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HINTERGRUND
DER ERFINDUNG
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Bereich der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Brennkraftmaschine mit
variablem Verdichtungsverhältnis,
wobei ein Ende einer Pleuelstange mit einem Kolben über einen
Kolbenzapfen verbunden ist und das andere Ende der Pleuelstange
frei beweglich mit einem Ende einer Vorstange verbunden ist, die
gleitenden Kontakt mit der Hälfte
des Umfang eines Kurbelzapfens einer Kurbelwelle aufweist. Eine
Kurbelkappe, die gleitenden Kontakt mit der anderen Hälfte des
Umfangs des Kurbelzapfens aufweist, ist an der Vorstange befestigt,
und ein Ende einer Steuerstange ist frei beweglich mit dem anderen Ende
der Vorstange verbunden.
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Beschreibung
des Stands der Technik
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Herkömmlich ist
eine solche Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis bereits bekannt
von beispielsweise der japanischen Patentoffenlegungsschrift Nr.
2000-73804, in welcher die Position von einem Ende einer Steuerstange,
die am anderen Ende mit einer Vorstange verbunden ist, verändert wird,
um das Verdichtungsverhältnis
entsprechend der Betriebsbedingungen der Brennkraftmaschine zu verändern.
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In
dieser herkömmlichen
Anordnung wird die Position der Steuerstange mit einer elektrischen
oder hydraulischen Vorrichtung verändert. Infolgedessen erhöhen sich
die Maße
der Brennkraftmaschine und die strukturelle Anordnung wird ziemlich
schwierig. Außerdem
wird die Brennkraftmaschine für
den Antrieb jeder möglichen
Antriebsvorrichtung benötigt, um
die elektrische oder hydraulische Vorrichtung zu betreiben, was
einen Leistungsabfall der Brennkraftmaschine verursacht.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine Brennkraftmaschine
mit variablem Verdichtungsverhältnis
bereitzustellen, die es ermöglicht, dass
die Position einer Steuerstange mit minimalem Leistungsabfall der
Brennkraftmaschine verändert wird,
während
eine Zunahme der Maße
der Brennkraftmaschine vermieden wird und verhindert wird, dass
die strukturelle Anordnung kompliziert wird.
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In Übereinstimmung
mit einem ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Brennkraftmaschine
mit variablem Verdichtungsverhältnis
vorgeschlagen, worin ein Ende einer Pleuelstange über einen
Kolbenzapfen mit einem Kolben verbunden ist und das andere Ende
der Pleuelstange frei beweglich mit einem Ende einer Vorstange verbunden
ist, die in gleitendem Kontakt mit der Hälfte des Umfangs eines Kurbelzapfens
einer Kurbelwelle ist. Eine Kurbelkappe, die sich in gleitenden
Kontakt mit der anderen Hälfte
des Umfangs des Kurbelzapfens befindet, ist an der Vorstange befestigt,
und ein Ende einer Steuerstange ist frei beweglich mit dem anderen
Ende der Vorstange verbunden. Das andere Ende der Steuerstange ist
frei beweglich mit einer Stützwelle
verbunden, welche in einer relativ zu einer rotierenden Welle exzentrischen
Position vorgesehen ist, welche in einem Hauptkörper einer Brennkraftmaschine
mittels einer Freilaufkuppiung drehbar und axial gelagert ist. Ein
im Hauptkörper
der Brennkraftmaschine gelagerter Aktuator ist ein Aktuator vom
Diaphragma-Typ, in welchem der umlaufende Rand eines Diaphragmas durch
ein Gehäuse
von zwei Seiten eingeklemmt ist. Gegenüberliegende Seiten des Diaphragmas
sind einer Unterdruckkammer zugewandt, welche jeweils mit einem
Ansaugdurchlass innerhalb eines am Hauptkörper der Brennkraftmaschine
montierten Vergasers und mit einer zur Umgebungsluft geöffneten atmosphärischen
Druckkammer in Verbindung steht. Ein beschränkender Vorsprung ist an einer
Position auf der rotierenden Welle in Umfangsrichtung so vorgesehen,
dass er in Radialrichtung nach außen herausragt. Ein Wellenelement
ist im Hauptkörper
der Brennkraftmaschine so vorgesehen, dass die Achse des Wellenelements
senkrecht zur rotierenden Welle ist. Ein Kipphebelelement, das am
Wellenelement angebracht ist, ist in der Lage, um die Achse des
Wellenelements zu kippen und weist ein Paar von Eingreifbereichen
auf, die gegeneinander versetzte Phasen aufweisen. Die Eingreifbereiche
können
mit dem beschränkenden
Vorsprung in Eingriff sein und sind durch eine Feder in einer Richtung
derart vorgespannt, dass einer der zwei Eingreifbereiche mit dem beschränkenden
Vorsprung in Eingriff ist. Der Aktuator ist mit dem Kipphebelelement
derart verbunden, dass er das Kipphebelelement als Reaktion auf
eine Zunahme des Unterdrucks in der Unterdruckkammer in einer Richtung
entgegengesetzt zur Richtung der Federvorspannung kippen lässt.
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In Übereinstimmung
mit solch einer Anordnung des ersten Aspekts wirken eine Last in
einer Richtung, in der die Steuerstange zusammengedrückt wird,
und eine Last in einer Richtung, in welcher die Steuerstange gezogen
wird, abwechselnd entsprechend dem Laufzyklus der Brennkraftmaschine
auf die auf der rotierenden Welle vorgesehenen Stützwelle
ein. Folglich werden abwechselnd eine Last, um die rotierende Welle
in eine Richtung zu drehen, und eine Last, um sie in die andere
Richtung, auf die rotierende Welle aufgebracht. Jedoch lässt die
Freilaufkupplung, welche zwischen der rotierenden Welle und dem
Hauptkörper
der Brennkraftmaschine angeordnet ist, lediglich zu, dass die rotierende
Welle in einer Richtung rotiert. Weiter ist der beschränkende Vorsprung,
der auf der rotierenden Welle vorgesehen ist, mit einem der auf
dem Kipphebelelement vorgesehenen Eingreifbereiche in Eingriff, sodass
die Achse des Wellenelements senkrecht zur rotierenden Welle ist.
Das Kipphebelelement ist durch eine Feder in einer Richtung vorgespannt,
in der einer der Eingreifbereiche mit dem beschränkenden Vorsprung in Eingriff
ist. Das Kipphebelelement wird durch den Aktuator in eine Richtung
gekippt, in welcher der andere Eingreifbereich mit dem beschränkenden
Vorsprung in Eingriff ist. Folglich kann die Position des anderen
Endes der Steuerstange wechseln zwischen einer Position, die einem
hohen Verdichtungsverhältnis
entspricht und einer Position, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entspricht.
Da außerdem
der Aktuator vom Diaphragma-Typ durch den Unterdruck des Ansaugeinlass
innerhalb des Vergasers betrieben wird, kann die Position der Steuerstange
mit minimalem Leistungsabfall der Brennkraftmaschine verändert werden,
während gleichzeitig
vermieden wird, dass die Maße
der Brennkraftmaschine anwachsen, und gleichzeitig verhindert wird,
dass die strukturelle Anordnung kompliziert wird.
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In Übereinstimmung
mit einem zweiten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird ferner
eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis vorgeschlagen,
wobei jeder Eingreifbereich des Kipphebelelements eine Mehrzahl
von Stufen umfasst, die in Umfangsrichtung der rotierenden Welle
angeordnet sind, sodass jede der Stufen der Reihe nach mit dem beschränkenden
Vorsprung in Eingriff ist, während
die rotierende Welle sich dreht. In Übereinstimmung mit solch einer
Anordnung wird das Verdichtungsverhältnis durch Eingreifen des
beschränkenden
Vorsprunges mit den jeweiligen Stufen mit feinerer oder genauerer
Staffelung verändert.
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In Übereinstimmung
mit einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung, wird eine Brennkraftmaschine
mit variablem Verdichtungsverhältnis
vorgeschlagen, wobei ein Ende einer Verbindungsstange über einen
Kolbenzapfen mit einem Kolben verbunden ist und das andere Ende
der Verbindungsstange frei beweglich mit einem Ende einer Vorstange
verbunden ist, die in gleitendem Kontakt mit dem halben Umfang eines
Kurbelzapfens einer Kurbelwelle ist. Eine Kurbelkappe, welche in
gleitendem Kontakt mit der restlichen Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens ist,
ist an der Vorstange befestigt, und ein Ende einer Steuerstange
ist frei beweglich mit dem anderen Ende der Vorstange verbunden.
Das andere Ende der Steuerstange ist frei beweglich verbunden mit
einer Stützwelle,
welche in einer relativ zu einer rotierenden Welle exzentrischen
Position vorgesehen ist, die drehbar und axial in einem Hauptkörper der Brennkraftmaschine
mittels einer Freilaufkupplung gelagert ist. Ein Aktuator, der im
Hauptkörper
der Brennkraftmaschine gelagert ist, ist ein Aktuator vom Diaphragma-Typ,
in dem der umlaufende Rand eines Diaphragmas von zwei Seiten durch
ein Gehäuse eingeklemmt
ist. Gegenüberliegende
Seiten des Diaphragmas sind einer Unterdruckkammer zugewandt, welche
jeweils mit einem Ansaugdurchlass innerhalb eines am Hauptkörper der
Brennkraftmaschine montierten Vergasers und mit einer zur Umgebungsluft geöffneten
atmosphärischen
Druckkammer in Verbindung steht. Eingreifbereiche, welche zueinander verschobene
Phasen aufweisen, sind auf der rotierenden Welle an einer Mehrzahl
von Positionen in axialer Richtung vorgesehen. Ein Wellenelement
ist im Hauptkörper
der Brennkraftmaschine derart vorgesehen, dass die Achse des Wellenelements senkrecht
zur rotierenden Welle ist. Ein beschränkendes Element, das einen
beschränkenden
Vorsprung aufweist, der selektiv mit der Mehrzahl an Eingreifbereichen
in Eingriff ist, ist am Wellenelement angebracht, so dass der beschränkende Vorsprung
in einer Ebene senkrecht zur Achse des Wellenelements betrieben
wird. Der Aktuator ist mit dem beschränkenden Element verbunden,
um das beschränkende
Element in der zur Achse des Wellenelements senkrechten Ebene anzutreiben.
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In Übereinstimmung
mit solch einer Anordnung des dritten Aspekts, wirken abwechselnd
eine Last in einer Richtung, in welcher die Steuerstange zusammengedrückt wird,
und eine Last in einer Richtung, in welcher die Steuerstange gezogen
wird, entsprechend dem Laufzyklus der Brennkraftmaschine auf die
Stützwelle,
die an der rotierenden Welle vorgesehen ist. Folglich werden abwechselnd
eine Last, welche die rotierende Welle in eine Richtung dreht und
eine Last, welche die rotierende Welle in die andere Richtung dreht,
auf die rotierende Welle ausgeübt.
Jedoch erlaubt die Freilaufkupplung, die zwischen der rotierenden
Welle und dem Hauptkörper der
Brennkraftmaschine angeordnet ist, der rotierende Welle nur sich
in eine Richtung zu drehen. Ferner haben die Eingreifbereiche Phasen,
die zueinander verschoben sind und auf der rotierenden Welle an
einer Mehrzahl von Positionen in axialer Richtung vorgesehen sind.
Die Eingreifbereiche sind selektiv mit dem beschränkenden
Vorsprung des beschränkenden
Elements in Eingriff, das in einer Ebene senkrecht zur Achse des
Wellenelements wirkt, das auf dem Hauptkörper der Brennkraftmaschine
derart gelagert ist, dass die Achse des Wellenelements senkrecht
zur rotierenden Welle ist. Das beschränkende Element kann durch den
Aktuator betrieben werden. Folglich kann die Position des anderen
Endes der Steuerstange entlang einer Mehrzahl von Positionen geändert werden,
die einer Mehrzahl von Verdichtungsverhältnissen entsprechen. Da der
Aktuator vom Diaphragma-Typ durch den Unterdruck des Ansaugeinlasses
innerhalb des Vergasers betrieben wird, kann außerdem die Position der Steuerstange mit
minimalem Leistungsabfall der Brennkraftmaschine verändert werden,
wobei gleichzeitig eine Zunahme der Maße der Brennkraftmaschine vermieden wird
und verhindert wird, dass die strukturelle Anordnung kompliziert
wird.
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In Übereinstimmung
mit einem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird außerdem eine Maschine
mit variablem Verdichtungsverhältnis
vorgeschlagen, in der das Wellenelement im Hauptkörper der
Brennkraftmaschine derart gelagert ist, dass es in der Lage ist,
um die Achse des Wellenelements zu schwingen, und wobei eine Zahnstange
auf dem beschränkenden
Element vorgesehen ist, die sich in einer Richtung entlang der Achse
der rotierenden Welle bewegt. Die Zahnstange greift in einen Zahntrieb
ein, der auf dem Wellenelement örtlich
fest vorgesehen ist. In Übereinstimmung
mit solch einer Anordnung, arbeitet das beschränkende Element stufenlos oder
kontinuierlich in der Richtung entlang der Achse der rotierenden
Welle und veranlasst den beschränkenden
Vorsprung, selektiv mit mehr Eingreifbereichen in Eingriff zu sein,
um so das Verdichtungsverhältnis
mit feinerer oder genauerer Staffelung zu verändern.
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Das
oben erwähnte
Ziel, weitere Ziele, Eigenschaften und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden offensichtlich durch eine Erläuterung bevorzugter Ausführungen,
welche im Detail unten unter Bezugnahme auf die beigefügten Zeichnungen
beschrieben werden.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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1 ist
eine Vorderansicht einer Brennkraftmaschine;
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2 ist
eine Längsquerschnittansicht
der Brennkraftmaschine entlang der Linie 2-2 in 3;
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3 ist
eine Querschnittansicht der Brennkraftmaschine entlang der Linie
3-3 in 2;
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4 ist
eine Querschnittansicht der Brennkraftmaschine entlang der Linie
4-4 in 3;
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5 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht
der Brennkraftmaschine entlang der Linie 5-5 in 1,
während
sich die Brennkraftmaschine in einem leichten Lastzustand befindet;
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6 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 5, jedoch
während
sich die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand befindet;
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7 ist
eine schematische Darstellung, die das Layout eines Verbindungsmechanismus
zeigt;
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8 ist
ein Diagramm, welches die Beziehungen zwischen der Phase einer Stützwelle,
dem Versatz und dem Verdichtungsverhältnis veranschaulicht;
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9(A) und 9(B) sind
schematische Darstellungen, welche der Reihe nach die Betriebszustände des
Verbindungsmechanismus illustrieren;
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10 ist
ein Diagramm, welches das Verhältnis
zwischen dem durchschnittlichen effektiven Druck und dem spezifischen
Kraftstoffverbrauch veranschaulicht;
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11 ist
eine Frontansicht eines Arretierungselements entsprechend einer
zweiten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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12 ist
eine Ansicht des Arretierungselements in Richtung von Pfeil 12 in 11;
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13 ist
eine Frontansicht eines wesentlichen Teils einer Maschine entsprechend
einer dritten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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14 ist
eine Querschnittsansicht einer Brennkraftmaschine entlang der Linie
14-14 in 13,
während
sich die Brennkraftmaschine in einem leichten Lastzustand befindet;
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15 ist
eine Querschnittansicht der Brennkraftmaschine entlang der Linie
15-15 in 14;
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16 ist
eine Querschnittansicht der Brennkraftmaschine entlang der Linie
16-16 in 15;
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17 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 15, jedoch
während
sich die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand befindet;
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18 ist
eine Querschnittsansicht entlang Linie 18-18 in 17;
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19 ist
eine Vorderansicht eines wesentlichen Teils einer Brennkraftmaschine
entsprechend einer vierten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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20 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 20-20
in 19;
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21 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 21-21
in 20 in einem leichten Lastzustand;
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22 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 22-22
in 20 in einem leichten Lastzustand;
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23 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 21, jedoch
während
sich die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand befindet;
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24 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 22, jedoch
während
sich die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand befindet;
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25 ist
eine Vorderansicht entsprechend einer fünften Ausführung der vorliegenden Erfindung;
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26 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 26-26
in 25;
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27 ist
eine vergrößerte Ansicht
eines wesentlichen Teils der Brennkraftmaschine in 26;
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28 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 28-28
in 27;
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29 ist
eine teilweise ausgeschnittene Draufsicht der Brennkraftmaschine
entlang Linie 29-29 in 25, wobei sich die Brennkraftmaschine in
einem leichten Lastzustand befindet;
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30 ist
eine Ansicht entsprechend 29, jedoch
befindet sich die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand;
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31 ist
eine vergrößerte Querschnittsansicht,
welche die direkte Umgebung eines Endes einer rotierenden Welle
zeigt;
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32 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 32-32
in 31;
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33 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 27, jedoch
entsprechend einer sechsten Ausführung
der vorliegenden Erfindung;
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34 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 34-34
in 33;
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35 ist
eine Querschnittsansicht entsprechend 27, jedoch
entsprechend einer siebten Ausführung
der vorliegenden Erfindung; und
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36 ist
eine Querschnittsansicht der Brennkraftmaschine entlang Linie 36-36
in 35.
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AUSFÜHRLICHE
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGEN
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Die
erste Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird erläutert unter Bezugnahme auf 1 bis 10.
Zuerst ist die unter Bezugnahme auf 1 bis 3 erläuterte Brennkraftmaschine
eine luftgekühlte
Ein-Zylinder-Brennkraftmaschine, die beispielsweise in Arbeitsgeräten verwendet
wird. Ein Hauptkörper
der Brennkraftmaschine 21 ist aus einem Kurbelgehäuse 22,
einem Zylinderblock 23 und einem Zylinderkopf 24,
der mit dem Kopf des Zylinderblocks 23 verbunden ist, gebildet.
Der Zylinderblock 23 ist leicht aufwärts geneigt und ragt aus einer seitlichen
Fläche
des Kurbelgehäuses 22 hervor. Eine
große
Zahl von luftgekühlten
Lamellen 23a, 24a sind auf den äußeren Seitenflächen des
Zylinderblocks 23 und des Zylinderkopfes 24 vorgesehen. Das
Kurbelgehäuse 22 ist
auf einem Brennkraftmaschinenfundament verschiedener Arten von Arbeitsgeräten angebracht
mittels einer Montagefläche 22a auf
einer unteren Fläche
des Kurbelgehäuses 22.
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Der
Kurbelgehäuse 22 ist
aus einem Gehäusehauptkörper 25 und
einer Seitenabdeckung 26 gebildet, die mit einem offenen
Ende des Gehäusehauptkörpers 25 verbunden
ist. Der Gehäusehauptkörper 25 ist
ein Formguss, um mit dem Zylinderblock 23 fest verbunden
sein. Gegenüberliegende
Enden einer Kurbelwelle 27 sind mittels Kugellager 28, 29 und Öldichtungen 30, 31 drehbar
in dem Gehäusehauptkörper 25 und
der Seiteabdeckung 26 gelagert. Ein Ende der Kurbelwelle 27 ragt
aus der Seitenverkleidung 26 heraus und dient als Ausgangswelle 27a,
und das andere Ende der Kurbelwelle 27 ragt aus dem Gehäusehauptkörper 25 hervor
und dient als zusätzlicher
Gerätebefestigungswellenabschnitt 27b.
Ein Schwungrad 32 ist am zusätzlichen Gerätebefestigungswellenabschnitt 27b befestigt.
Ein Kühlungsventilator 35 ist
durch eine Schraube 36 mit der Außenfläche des Schwungrads 32 starr
verbunden und versorgt für
jeden Teil des Hauptkörpers
der Brennkraftmaschine 21 und des Vergasers 34 mit
kühlender
Luft. Ein Anlasser 37 vom Rückstoß-Typ ist außerhalb
des Kühlungsventilators 36 angebracht.
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Im
Zylinderblock 23 ist eine Zylinderbohrung 39 gebildet,
in der ein Kolben 38 ist verschiebbar eingepasst ist. Zwischen
dem Zylinderblock 23 und dem Zylinderkopf 24 ist
eine Brennkammer 40 gebildet, die der Oberseite des Kolbens 38 zugewandt
ist.
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Im
Zylinderkopf 24 sind ein Einlasskanal 41 und ein
Auslasskanal 42 gebildet, die mit der Brennkammer 40 in
Verbindung stehen. Ein Einlassventil 43 und ein Auslassventil 44 sind
im Zylinderkopf 24 angeordnet. Das Einlassventil 43 öffnet und
schließt eine
Verbindung zwischen dem Einlasskanal 41 und der Brennkammer 40.
Das Auslassventil 44 öffnet und
schließt
eine Verbindung zwischen dem Auslasskanal 42 und der Brennkammer 40.
In den Zylinderkopf 24 ist eine Zündkerze 45 geschraubt,
deren Elektroden der Brennkammer 40 zugewandt sind.
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Der
Vergaser 34 ist mit einem oberen Teil des Zylinderkopfes 24 verbunden.
Der Vergaser 34 hat einen Ansaugeinlass 46 mit
einem abwärts
gerichteten Ende, das mit dem Einlasskanal 41 in Verbindung
steht. Ein Ansaugrohr 47, das mit dem aufwärts gerichteten
Ende des Ansaugeinlasses 46 in Verbindung steht, ist mit
dem Vergaser 34 verbunden. Das Ansaugrohr 47 ist
mit einem Luftfilter verbunden (nicht dargestellt). Ein Auspuffrohr 48,
das mit dem Auslasskanal 42 in Verbindung steht, ist mit einem
oberen Teil des Zylinderkopfs 24 verbunden. Das Auspuffrohr 48 ist
mit einen Auspufftopf 49 verbunden. Ein Kraftstofftank 51,
der durch eine Halterung 50 gelagert ist, die aus dem Kurbelgehäuse 22 herausragt,
ist über
dem Kurbelgehäuse 22 angebracht.
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Ein
Antriebszahnrad 52 ist integral auf der Kurbelwelle 27 in
einer Gegend in der Nähe
der Seitenverkleidung 26 des Kurbelgehäuses 22 gebildet. Ein
angetriebenes Zahnrad 53, das mit dem Antriebszahnrad 52 ineinander
greift, ist fest verbunden mit einer Nockenwelle 54, die
im Kurbelgehäuse 22 drehbar
gelagert ist, wobei die Achse der Nockenwelle 54 parallel
zur Kurbelwelle 27 ist. Rotationsenergie von der Kurbelwelle 27 wird
auf die Nockenwelle 54 mit einem Verkleinerungsverhältnis von
1/2 übertragen
mittels des Antriebszahnrads 52 und des angetriebenen Zahnrads 53,
die miteinander verzahnt sind.
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Auf
der Nockenwelle 54 vorgesehen sind ein Einlassnocken 55 und
ein Auslassnocken 56, die dem Einlassventil 43 beziehungsweise
dem Auslassventil 44 entsprechen. Der Einlassnocken 55 ist
in gleitendem Kontakt mit einem Stößel 57, der in dem Zylinderblock 23 betriebsbereit
gelagert ist. Im Zylinderblock 23 und Zylinderkopf 24 ist
eine Betriebskammer 58 geformt. Ein oberer Teil des Stößels 57 ragt
in einen unteren Teil der Betriebskammer 58. Ein Gestänge 59 ist
innerhalb der Betriebskammer 58 angeordnet, wobei ein unteres
Ende des Gestänges 59 am
Stößel 57 anliegt.
Im Zylinderkopf 24 ist ein Kipphebelarm 60 frei
beweglich gelagert, dessen eines Ende gegen das obere Ende des Einlassventils 43 anliegt,
das durch eine Feder in einer Ventil schließenden Richtung vorgespannt
ist. Das obere Ende des Gestänges 59 liegt
gegen das andere Ende des Kipphebelarms 60 an. Infolgedessen
bewegt sich das Gestänge 59 in
axialer Richtung als Reaktion auf eine Drehung des Einlassnockens 55,
so dass ein Kippen des Kipphebelarms 60, der die Bewegung
begleitet, das Einlassventil 43 veranlasst, sich zu öffnen und
zu schließen.
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Der
gleiche Mechanismus wie der zwischen dem Einlassnocken 55 und
Einlassventil 43 ist zwischen dem Auslassnocken 56 und
dem Auslassventil 44 vorgesehen, sodass sich das Auslassventil 44 als Reaktion
auf eine Drehung des Auslassnockens 56 öffnet und schließt.
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Unter
Bezugnahme auch auf 4 sind der Kolben 38,
die Kurbelwelle 27 und eine Stützwelle 61 mittels
eines Verbindungsmechanismus 62 verbunden. Die Stützwelle 61 ist
im Kurbelgehäuse 22 des Hauptkörpers der
Brennkraftmaschine 21 gelagert, um in einer Ebene versetzt
zu werden, welche die Zylinderachse C enthält und die senkrecht zur Achse der
Kurbelwelle 27 ist.
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Die
Verbindungseinheit 62 ist aus einer Pleuelstange 64,
einem ersten Arm 66, einem zweiten Arm 67 und
einer Steuerstange 69 gebildet. Ein Ende der Pleuelstange 64 ist
mit dem Kolben 38 mittels eines Kolbenzapfens 63 verbunden.
Ein Ende des ersten Arms 66 ist frei beweglich verbunden
mit dem anderen Ende der Pleuelstange 64. Das andere Ende vom
ersten Arm 66 ist mit einem Kurbelzapfen 65 der Kurbelwelle 27 verbunden.
Ein Ende vom zweiten Arm 67 ist integral mit dem anderen
Ende des ersten Arms 66 verbunden. Ein Ende der Steuerstange 69 ist
frei beweglich mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67 verbunden
und das andere Ende der Steuerstange 69 ist frei beweglich
mit der Stützwelle 61 verbunden.
Der erste und zweite Arm 66, 67 sind integral
als eine Vorstange 68 geformt.
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Ein
mittlerer Abschnitt der Vorstange 68 hat ein halbkreisförmiges erstes
Lager 70, das in gleitendem Kontakt mit der Hälfte des
Umfangs des Kurbelzapfens 65 ist. An den gegenüberliegenden
Enden der Vorstange 68 sind ein Paar gegabelte Teile 71, 72 integral
vorgesehen, welche das andere Ende der Pleuelstange 64 beziehungsweise
das eine Ende der Steuerstange 69 von zwei Seiten einklemmen. Die
andere Hälfte
des Umfangs des Kurbelzapfens 65 ist in gleitendem Kontakt
mit einem halbkreisförmigen
zweiten Lager 74 einer Kurbelkappe 73. Die Kurbelkappe 73 ist
an der Vorstange 68 befestigt.
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Das
andere Ende der Pleuelstange 64 ist frei beweglich mittels
eines Pleuelstangenanschlusses 75 mit einem Ende der Vorstange 68 verbunden,
das heißt,
mit dem einen Ende des ersten Arms 66. Gegenüberliegende
Enden des Pleuelstangenanschlusses 75, welche in das andere
Ende der Pleuelstange 64 mit Presspassung eingepasst sind,
sind frei beweglich in das gegabelte Teil 71 auf der Seite,
die dem einen Ende der Vorstange 68 entspricht, eingepasst.
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Das
eine Ende der Steuerstange 69 ist frei beweglich mittels
eines zylinderförmigen
Vorstangenanschlusses 76 verbunden mit dem anderen Ende
der Vorstange 68, das heißt, mit dem anderen Ende des
zweiten Arms 67. Der Vorstangenanschluss 76 läuft in einer ähnlichen
Weise frei beweglich durch das eine Ende der Steuerstange 69,
das in das gegabelte Teil 72 auf der Seite eingesetzt ist,
die dem anderen Ende der Vorstange 68 entspricht. Gegenüberliegende
Enden des Vorstangenanschlusses 76 haben eine Spielpassung
mit dem gegabelten Teil 72 auf der Seite, die dem anderen
Ende der Vorstange 68 entspricht. An dem gegabelten Teil 72 sind
auf der Seite, die dem anderen Ende der Vorstange 68 entspricht,
ein Paar von Klemmen 77 angebracht, die gegen gegenüberliegende
Enden des Vorstangeanschlusses 76 anliegen, damit verhindert
wird, dass der Vorstangenanschluss 76 aus dem gegabelten Teil 72 heraus
fällt.
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Außerdem ist
die Kurbelkappe 73 an den gegabelten Teilen 71, 72 durch
zwei Paare von Schraubbolzen 78 befestigt, welche auf gegenüberliegenden
Seiten der Kurbelwelle 72 angebracht sind. Der Pleuelstangeanschluss 75 und
der Vorstangenanschluss 76 sind auf von diesen Schraubbolzen 78 verlängerten
Linien angeordnet.
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Unter
Bezugnahme auch auf 5 ist die zylinderförmige Stützwelle 61 in
einer exzentrischen Position vorgesehen zwischen einem Paar koaxial angeordneter
rotierender Wellen 81, 82, deren Achsen zur Kurbelwelle 27 parallel
sind. Die rotierende Welle 81 ist mittels einer Freilaufkupplung 85 auf
einem Stützbereich 83 gelagert,
der integral in einem oberen Teil des Gehäusehauptkörpers 25 des Kurbelgehäuses 22 vorgesehen
ist. Die rotierende Welle 82 ist mittels einer Freilaufkupplung 86 auf
einem Stützelement 84 gelagert,
das auf dem Gehäusehauptkörper 25 angebracht
ist.
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Eine
Last in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 zusammengedrückt wird,
und eine Last in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 gezogen
wird, wirken entsprechend dem Laufzyklus der Brennkraftmaschine
abwechselnd auf die Steuerstange 69, die am anderen Ende
mit der Stützwelle 61 verbunden
ist. Da die Stützwelle 61 zwischen
den rotierenden Wellen 81, 82 in der exzentrischen
Position vorgesehen ist, erhalten die rotierenden Wellen 81, 82 von
der Steuerstange 69 abwechselnd die Rotationskraft in einer
Richtung und die Rotationskraft in der anderen Richtung. Das heißt, da die
Freilaufkupplungen 85, 86 zwischen den rotierenden
Wellen 81, 82 und dem Stützbereich 83 und dem
Stützelement 84 angeordnet
sind, können
die rotierenden Wellen 81, 82 lediglich in einer
Richtung drehen, die durch den Pfeil 80 angezeigt ist.
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Ein
Arretierungselement 87 ist an einem Ende der rotierenden
Welle 81 befestigt, die drehbar durch die Seitenverkleidung 26 des
Kurbelgehäuses 22 läuft und
nach außen
ragt. Das Arretierungselement 87 ist in Form einer Scheiben
gebildet, die an einer Position in einer Umlaufrichtung einen beschränkenden
Vorsprung 88 aufweist, der radial nach außen ragt.
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Auf
der äußeren Fläche der
Seitenverkleidung 26 sind eine Auflageplatte 90 und
ein Paar Halterungen 91 befestigt, die von der Auflageplatte 90 nach
außen
ragen. Die Auflageplatte 90 hat eine Öffnung 89, in die
ein Teil des Arretierungselements 87 eingesetzt ist. Gegenüberliegende
Enden eines Wellenelements 92, das in einer Position an
der Außenseite
des Arretierungselements 87 angeordnet ist, sind durch
die zwei Halterungen 91 fest gelagert, wobei die Achse
des Wellenelements 92 senkrecht zur Achse der rotierenden
Welle 81 ist.
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Auf
dem Wellenelement 92 ist ein Kipphebelelement 93 kippbar
gelagert, das ein Paar Eingreifbereiche 93a, 93b umfasst,
welche so gelegen sind, dass ihre Phasen um beispielsweise 167 Grad
zueinander versetzt sind. Die Eingreifbereiche 93a, 93b sind
in der Lage, mit dem beschränkenden
Vorsprung 88 des Arretierungselements 87 in Eingriff
zu sein. Projektion 88 des. Um die Position des Kipphebelelements 93 entlang
der Achse des Wellenelements 92 festzulegen, sind zylinderförmige Distanzscheiben 94, 95,
welche das Wellenelement 92 umgeben, zwischen zwei Halterungen 91 und
dem Kipphebelelement 93 angeordnet. Zwischen dem Kipphebelelement 93 und
der Auflageplatte 90 ist eine Rückholfeder 107 vorgesehen,
die das Kipphebelelement 93 vorspannt, damit es in eine
Richtung schwingt, in welcher der Eingreifbereich 93a,
von den beiden Eingreifbereichen 93a, 93b, mit
dem beschränkenden Vorsprung
in Eingriff ist.
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Ein
Aktuator vom Diaphragma-Typ 97 ist mit dem Kipphebelelement 93 verbunden.
Der Aktuator 97 umfasst ein Gehäuse 98, ein Diaphragma 99,
eine Feder 100, und eine Betätigungsstange 101,
die mit einem zentralen Teil des Diaphragmas 99 verbunden ist.
Das Gehäuse 98 ist
an einer Halterung 96 angebracht, die an der Auflageplatte 90 vorgesehen
ist. Das Diaphragma 99 ist durch das Gehäuse 98 gelagert,
um das Inneren des Gehäuses 98 aufzuteilen
in eine Unterdruckkammer 102 und in eine atmosphärische Druckkammer 103.
Die Feder 100 ist zwischen dem Gehäuse 98 und dem Diaphragma 99 in
einem zusammengedrückten
Zustand vorgesehen, um eine Federkraft in einer Richtung auszuüben, in
der sich das Volumen der Unterdruckkammer 102 erhöht.
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Das
Gehäuse 98 ist
aus einer wannenförmigen
ersten Gehäusehälfte 104 und
einer wannenförmigen
zweiten Hälfte 105 gebildet,
die fest abdichtend miteinander verbunden sind, wobei die erste Hälfte 104 an
der Halterung 96 angebracht ist. Der umlaufende Rand des
Diaphragmas 99 ist zwischen den offenen Enden der beiden
Gehäusehälften 104, 105 von
zwei Seiten eingeklemmt. Die Unterdruckkammer 102 enthält die Feder 100 und
ist zwischen dem Diaphragma 99 und der zweiten Gehäusehälfte 105 gebildet.
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Die
atmosphärische
Druckkammer 103 ist zwischen dem Diaphragma 99 und
der ersten Gehäusehälfte 104 gebildet.
Ein Ende der Betätigungsstange 101 durchdringt
ein Durchgangsloch 106, das in einem zentralen Teil der
zweiten Gehäusehälfte 104 vorgesehen
ist, und ragt in die Druckkammer 103, und ist mit dem zentralen
Teil des Diaphragmas 99 verbunden, sodass die atmosphärische Druckkammer 103 mit
der Außenseite
mittels eines Spalts zwischen dem innere Umfang des Durchgangslochs 106 und
dem äußeren Umfang
der Betätigungsstange 101 in
Verbindung steht.
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Ein
Rohr 108, das mit der Unterdruckkammer 102 in
Verbindung steht, ist mit der zweiten Gehäusehälfte 105 des Gehäuses 98 verbunden.
Ein Ausgleichsbehälter 109 ist
durch die Halterung 96 in einer Position neben dem Aktuator 97 gelagert.
Das Rohr 108 ist mit dem Ausgleichsbehälter 109 verbunden.
Ein Rohr 110, das mit dem Ausgleichsbehälter 109 in Verbindung
steht, ist mit dem abwärts
gerichteten Ende des Ansaugeinlasses 46 des Vergasers 34 verbunden.
Das heißt,
der Ansaugunterdruck des Ansaugeinlasses 46 wird in die
Unterdruckkammer 102 des Aktuators 97 eingeführt, sodass
der Ausgleichsbehälter 109 so
funktioniert, dass das Pulsieren des Ansaugunterdrucks vermindern
wird.
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Das
andere Ende der Betätigungsstange 101 des
Aktuators 97 ist mittels einer Pleuelstange 111 verbunden
mit dem Kipphebelelement 93. Wenn die Brennkraftmaschine
in einem leichten Lastzustand läuft
und der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 hoch ist, wie
in 5 gezeigt, verbiegt sich das Diaphragma 99 so,
dass das Volumen der Unterdruckkammer 102 gegen die Federkräfte der
Rückholfeder 107 und
der Feder 100 verringert wird, sodass die Betätigungsstange 101 zusammengezogen wird.
In diesem Zustand schwingt das Kipphebelelement 93 in eine
Position, in welcher der Eingreifbereich 93b, von den beiden
Eingreifbereichen 93a, 93b, mit dem beschränkenden
Vorsprung 88 des Arretierungselements 87 in Eingriff
ist.
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Wenn
die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 niedrig ist, wie
in 6 gezeigt, wird das Diaphragma 99 durch
die Federkräfte der
Rückholfeder 107 und
der Feder 100 verbogen, sodass das Volumen der Unterdruckkammer 102 erhöht wird
und die Betätigungsstange 101 verlängert wird.
Das Kipphebelelement 93 schwingt dadurch in eine Position,
in welcher der Eingreifbereich 93a von den beiden Eingreifbereichen 93a, 93b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 des Arretierungselements 87 in Eingriff
ist.
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Das
Schwingen des Kipphebelelements 93 in dieser Weise kann,
während
die Brennkraftmaschine läuft,
die Rotation der rotierenden Wellen 81, 82, auf
welche die Rotationskraft wirkt, in einer Richtung beschränken an
Positionen, in denen einer der Eingreifbereiche 93a, 93b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 des sich mit der rotierenden Welle 81 drehenden
Arretierungselements 87 in Eingriff ist. Da die rotierenden
Wellen 81, 82 in den zwei Positionen, in denen
die Phasen zueinander um beispielsweise 167 Grad versetzt sind,
aufhören,
sich zu drehen, verschiebt sich die Stützwelle 61, die relativ
zu den Achsen der rotierenden Wellen 81, 82 exzentrisch
angeordnet ist, das heißt,
das andere Ende der Steuerstange 69, zwischen zwei Außer-Phase-Positionen
in der Ebene senkrecht zur Achse der Kurbelwelle 27, wodurch
sich das Verdichtungsverhältnis
der Brennkraftmaschine verändert.
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Außerdem ist
die Verbindungseinheit 62 so angeordnet, dass nicht nur
das Verdichtungsverhältnis
verändert
wird, sondern auch der Hub des Kolbens 38. Die Maßverhältnisse
der Verbindungseinheit 62 werden nun unter Bezugnahme auf 7 erklärt.
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Eine
xy-Fläche
ist durch eine x-Achse definiert, die durch die Achse der Kurbelwelle 27 entlang der
Zylinderachse C verläuft,
und eine y-Achse, die senkrecht zur x-Achse ist und durch die Achse der Kurbelwelle 27 verläuft. Die
Länge der
Pleuelstange 64 ist mit L4 bezeichnet. Die Länge des
ersten Arms 66 ist mit L2 bezeichnet. Die Länge des
zweiten Arms 67 ist mit L1 bezeichnet. Die Länge der
Steuerstange 69 ist mit L3 bezeichnet. Der Winkel, der
sich durch die Pleuelstange 64 mit dem x-Achse gebildet
wird, ist mit ϕ4 bezeichnet. Der Winkel, der durch den
ersten und zweiten Arm 66, 67 gebildet wird, ist
mit α bezeichnet.
Der Winkel, der durch den zweiten Arm 67 mit dem y-Achse
gebildet wird, ist mit ϕ1 bezeichnet. Der Winkel, der durch
die Steuerstange 69 mit der y-Achse gebildet wird, ist
mit ϕ3 bezeichnet. Der Winkel, der von der Geraden zwischen
der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 mit
der x-Achse gebildet wird, ist mit θ bezeichnet. Die Länge zwischen
der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 ist
mit R bezeichnet. Die xy-Koordinaten der Stützwelle 61 sind mit
Xpiv und Ypiv bezeichnet. Die Rotationswinkelgeschwindigkeit der
Kurbelwelle ist durch ω bezeichnet.
Der Versatz der Zylinderachse C in Richtung der y-Achse von der
Achse der Kurbelwelle 27 ist bezeichnet mit δ. Die Höhe X des
Kolbens 63 ist: X = L4·cosϕ4
+ L2·sin(α + ϕ1)
+ R·cosθ (1)
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In
der Gleichung ist, ϕ4 = arcsin{L2·cos(α + ϕ1)
+ R·sinθ – δ}/L4 ϕ1 = arcsin{(L32 – L12 – C2 – D2)/2·L1·√(C2 + D2)} – arctan(C/D) C = Ypiv – Rsinθ D = Xpiv – Rcosθ
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Hier
wird die Geschwindigkeit des Kolbenzapfens 63 in Richtung
der x-Achse erhalten durch Differenzieren der Gleichung (1) oben
und ist durch Gleichung (2) unten ausgedrückt. dX/dt = –L4·sinϕ4·(dϕ4/dt)
+ L2·cos(α + ϕ1)·(dϕ1/dt) – R·ω·sinθ (2)
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In
der Gleichung ist, dϕ4/dt = ω·{–L2·sin(α + ϕ1)·R·cos(θ – ϕ3)/L1·sin(ϕ1 + ϕ3)
+ R·cosθ}/(L4·cosϕ4) ϕ3 = arcsin{(R·cosθ – Xpiv + L1·sinϕ1)/L3} dϕ1/dt = ω·R·cos(θ – ϕ3)/{L1·sin(ϕ1
+ ϕ3)}
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Die
Gleichung dX/dt = 0 in Gleichung (2) oben hat zwei Lösungen für θ im Bereich
von 0 < θ < 2π. Wenn die
zwei Lösungen
der Wirkungsweise eines Viertaktmotors entsprechend gebildet werden, sodass,
wenn der Kolbenzapfen 63 am oberen Umkehrpunkt ist, der
Kurbelwinkel θpivtdc
ist und wenn der Kolbenzapfen 63 am unteren Umkehrpunkt
ist, der Kurbelwinkel θpivbdc
ist, wird die Position des Kolbenzapfens 63 für jeden
der Kurbelwinkel θpivtdc, θpivbdc erhalten
durch Einsetzen von θpivtdc, θpivbdc in
Gleichung (1) oben. In diesem Fall ist die obere Umkehrposition
des Kolbenzapfens 63 in Richtung der x-Achse mit Xpivtdc
bezeichnet und die untere Umkehrposition des Kolbenzapfens 63 in
Richtung der x-Achse
ist mit Xpivbdc bezeichnet. Der Hub Spiv des Kolbenzapfens 63 wird
erhalten aus Xpivtdc – Xpivbdc.
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Hier
ist der Versatz Vhpiv gegeben durch {Vhpiv = Spiv·(B2/4)·π), wobei
B den inneren Durchmesser der Zylinderbohrung 39 bezeichnet.
Das Verdichtungsverhältnis εpiv ist gegeben
durch {εpiv
= 1 + (Vhpiv/Vapiv)}, wobei Vapiv das Volumen der Brennkammer am
oberen Umkehrpunkt bezeichnet.
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Auf
diese Weise werden der Versatz Vhpiv0 und das Verdichtungsverhältnis εpiv0 bestimmt, wenn
die Stützwelle 61 in
einer ersten Position ist und der Versatz Vhpiv1 und Verdichtungsverhältnis εpiv1 bestimmt,
wenn die Stützwelle 61 sich
von der ersten Position zu einer zweiten Position bewegt. Außerdem werden
die Länge
L1 des zweiten Arms 67, die Länge L2 des ersten Armes 66,
die Länge
L3 der Steuerstange 69, die Länge L4 der Pleuelstange 64, der
Offset δ in
Richtung der y-Achse
der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 und
der Winkel α,
der durch den ersten und zweiten Arm 66, 67 gebildet
wird, so eingestellt, dass die Beziehungen unten erfüllt sind.
Wenn εpiv1 < εpiv0, Vhpiv1 > Vhpiv0.
Wenn εpiv1 > epiv0, Vhpiv1 < Vhpiv0.
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Durch
das Einstellen der Beziehungen auf diese Weise können sich die Werte für den Versatz Vhpiv
und das Verdichtungsverhältnis εpiv als Reaktion
auf eine Änderung
in der Phase der Stützwelle 61,
wie in 8 gezeigt, in entgegen gesetzten Richtungen ändern. Wenn
der Versatz groß ist,
läuft die Brennkraftmaschine
mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis. Wenn der Versatz klein
ist, läuft
die Brennkraftmaschine mit einem hohen Verdichtungsverhältnis.
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Das
heißt,
die Verbindungseinheit 62 arbeitet wie in 9(a) gezeigt,
wenn die Stützwelle 61 in
einer Position ist, die einem leichten Lastzustand der Brennkraftmaschine
entspricht. Außerdem
arbeitet die Verbindungseinheit 62 wie in 9(b) gezeigt, wenn
die Stützwelle 61 in
einer Position ist, die einem schweren Lastzustand der Brennkraftmaschine
entspricht. Der Hub Spiv des Kolbenzapfens 63 im schweren
Lastzustand der Brennkraftmaschine ist größer als der Hub Spiv des Kolbenzapfens 63 im leichten
Lastzustand der Brennkraftmaschine. Außerdem, da das Verdichtungsverhältnis im
leichten Lastzustand der Brennkraftmaschine höher ist als das Verdichtungsverhältnis im
schweren Lastzustand, läuft
die Brennkraftmaschine mit einem kleinen Versatz und einem hohen
Verdichtungsverhältnis,
wenn die Last leicht ist und mit einem großen Versatz und einem niedrigen
Verdichtungsverhältnis, wenn
die Last schwer ist.
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Die
Funktion der ersten Ausführung
ist jetzt erklärt.
Die Verbindungseinheit 62 umfasst die Pleuelstange 64,
die ein Ende aufweist, das mittels des Kolbenzapfens 63 mit
den Kolben 38 verbunden ist, den ersten Arm 66,
dessen eines Ende frei beweglich mit dem anderen Ende der Pleuelstange 64 verbunden
ist und dessen anderes Ende mittels des Kurbelzapfens 65 mit
der Kurbelwelle 27 verbunden ist, den zweite Arm 67,
dessen eines Ende integral mit dem anderen Ende des ersten Arms 66 verbunden ist,
wodurch sie gemeinsam die Vorstange 68 bilden, und die
Steuerstange 69, deren eines Ende frei beweglich mit dem
anderen Ende des zweiten Arms 67 verbunden ist. Die Länge L1 des
zweiten Arms 67, die Länge
L2 des ersten Arms 66, die Länge L3 der Steuerstange 69,
die Länge
L4 der Pleuelstange 64, der Offset δ in Richtung der y-Achse der
Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27, und Winkel α, der durch
den ersten und zweiten Arm 66, 67 gebildet wird,
werden geeignet eingestellt, während
das Verdichtungsverhältnis
sich durch Ändern
der Position der das andere Ende der Steuerstange 69 lagernden
Stützwelle 61 entsprechend
dem Betriebszustand der Brennkraftmaschine verändern kann. Der Hub des Kolbens 63 ist
folglich variabel, und die Brennkraftmaschine läuft mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis, wenn
der Versatz groß ist
und mit einem hohen Verdichtungsverhältnis, wenn der Versatz klein
ist.
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Laufen
mit einem kleinen Versatz und einem hohen Verdichtungsverhältnis, wenn
die Last des Brennkraftmaschine leicht ist, kann eine hohe thermische
Effizienz erzielen und den angezeigten spezifischen Kraftstoffverbrauch
verringern, wie durch die durchgezogene Linie in 10 gezeigt,
im Vergleich zu der herkömmlichen
Anordnung, durch die unterbrochene Linie gezeigt, wodurch sich der
Kraftstoffverbrauch verringert. Laufen mit einem großen Versatz
und einem niedrigen Verdichtungsverhältnis, wenn die Last schwer
ist, hindert die Verbrennungsbean spruchung und den interne Zylinderdruck
daran, sich übermäßig zu erhöhen, was
Probleme vermeidet, die mit Lärm
und Festigkeit zu tun haben.
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Der
erste und zweite Arm 66, 67 bilden zusammen die
Vorstange 68. Die Vorstange 68 hat ein halbkreisförmiges erstes
Lager 70, das in gleitendem Kontakt mit der Hälfte des
Umfangs des Kurbelzapfens 65 ist. Die Pleuelstange 64 ist
frei beweglich mit einem Ende der Vorstange 68 verbunden.
Ein Ende der Steuerstange 69 ist frei beweglich mit dem
anderen Ende der Vorstange 68 verbunden. Die Kurbelkappe 73 weist
das halbkreisförmige
zweite Lager 74 auf, das in gleitendem Kontakt mit der
anderen Hälfte des
Umfangs des Kurbelzapfens 65 ist, und ist an dem Paar gegabelter
Teile 71, 72 befestigt, die integral auf der Vorstange 68 vorgesehen
sind, um das andere Ende der Pleuelstange 64 beziehungsweise das
eine Ende der Steuerungstange 69 von zwei Seiten einzuklemmen.
Infolgedessen wird die Steifigkeit, mit der die Vorstange 68 am
Kurbelanschluss 65 angebracht ist, erhöht.
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Außerdem sind
gegenüberliegende
Enden des Pleuelstangenanschlusses 75, der in das andere Ende
der Pleuelstange 64 per Presspassung eingepasst ist, frei
beweglich in den gegabelten Teil 71 eingepasst. Gegenüberliegende
Enden des Vorstangenanschlusses 76, der verhältnismäßig frei
beweglich durch das eine Ende der Steuerstange 69 läuft, sind
per Spielpassung eingepasst in den anderen gegabelten Teil 72.
Folglich, nachdem in der Brennkraftmaschine die Steuerstange 69 separat
angebracht ist, und der Kolben 38 an der Vorstange 68,
werden die Vorstange 68 und die Steuerstange 69 verbunden,
wodurch die Montagevorgänge
vereinfacht sind, während
gleichzeitig die Präzision
der Montage erhöht
wird, und infolgedessen eine Zunahme der Maße der Brennkraftmaschine vermieden
werden kann.
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Außerdem,
da der Pleuelstangenanschluss 75 und der Vorstangenanschluss 76 auf
Linien angeordnet sind, die sich von den Schraubbolzen 78 erstrecken,
welche die Kurbelkappe 73 an der Vorstange 68 befestigen,
werden die Vorstange 68 und die Kurbelkappe 73 kompakt
gehalten, wodurch das Gewicht der Vorstange 68 und der
Kurbelkappe 73 verringert wird, um den Leistungsabfall
zu unterdrücken.
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Außerdem wird
das Paar rotierender Wellen 81, 82 mittels Freilaufkupplungen 85, 86 gelagert
auf dem Unterstützungsteil 83,
das integral auf dem Gehäusehauptkörper 25 des
Kurbelgehäuses 22 des Brennkraftmaschinehauptkörpers 21 vorgesehen
ist und auf dem Stützelement 84,
das am Gehäusehauptkörper 25 angebracht
ist. Die Stützwelle 61 ist
in einer relativ exzentrischen Position zwischen den zwei rotierenden
Wellen 81, 82 vorgesehen. Außerdem, da die Stützwelle 61 abwechselnd
entsprechend dem Betriebszyklus der Brennkraftmaschine eine Last
in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 zusammengedrückt ist
und eine Last in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 gezogen
ist, empfängt,
erhalten die rotierenden Wellen 81, 82 abwechselnd
eine Last, um die rotierenden Wellen 81, 82 in
einer Richtung zu drehen und eine Last, um die rotierenden Wellen 81, 82 in
der anderen Richtung zu drehen. Jedoch funktionieren die Freilaufkupplungen 85, 86 so,
dass die rotierenden Wellen 81, 82 sich nur in
eine Richtung drehen können.
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Außerdem ist
das Arretierungselement 87, welches den beschränkenden
Vorsprung 88 an einer Position in der Umfangsrichtung aufweist,
an einem Ende der rotierenden Welle 81 befestigt, die aus
der Seitenverkleidung 26 des Hauptkörpers 21 der Brennkraftmaschine
ragt. Das Kipphebelelement 93, welches das Paar der Eingreifbereiche 93a, 93b aufweist,
welche zueinander versetzte Phasen von beispielsweise 167 Grad haben,
und die mit dem beschränkenden
Vorsprung 88 des Arretierungselements 87 in Eingriff
sein können,
ist kippbar auf dem Wellenelement 92 gelagert, das am Brennkraftmaschinenhauptkörper 21 so
befestigt ist, dass die Achse des Wellenelements 92 senkrecht
zur rotierenden Welle 81 ist. Das Kipphebelelement 93 ist
durch eine Rückholfeder 107 in
einer Richtung vorgespannt, in welcher einer der beiden Eingreifbereiche 93a, 93b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 in Eingriff ist.
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Der
Brennkraftmaschinenhauptkörper 21 lagert
den Aktuator vom Diaphragma-Typ 97, welcher das Diaphragma 99 mit
gegenüberliegenden
Seiten umfasst, die zugewandt sind der Unterdruckkammer 102,
die mit dem Ansaugeinlass 46 des Vergasers 34 in
Verbindung steht, und der atmosphärischen Druckkammer 103,
die zur Umgebungsluft hin offen ist. Der umlaufende Rand des Diaphragmas 99 ist
durch das Gehäuse 98 von
zwei Seiten festgeklemmt. Der Aktuator 97 ist mit dem Kipphebelelement 93 derart
verbunden; dass das Kipphebelelement 93 als Reaktion auf
eine Zunahme des Unterdrucks der Unterdruckkammer 102 in
die Richtung entgegengesetzt zu der Federvorspannrichtung schwingt.
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Das
heißt,
wenn bewirkt wird, dass der Aktuator 97 entsprechend der
Last der Brennkraftmaschine agiert, behält dies die rotierenden Wellen 81, 82, das
heißt,
die Stützwelle 61,
an zwei Positionen, die zueinander versetze Phasen von beispielsweise
167 Grad aufweisen. Dementsprechend verschiebt sich die Stützwelle 61,
das heißt,
das andere Ende der Steuerstange 69, zwischen einer Position,
die einem hohen Verdichtungsverhältnis
entspricht und einer Position, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entspricht.
Außerdem
ermöglicht
der Gebrauch des Aktuators vom Diaphragma-Typ 97 der Steuerstange 69,
ihre Position mit minimalem Leistungsabfall der Brennkraftmaschine
zu ändern,
während
eine Zunahme der Maße
der Brennkraftmaschine vermieden wird und die strukturelle Anordnung
daran gehindert wird, kompliziert zu werden.
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Die
zweite Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 11 und 12 erklärt. Eine
Mehrzahl der Stufen 112a, 112b sind auf beiden
Eingreifbereichen 93a, 93b eines Kipphebelelements 93 gebildet.
Die Mehrzahl von Stufen 112a, 112b sind in der
Umfangsrichtung des Arretierungselements 87 so angeordnet
(siehe 5 und 6), dass jede Stufe 112a, 112b der
Reihe nach als Reaktion auf das Schwingen des Arretierungselements 87 mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 (siehe 5 und 6)
des Arretierungselements 87 in Eingriff sind.
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In Übereinstimmung
mit der zweiten Ausführung
erlaubt das Eingreifen von jeder Stufe 112a 112b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 die Position des Arretierungselements 87 in
der Umfangsrichtung stufenweise zu ändern, wodurch bewirkt wird,
dass das Verdichtungsverhältnis
mit feinerer oder genauerer Staffelung variiert wird.
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Die
dritte Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 13 bis 18 erläutert. Zunächst auf 13 und 14 verweisend,
ist die Stützwelle 61 frei
beweglich mit dem anderen Ende der Steuerstange 69 verbunden. Gegenüberliegende
Enden der Stützwelle 61 sind zwischen
exzentrischen Wellenbereichen 113a, 114a eines
Paares koaxial angeordneter rotierender Wellen 113, 114 vorgesehen,
deren Achsen parallel zur Kurbelwelle 27 sind. Die rotierenden
Wellen 113, 114 sind mittels der Freilaufkupplungen 85, 86 im
Kurbelgehäuse 22 drehbar
gelagert.
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Ein
beschränkender
Vorsprung 115 ist integral vorgesehen an einer Position
in Umfangsrichtung des exzentrischen Wellenbereichs 113a der
rotierenden Welle 113. Der beschränkende Vorsprung 115 ragt
radial nach außen.
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Ein
zu den Achsen der rotierenden Wellen 113, 114 senkrechtes
Wellenelement 116 läuft
drehbar durch den Gehäusehauptkörper 25 des
Kurbelgehäuses 22 und
ragt in das Innere des Kurbelgehäuses 22.
Ein Ende des Wellenelements 116 ist drehbar gelagert durch
ein Stützteil 117,
das im Kurbelgehäuse 22 vorgesehen
ist.
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Ein
Hebel 118, mit dem der Aktuator vom Diaphragma-Typ 97 verbunden
ist, ist am anderen Ende des Wellenelements 116 befestigt,
das aus dem Kurbelgehäuse 22 ragt.
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Ein
Kipphebelelement 119, welches das Wellenelement 116 umgibt,
ist an dem Wellenelement 116 zwischen dem Unterstützungsteil 117 und
der inneren Oberfläche
einer Seitenwand des Kurbelgehäuses 22 befestigt.
Auf dem Kipphebelelement 119 ist ein Paar von Eingreifbereichen 119a, 119b vorgesehen,
die mit dem beschränkenden
Ansatz 115 in Eingriff kommen und zueinander versetzte
Phasen haben, beispielsweise 167 Grad.
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Zwischen
dem Kipphebelelement 119 und dem Kurbelgehäuse 22 ist
eine Rückstellfeder 120 vorgesehen,
welche das Kipphebelelement 119 derart vorspannt, dass
das Kipphebelelement 119 in einer Richtung schwingt, in
der der Eingreifbereich 119a mit dem beschränkenden
Vorsprung 115 in Eingriff ist.
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Die
Betätigungsstange 101 ist
zusammengezogen, wenn die Brennkraftmaschine in einem leichten Lastzustand
läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 des Aktuators 97 hoch
ist. Die Position, in die das Kipphebelelement 119 in diesem
Zustand schwingt, ist eine Position, in der der Eingreifbereich 119b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 115 in Eingriff ist, wie in 15 und 16 gezeigt ist.
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Wenn
die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand läuft, und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 niedrig ist, biegt
sich das Diaphragma 99, um das Volumens der Unterdruckkammer 102 zu
erhöhen
und die Betätigungsstange 101 zu
verlängern.
Das Kipphebelelement 119 ist dadurch veranlasst, in eine
Position zu schwingen, in welcher der Eingreifbereich 119a mit
dem beschränkenden
Vorsprung 115 in Eingriff ist, wie in 17 und 18 gezeigt
ist.
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Das
Schwingen des Kipphebelelements 119 auf diese Art veranlasst
die Stützwelle 61,
das heißt, das
andere Ende der Steuerstange 69, dazu, sich zwischen den
beiden Positionen in einer Ebene senkrecht zur Achse der Kurbelwelle 27 zu
verschieben, wodurch das Verdichtungsverhältnis und der Hub der Brennkraftmaschine
verändert
wird.
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In Übereinstimmung
mit der dritten Ausführung
werden die gleichen Effekte wie diejenigen, die durch die erste
Ausführung
erhalten werden, herausgestellt.
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Die
vierte Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 19 bis 24 erläutert. Unter
Bezugnahme auf zunächst 19 und 20,
ist die Stützwelle 61 frei
beweglich mit dem anderen Ende der Steuerstange 69 verbunden.
Gegenüberliegende
Enden der Stützwelle 61 sind
zwischen den exzentrischen Wellenbereichen 113a, 114a des
koaxial angeordneten Paares rotierender Wellen 113, 114 vorgesehen,
deren Achsen parallel zur Kurbelwelle 27 sind. Die rotierenden Wellen 113, 114 sind
in dem Kurbelgehäuse 22 mittels
der Freilaufkupplungen 85, 86 drehbar gelagert.
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Die
rotierende Welle 113 läuft
durch einen Lagerbereich 121, der in dem Kurbelgehäuse 22 vorgesehen
ist. An einem Ende der rotierenden Welle 113 ist das scheibenförmige Arretierungselement 87 befestigt,
das an einer Position in der Umfangsrichtung den beschränkenden
Vorsprung 88 aufweist, welcher radial nach außen ragt.
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Das
Wellenelement 116, das zu den Achsen der rotierenden Wellen 113, 114 senkrecht
ist, läuft frei
beweglich durch die Seitenverkleidung 26 des Kurbelgehäuses 22 und
ragt in das Innere des Kurbelgehäuses 22.
Ein Ende des Wellenelements 116 ist frei beweglich gelagert
durch einen Stützteil 117', der im Kurbelgehäuse 22 vorgesehen
ist.
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Der
Hebel 118, mit dem der Aktuator 97 vom Diaphragma-Typ
verbunden ist, ist am anderen Ende des Wellenelements 116 befestigt,
das aus dem Kurbelgehäuse 22 ragt.
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Ein
Kipphebelelement 121 ist am Wellenelement 116 zwischen
dem Stützteil 117' und der inneren
Oberfläche
einer Seitenwand des Kurbelgehäuses 22 befestigt.
Auf dem Kipphebelelement 121 ist ein Paar von Eingreifbereichen 121a, 121b vorgesehen,
welche mit dem beschränkenden
Vorsprung 88 eingreifen und Phasen aufweisen, die zueinander
um beispielsweise 167 Grad versetzt sind. Zwischen dem Kipphebelelement 121 und
der Kurbelgehäuse 22 ist
eine Rückholfeder 122 vorgesehen,
die das Kipphebelelement 121 so vorspannt, dass das Kipphebelelement 121 in
einer Richtung schwingt, in welcher der Eingreifbereich 121a mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 in Eingriff ist.
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Die
Betätigungsstange 101 ist
zusammengezogen, wenn die Brennkraftmaschine in einem leichten Lastzustand
läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 des Aktuators 97 hoch
ist. Die Position, in die das Kipphebelelement 121 in diesem
Zustand schwingt, ist eine Position, in welcher der Eingreifbereich 121b mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 eingreift, wie in 21 und 22 gezeigt ist.
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Wenn
die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 niedrig ist, biegt
sich das Diaphragma 99 so, dass das Volumen der Unterdruckkammer 102 erhöht wird
und die Betätigungsstange 101 verlängert wird.
Das Kipphebelelement 121 ist dadurch veranlasst, zu einer
Position zu schwingen, in welcher der Eingreifbereich 121a mit
dem beschränkenden
Vorsprung 88 in Eingriff ist.
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Schwingen
des Kipphebelelements 121 auf diese Art, veranlasst die
Stützwelle 61, das
heißt,
das andere Ende der Steuerstange 69, dazu, sich zwischen
den beiden Positionen in der Ebene senkrechten zur Achse der Kurbelwelle 27 zu
verschieben und dadurch das Verdichtungsverhältnis und den Hub der Brennkraftmaschine
zu verändern.
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In Übereinstimmung
mit der vierten Ausführung
werden die gleichen Effekte wie diejenigen, die durch die erste
Ausführung
erreicht werden, aufgewiesen.
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Die
fünfte
Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 25 bis 32 erläutert. Unter
Bezugnahme zunächst
auf 25 bis 27, sind
der Kolben 38, die Kurbelwelle 27 und eine Stützwelle 131 miteinander
mittels der Verbindungseinheit 62 verbunden. Die Stützwelle 131 ist
im Kurbelgehäuse 22 des
Brennkraftmaschinenhauptkörpers 21 so
gelagert, dass sie sich in einer Ebene verschiebt, welche die Zylinderachse
C enthält
und zur Achse der Kurbelwelle 27 senkrecht ist.
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Die
zylindrische Stützwelle 131 ist
integral vorgesehen mit und exzentrisch gelegen relativ zu einer
rotierenden Welle 132, die eine Achse parallel zur Kurbelwelle 27 hat
und drehbar im Kurbelgehäuse 22 des
Brennkraftmaschinenhauptkörpers 21 gelagert ist.
Ein Ende der rotierenden Welle 132 ist mittels eines Kugellagers 134 drehbar
gelagert in einem zylindrischen Lagergehäuse 133 mit Boden,
das in der Seitenverkleidung 26 des Kurbelgehäuses 22 vorgesehen
ist. Das andere Ende der rotierenden Welle 132 ist mittels
eines Kugellagers 135 im Gehäusehauptkörper 25 des Kurbelgehäuses 22 drehbar gelagert.
Eine Freilaufkupplung 137 ist zwischen dem Lagergehäuse 133 und
der rotierenden Welle 132 vorgesehen. Die Kupplung 137 ist
außerhalb
des Kugellagers 134.
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Eine
Last in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 zusammengedrückt wird
und eine Last in einer Richtung, in der die Steuerstange 69 gezogen wird,
wirken entsprechend dem Laufzyklus der Brennkraftmaschine abwechselnd
auf die Steuerstange 69, die an dem besagten anderen Ende
mit der Stützwelle 131 verbunden
ist. Da die Stützwelle 131 so
vorgesehen ist, dass sie relativ zu der rotierenden Welle 132 exzentrisch
positioniert ist, erfährt die
rotierende Welle 132 auch von der Steuerstange 69 abwechselnd
eine Rotationskraft in einer Richtung und eine Rotationskraft in
der anderen Richtung. Da jedoch die Freilaufkupplung 137 zwischen
der rotierenden Welle 132 und dem Lagergehäuse 133 in
der Seitenverkleidung 26 des Kurbelgehäuses 22 angeordnet
ist, dreht sich die rotierende Welle 132 nur in einer Richtung.
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Unter
Bezugnahme auch auf 28, ist ein Wellenteil 132a mit
kleinem Durchmesser koaxial auf der rotierenden Weile 132 in
einer Position vorgesehen, die axial abgesetzt von der Stützwelle 131 ist, sodass
eine ringförmige
Aussparung 132b auf der äußeren Peripherie des Wellenteils 132a mit
kleinem Durchmesser gebildet ist. Die Eingreifbereiche 138, 139,
die zueinander versetze Phasen haben, sind hervorragend und integral
an einer Mehrzahl von, beispielsweise zwei, axial voneinander getrennten Positionen
auf dem Wellenteil 132a mit kleinem Durchmesser vorgesehen.
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Ein
Wellenelement 142, das eine Achse senkrecht zur Achse der
rotierenden Welle 132 hat, ist im Kurbelgehäuse 22 frei
beweglich gelagert. Das heißt,
ein zylinderförmiger
Wellenstützsteil 144 mit Boden
und ein zylinderförmiger
Wellenstützteil 145 sind
integral im Gehäusehauptkörper 25 des
Kurbelgehäuse 22 vorgesehen,
sodass sie mit einem Abstand dazwischen auf einer Achse senkrecht
zur Achse der rotierenden Welle 132 einander zugewandt
sind. Das heißt,
das Wellenelement 142 ist frei beweglich gelagert durch
die beiden Wellenstützteile 144, 145,
wobei ein Ende des Wellenelements 142 auf der Seite des
Stützwellenteils 144 angeordnet
ist und das andere Ende des Wellenelements 142 von dem
Wellensiützteil 145 nach
außen
ragt.
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An
der Stützwelle 142 ist
ein beschränkendes
Element 143 angebracht, das in einer Ebene senkrecht zur
Achse des Wellenelements 142 wirkt. In dieser Ausführung ist
das beschränkende
Element 143, das zwischen den beiden Wellenstützteilen 144, 145 angeordnet
ist, zum Beispiel durch einen Stift 146 an dem Wellenelement 142 befestigt.
Das heißt, das
beschränkende
Element 143 bewegt sich zusammen mit dem Wellenelement 142.
Ein beschränkender
Vorsprung 143a ist integral an dem beschränkenden
Element 143 vorgesehen. Der beschränkende Vorsprung 143a erstreckt
sich in das Inneren der ringförmigen
Aussparung 132b und liegt selektiv gegen die Eingreifbereiche 138, 139 an
und ist mit ihnen im Eingriff.
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Beim
Schalten zwischen einem Zustand, in dem der beschränkende Vorsprung 143a des
beschränkenden
Elements 143 gegen einen der beiden Eingreifbereiche 138, 139 anliegt
und einem Zustand, in dem der beschränkende Vorsprung 143a gegen
den anderen der beiden Eingreifbereiche 138, 139 anliegt,
schwingt die rotierende Welle 132 wegen der Last, die auf
die Steuerstange 69 wirkt, die mit der Stützwelle 131 verbunden
ist, so, dass sie relativ zur rotierenden Welle 132 exzentrisch
angeordnet ist. Somit ist es notwendig, zu verhindern, dass das Schwingen
bewirkt, dass einer der beiden Eingreifbereiche 138, 139 an
dem beschränkenden
Vorsprung 143a des beschränkenden Elements 143 bei
irgendeinem Stoß zur
Anlage kommt. Ein Stoß dämpfendes
Mittel 148 ist folglich zwischen dem beschränkenden
Element 143 und dem Wellestützteil 145 des Kurbelgehäuses 22 angeordnet.
Das Stoß dämpfende
Mittel 148 mildert die Stöße entlang der axialen Richtung,
wenn das beschränkende
Element 143 dazu veranlasst wird, selektiv gegen den einen
ausgewählten
Eingreifbereich 138, 139 anzuliegen.
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Das
stoßdämpfende
Mittel 148 wird gebildet, indem ein ringförmiges Gummi 150 zwischen
ein Paar Unterlegscheiben 149, durch die das Wellenelement 142 läuft, von
zwei Seiten geklemmt wird. Das Gummi 150 verfügt über Ölbeständigkeit,
Hitzebeständigkeit
und hohe Festigkeit und ist auf die Unterlegscheiben 149 gebacken.
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Unter
Bezugnahme auch auf 29, ist mit dem Wellenelement 142 der
Aktuator vom Diaphragma-Typ 97 verbunden, der durch eine
am Gehäusehauptkörper 25 des
Kurbelgehäuses 22 befestigte Auflageplatte 151 gelagert
ist. Die Betätigungsstange 101 des
Aktuators 97 ist verbunden mit einem Antriebsarm 152,
welcher frei beweglich durch die Auflageplatte 151 um eine
Achse parallel zum Wellenelement 142 gelagert ist. Ein
angetriebener Arm 153 ist am anderen Ende des Wellenelements 142 befestigt,
das aus vom Kurbelgehäuse 22 ragt.
Der Antriebsarm 152 und der angetriebene Arm 153 sind miteinander über eine
Verbindungsstange 154 verbunden. Zwischen dem angetriebenen
Arm 153 und der Auflageplatte 151 ist eine Feder 155 vorgesehen, die
den angetriebenen Arm 153 so vorspannt, dass er gegen den
Uhrzeigersinn schwingt, wie in 29 gezeigt
ist. Das Wellenelement 142 ist durch die Federkraft der
Feder 155 vorgespannt, so dass es in einer Umfangsrichtung
schwingt.
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Wenn
die Brennkraftmaschine in einem leichten Lastzustand läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 hoch ist, biegt
sich die Diaphragma 99, um das Volumen der Unterdruckkammer 102 gegen
die Federkräfte
der Rückholfeder 100 und
der Feder 155 zu verringern, wie in 29 gezeigt
ist, sodass sich die Betätigungsstange 101 kontrahiert.
In diesem Zustand sind die Positionen, in die das Wellenelement 142 und
das beschränkende
Element 143 schwingen dort, wo der beschränkende Vorsprung 143a des
beschränkenden
Elements 143 gegen den Eingreifbereich 138 der
rotierenden Welle 132 anliegt und mit ihm in Eingriff ist.
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Wenn
die Brennkraftmaschine in einem schweren Lastzustand läuft und
der Unterdruck der Unterdruckkammer 102 niedrig ist, biegt
sich das Diaphragma 99 wegen der Federkräfte der
Rückholfeder 100 und
der Feder 155, um das Volumen des Unterdruckkammer 102 zu
vergrößern, wie
in 30 gezeigt ist, sodass sich die Betätigungsstange 101 verlängert. Das
Wellenelement 142 und das beschränkende Element 143 werden
dadurch veranlasst, so zu schwingen, dass der beschränkende Vorsprung 143a des
beschränkenden
Elements 143 gegen den Eingreifbereich 138 der
rotierenden Welle 132 anliegt und mit ihm in Eingriff ist.
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Ein
Schwingen des beschränkenden
Elements 143 um die Achse des Wellenelements 142 in dieser
Art und Weise schränkt
ein Schwingen der rotierenden Welle 132 in einer Position
ein, in der einer der beiden Eingreifbereiche 138, 139 mit
dem beschränkenden
Vorsprung 143a des beschränkenden Elements 143 in
Eingriff ist. Eine schwingende Kraft in einer Richtung wirkt auf
die rotierenden Welle 132, während die Brennkraftmaschine
läuft.
Die rotierende Welle 132 hört an zwei Positionen auf zu
schwingen, welche zueinander, beispielsweise um 167 Grad, versetzte
Phasen haben. So ist die Stützwelle 131 in
eine relativ zur Achse der rotierenden Welle 132 exzentrische
Position gebracht, das heißt,
das andere Ende der Steuerstange 69 verschiebt sich zwischen
den beiden Positionen in einer Ebene senkrecht zur Achse der Kurbelwelle 27,
wodurch das Verdichtungsverhältnis
der Brennkraftmaschine verändert
wird.
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Unter
Bezugnahme auf 31 und 32 sind
radiale Dämpfungsmittel 156 für das Entlasten der
Last in radialer Richtung, welche durch die Steuerstange 69 auf
die rotierende Welle 132 ausgeübt wird, zwischen dem einen
Ende der rotierende Welle 132 und dem Lagergehäuse 133 des
Kurbelgehäuses 22 des
Brennkraftmaschinenhauptkörpers 21 vorgesehen,
um zu verhindern, dass das Schwingen der rotierenden Welle 132 den
ausgewählten
Bereich der Eingreifbereiche 138, 139 dazu veranlasst,
gegen den beschränkenden
Vorsprung 143a des beschränkenden Elements 143 bei
jedem Stoß beim Umschalten
des Verdichtungsverhältnisses
anzuliegen.
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Das
radiale Dämpfungsmittel 156 umfasst
einen exzentrischen Nocken 157, eine Federhalterung 158 und
eine Druckfeder 159, welche durch die Federhalterung 158 derart
zurückgehalten
wird, dass sie in Reibungskontakt mit dem exzentrischen Nocken 157 ist.
Der exzentrische Nocken 157 ist integral auf der rotierenden
Welle 132 vorgesehen, sodass er auf der Seite des Kugellagers 134 an
das Wellenteil 132a mit kleinem Durchmesser angrenzt. Die
Federhalterung 158 umgibt den exzentrischen Nocken 157 und
stellt das Lagergehäuse 133 so
ein, dass die Federhalterung 158 am Drehen um die Achse
der rotierenden Welle 132 gehindert wird.
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Koaxial
auf der rotierenden Welle 132 ist ein zylinderförmiger Teil 160 vorgesehen,
der den exzentrischen Nocken 157 umgibt. Die zylinderförmig gebildete
Federhalterung 158 ist verschiebbar in den zylinderförmigen Teil 160 eingepasst.
Ein ringförmiges
Auflageplattenteil 161, das dem Kugellager 134 und
dem Lagergehäuse 133 zugewandt
ist, ist so vorgesehen, dass es mit der Federhalterung 158 verbunden
ist. Integral auf dem äußeren umlaufenden Ende
des Auflageplattenteils 161 sind vorstehend ein ringförmiger Vorsprung 162 und
ein Eingreifplattenteil 163 vorgesehen. Der ringförmige Vorsprung 162 formt
zusammen mit der Federhalterung 158, eine ringförmige Führung, in
welche der äußere Bereich des
zylinderförmigen
Teils 160 eingesetzt ist. Der Eingriffsplattenabschnitt 163 ragt
an einer Position in Umfangsrichtung radial nach außen.
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Der
Eingriffsplattenabschnitt 163 ist zwischen einem Paar von
Halteplattenabschnitten 164 von zwei Seiten eingeklemmt,
die an der Endfläche des
Lagergehäuses 133 vorstehend
vorgesehen sind. Dementsprechend wird die Federhalterung 158 daran
gehindert, um die Achse der rotierenden Welle 132 zu rotieren.
Ein ringförmiger
Anlagebereich 165 ist vorstehend und integral an dem Auflageplattenteil 161 vorgesehen,
das gegen einen äußeren Laufring 134a des
Kugellagers 134 anliegt und durch ihn gelagert ist.
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Die
Druckfeder 159 ist in einer im Wesentlichen endlosen Form
gebildet, die einen Splitt 166 an einer Position in der
Umfangsrichtung aufweist. Auf der Druckfeder 159 sind Eingreifbereiche 159a, 159b und
ein Paar von flexiblen Anlagebereichen 159c, 159d gebildet.
Die Eingreifbereiche 159a, 159b kragen radial
nach außen
in eine trapezförmige
Form aus, um in ein Paar von Eingreiflücken 167 einzugreifen,
die in der Federhalterung 158 auf einem gemeinsamen Durchmesser
der rotierenden Welle 132 vorgesehen sind. Das Paar von
flexiblen Anlageteile 159c, 159d biegt sich radial
nach innen, um einen elastischen gleitenden Kontakt mit dem exzentrischen
Nocken 157 herzustellen. Die flexiblen Anlagebereiche 159c, 159d sind
an zwei Positionen auf einer Geraden senkrecht zu einer Geraden
angeordnet, die durch beide Eingreifbereiche 159a, 159d geht.
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In
dem radialen Dämpfungsmittel 156 schwingt
der exzentrische Nocken 157, während er einen der flexiblen
Anlagebereiche 159c, 159d biegt, wenn die rotierende
Welle 132 schwingt. So ist die Last von der Steuerstange 69,
die in radialer Richtung auf die rotierende Welle 132 beim
Umschalten des Verdichtungsverhältnisses
wirkt, vermindert. Außerdem
wird die Verbrennung der Brennkraftmaschine beim Umschalten von
einem niedrigen Verdichtungsverhältnis
zu einem hohen Verdichtungsverhältnis
verwendet, sodass eine größere Kraft
auf die rotierende Welle 132 wirkt. Daher hat, von den
flexiblen Anlagebereichen 159c und 159d, der flexible
Anlagebereich 159c, der beim Umschalten von einem niedrigen
Verdichtungsverhältnis
zu einem hohen Verdichtungsverhältnis
in Kontakt mit dem exzentrischen Nocken 157 kommt, eine
höhere
Anfangsdeformation als der flexible Anlagebereich 159d.
Infolgedessen ist die Kraft, die beim Umschalten von einem niedrigen
Verdichtungsverhältnis
zu einem hohen Verdichtungsverhältnis
auf die rotierende Welle 132 wirkt, effektiv weiter verringert
und es wird verhindert, dass ein nicht notwendiger, dem Schwingen
entgegenstehendes Drehmoment beim Umschalten von einem hohen Verdichtungsverhältnis zu
einem niedrigen Verdichtungsverhältnis
auf die rotierenden Welle 132 wirkt.
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Die
Funktion der fünften
Ausführung
wird jetzt erläutert.
Die Drehrichtung der rotierenden Welle 132, welche die
relativ exzentrisch positionierte Stützwelle 131, die mit
der Steuerstange 69 verbunden ist, aufweist, ist auf eine
Richtung beschränkt durch
die Freilaufkupplung 137, die zwischen der rotierenden
Welle 132 und der Seitenabdeckung 26 des Kurbelgehäuses 22 des
Brennkraftmaschinehauptkörpers 21 vorgesehen
ist. Da aufgrund der Verbrennung und der Trägheit der Brennkraftmaschine
die Zuglast und die Drucklast auf die Steuerstange 69 wirken,
drehen die rotierende Welle 132 und die Stützwelle 131 in
die Richtung, die durch die Freilaufkupplung 137 beschränkt ist,
wenn das Verdichtungsverhältnis
umgeschaltet wird.
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Der
beschränkende
Vorsprung 143a des beschränkenden Elements 143,
das befestigt ist an dem Wellenelement 142, das drehbar
auf dem Kurbelgehäuse 22 des
Brennkraftmaschinehauptkörpers 21 gelagert,
wobei die Achse des Wellenelements 142 senkrechten zur
rotierende Welle 132 ist, liegt selektiv gegen die Eingreifbereiche 138, 139 an
und ist mit den Eingreifbereiche 138, 139 in Eingriff,
die an zwei in axialer Richtung voneinander getrennten Positionen
der rotierenden Welle 132 vorgesehen sind, um gegeneinander
versetzte die Phasen aufzuweisen. Außerdem wird das Wellenelement 142 durch
den Aktuator 97 gedreht. Folglich ist es für das andere
Ende der Steuerstange 69 möglich, sich zwischen den Positionen
zu verlagern, die einem niedrigen Verdichtungsverhältnis entsprechen
und einem hohen Verdichtungsverhältnis.
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Außerdem,
da der Aktuator vom Diaphragma-Typ 97 durch den Unterdruck
des Ansaugeinlasses innerhalb des Vergasers 34 betrieben
wird, kann die Position der Steuerstange 69 mit minimalem
Leistungsabfall der Brennkraftmaschine geändert werden, während gleichzeitig
eine Zunahme der Maße der
Brennkraftmaschine und eine Verkomplizierung der Anordnung vermieden
werden.
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Wenn
einer der Eingreifbereiche 138, 139 den beschränkenden
Vorsprung 143a des beschränkenden Elements 143 berührt, wirkt
eine Kraft auf das beschränkende
Element 143 in einer Richtung senkrechten zur Achse der
rotierenden Welle 132. Die Kraft wird jedoch durch die
Anordnung vermindert, in der das Stoß dämpfende Mittel 148 zwischen dem
beschränkenden
Element 143 und dem Wellenstützteil 145 des Gehäusehauptkörpers 25 angeordnet
ist. Diese Anordnung vermeidet die Kraft auf den Aktuator 97,
der das beschränkende
Element 143 betreibt, verbessert die Haltbarkeit und die
Zuverlässigkeit,
während
eine Zunahme der Maße
verhindert wird, die bei dem Versuch entsteht, die Festigkeit der rotierenden
Welle 132 und der Elementen, wie beispielsweise des beschränkenden
Elements 143, zu erhöhen,
und unterdrückt
die Geräusche,
die erzeugt werden, wenn einer der Eingreifbereiche 138, 139 das
beschränkende
Element 143 berührt.
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Außerdem ist
das radial dämpfende
Mittel 156 zwischen der rotierenden Welle 132 und
der Seitenverkleidung 26 des Kurbelgehäuses 22 des Brennkraftmaschinenhauptkörpers 21 vorgesehen. Das
radial dämpfende
Mittel 156 entlastet die Last in radialer Richtung, die
von der Steuerstange 69 auf die rotierende Welle 132 ausgeübt wird.
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Infolgedessen
wird selbst dann, wenn eine große
Last beim Umschalten des Verdichtungsverhältnisses auf die rotierende
Welle 132 wirkt, die Last, die auf die rotierenden Welle 132 in
Radialrichtung wirkt, durch das radial dämpfende Mittel 156 verringert.
Die Haltbarkeit und die Zuverlässigkeit werden
verbessert, während
eine Zunahme der Maße
aufgrund des Versuchs, die Festigkeit der rotierenden Welle 143 und
der Elemente, wie beispielsweise des beschränkenden Elements 143,
zu erhöhen,
vermieden wird. Außerdem
werden die Geräusche
unterdrückt,
die beim Einschränken
der Drehposition der rotierenden Welle 132 erzeugt werden.
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Die
sechste Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 33 und 34 erläutert. Eingreifbereiche 138, 139, 140 mit gegeneinander versetzten
Phasen sind vorragend und integral an drei Positionen auf dem Wellenteil 132a mit
kleinem Durchmesser der rotierenden Welle 132 vorgesehen
und in der axialen Richtung voneinander getrennt.
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Das
Wellenelement 142, das eine Achse senkrecht zur Achse der
rotierenden Welle 132 aufweist, ist drehbar am Gehäusehauptkörper 25 des Kurbelgehäuses 22 angebracht.
Ein beschränkender Vorsprung 143a,
der in das Innere der ringförmigen Aussparung 132b ragt
und selektiv an den Eingreifteile 138, 139, 140 anliegt
und mit ihnen in Eingriff ist, ist integral auf dem beschränkenden
Element 143 vorgesehen, das an dem Wellenelement 142 durch den
Stift 146 befestigt ist.
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In Übereinstimmung
mit der sechsten Ausführung
erlaubt ein Schwingen des Wellenelements 142 dem Verdichtungsverhältnis sich
mit feinerer oder genauerer Abstufung zu verändern, wodurch das Verdichtungsverhältnis so
verändert
wird, dass es einer leichten Last, einer mittleren Last und einer schweren
Last der Brennkraftmaschine entspricht.
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Die
siebte Ausführung
der vorliegenden Erfindung wird jetzt unter Bezugnahme auf 35 und 36 erläutert. Eingreifbereiche 138, 139, 140, 141 mit
gegeneinander versetzten Phasen, sind vorstehend und integral an
vier Positionen auf dem Wellenteil mit kleinem Durchmesser 132a der
rotierenden Welle 132 vorgesehen und in axialer Richtung
voneinander getrennt.
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Ein
Führungselement 170 ist
am Wellenelement 142 angebracht, das drehbar in dem Gehäusehauptkörper 25 des
Kurbelgehäuses 22 gelagert ist.
Das Führungselement 170 umfasst
Auflageplatten 170a, 170b, welche den Wellenstützteilen 144, 145 gegenüberliegen,
die integral auf dem Gehäusehauptkörper 25 vorgesehen
sind. Integral vorgesehen auf dem Führungselement 170 auf
gegenüberliegenden
Seiten des Wellenteils mit kleinem Durchmesser 132a sind
Auflageplatten 170c, 170d, durch welche die rotierende
Welle 132 drehbar läuft.
Das heißt,
das Führungselement 170 ist
am Wellenelement 142 in einem Zustand befestigt, in dem
das Führungselement 170 daran
gehindert ist, um die Achse des Wellenelements zu schwingen 142 und sich
in der axialen Richtung zu bewegen.
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Ein
Zahntrieb 172 ist beispielsweise mittels eines Stifts 171 am
Wellenelement 142 zwischen den zwei Auflageplatten 170a, 170b des
Führungselements 170 befestigt.
Auf das Führungselement 170 ist
ein beschränkendes
Element 173 gelagert, das einen beschränkenden Vorsprung 173a integral
umfasst, der selektiv mit den Eingreifbereichen 138, 139, 140, 141 der
rotierenden Welle 132 in Eingriff ist. Das beschränkende Element 173 ist
in einer Richtung entlang der Achse der rotierenden Welle 132 bewegbar.
Eine Zahnstange 174, die mit dem Zahntrieb 172 ineinander
greift, ist auf dem beschränkenden Element 173 vorgesehen.
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In Übereinstimmung
mit der siebten Ausführung
erlaubt ein Schwingen des Wellenelements 142 dem beschränkenden
Element 173, in der Richtung entlang der Achse der rotierenden
Welle 132 stufenlos oder kontinuierlich zu agieren und
veranlasst den beschränkenden
Vorsprung 173a selektiv mit einer größeren Zahl von Eingreifbereichen 138 bis 141 einzugreifen,
um das Verdichtungsverhältnis
mit feinerer oder genauerer Abstufung variieren zu lassen.
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Obgleich
Ausführungen
der vorliegenden Erfindung oben erläutert werden, ist die vorliegende
Erfindung nicht durch die oben erwähnten Ausführungen begrenzt und kann in
einer Vielzahl von Arten und Weisen geändert werden, ohne von der
vorliegenden Erfindung, die im Geltungsbereich der Ansprüche beschrieben
ist, abzuweichen.
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Eine
Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis umfasst
eine Stützwelle,
die relativ zur rotierenden Wellen exzentrisch angeordnet ist. Ein
beschränkender
Vorsprung ist an einer Position in der Umfangsrichtung auf den rotierenden
Wellen vorgesehen, sodass er radial nach außen ragt. Ein Kipphebelelement
weist ein Paar von Eingreifbereichen auf, deren jeweilige Phasen
gegeneinander versetzt sind, und die mit dem beschränkenden
Vorsprung eingreifen. Das Kipphebelelement ist durch eine Feder
in eine Richtung vorgespannt, in der einer der beiden Eingreifbereiche
mit dem beschränkenden
Vorsprung in Eingriff ist, und ist an einem Wellenelement derart
angebracht, dass es in der Lage ist, um die Achse des Wellenelements
herumzukippen. Ein Aktuator wird durch den Unterdruck der Brennkraftmaschine
angetrieben und ist mit dem Kipphebelelement verbunden, um das Kipphebetelement
in einer Richtung entgegengesetzt zu der Richtung der Federvorspannung
zu schwingen.