung
mit einem variablen Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
steht. Als noch eine andere Alternative kann das Hydraulikspeichersystem
einen durch Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
angetriebenen Hydraulikmotor einschließen, und eine an den Hydraulikmotor gekoppelte
und von ihr angetriebene Regelpumpe; wobei die Regelpumpe in Flüssigkeitsverbindung
mit von einer durch den Motor angetriebenen Ölpumpe strömendem Schmieröl steht.
Das System schließt
weiterhin einen gasgeladenen Speicher ein, der eine Flüssigkeitskammer
besitzt um druckbeaufschlagtes Schmieröl von der Regelpumpe zu empfangen,
wobei die Flüssigkeitskammer
des Speichers in Flüssigkeitsverbindung
mit dem VCR-Versorgungskreislauf und mit dem Servolenksystem steht.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung schließt ein VCR-Regelsystem für einen
Verbrennungsmotor eine motorbetriebene Schmierölpumpe und eine motorbetriebene
Zubehör-Hydraulikpumpe
ein. Ein durch Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Zubehörpumpe
angetriebener Hydraulikmotor ist an eine Regelpumpe gekoppelt und
treibt sie an. Die Regelpumpe steht in Flüssigkeitsverbindung mit von
der Schmierölpumpe strömendem Öl. Ein gasgeladener
Speicher besitzt eine Flüssigkeitskammer,
um druckbeaufschlagtes Schmieröl
von der Regelpumpe zu empfangen, wobei ein variabler Verdichtungsverhältnis-Versorgungskreislauf
in Flüssigkeitsverbindung
mit der Flüssigkeitskammer
des Speichers und dem VCR-Versorgungskreislauf steht, was ein Hochdruck-Schmieröl-Regelsignal
zu dem variablen Verdichtungsverhältnis-Stellglied liefert.
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Der
wie hierin beschriebene Hydraulikmotor kann entweder einen Getriebemotor,
oder einen Kolbenmotor, oder einen anderen Typ von Motor umfassen,
welcher von Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit übertragene
Energie in eine Drehbewegung umwandelt.
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Gemäß einem
anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung kann ein Verfahren zum
Antrieb eines variablen Verdichtungsverhältnis-Regelsystems die Schritte
einschließen,
eine Quelle von Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit von einer motorbetriebenen
Hydraulikpumpe bereitzustellen, und eine durch die Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
angetriebene Regelpumpe bereitzustellen.
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Weiterhin
sind die Schritte eingeschlossen einen Hydraulikspeicher mit von
der Regelpumpe mit Druck beaufschlagtem Motorschmieröl aufzuladen, und
Hochdruck-Motorschmieröl
zu dem variablen Verdichtungsverhältnis-Stellglied zu speisen.
Das vorliegende Verfahren kann weiterhin einen Schritt einschließen, Hochdruck-Hydraulikflüssigkeit
von der motorbetriebenen Hydraulikpumpe zu einem Servolenkgetriebe,
einem Servobremssystem oder zu einem Motorkühlungsventilator zu liefern,
oder zu einer anderen Art von hydraulisch angetriebener Vorrichtung.
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Man
wird erkennen, daß es
die Funktion der in den verschiedenen Ausführungsformen benutzten Speicher
und Hydraulikmotoren und Regelpumpenkombinationen ist, den Druck
des Schmieröls
zu erhöhen,
bevor es zu dem VCR-Stellglied geliefert wird. Die verschiedenen
Kombinationen von Speichern und Hydraulikmotoren und Regelmotoren
wirken daher alle als Druck verstärkende Vorrichtungen.
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Es
ist ein Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein System und Verfahren
gemäß dieser
Erfindung ein variables Verdichtungsverhältnis-Regelsignal in einer
Form von Motorschmieröl
bereitstellen wird, ohne unnötigen,
aus vermeidbaren Pumpverlusten entstehenden Energieverbrauch zu
verursachen.
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Es
ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß ein System
und Verfahren gemäß dieser
Erfindung – hinsichtlich
eines minimalen Volumens für
die unter der Motorhaube des Motorfahrzeugs angeordneten Teile des
Systems – minimalen Unterbringungsraum
benötigt.
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Es
ist ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß dieses
System und Verfahren den Gebrauch von durch Motoröl – anders
als von Hydrauliköl – angetriebenen
VCR-Stellgliedern zuläßt. In diesem
Verfahren wird Kontaminierung des Motorschmieröls durch Hydraulikflüssigkeit
vermieden.
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Es
ist noch ein anderer Vorteil der vorliegenden Erfindung, daß dieses
System und Verfahren benutzt werden kann um ein Hochdruck-Schmieröl-Regelsignal
zu einem VCR-Mechanismus zu liefern der tief innerhalb eines Motors
liegt; derart, daß das Schmieröl sich ohne
die Möglichkeit
von Ölkontaminierung
mit dem anderen Schmieröl
in dem Motor vereinigen wird.