DE60314796T2

DE60314796T2 - Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis

Info

Publication number: DE60314796T2
Application number: DE60314796T
Authority: DE
Inventors: Yasuhiro Wako-shi Shimizu; Sei Wako-shi Watanabe
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2002-03-20
Filing date: 2003-03-18
Publication date: 2007-10-31
Anticipated expiration: 2023-03-19
Also published as: EP1347160A2; BR0300746B1; CA2422659A1; CN2704691Y; US20040003785A1; CN1258644C; AU2003201333B2; DE60314796D1; TW200306383A; JP2003343296A; KR100466648B1; AU2003201333A1; KR20030076395A; BR0300746A; US6843212B2; EP1347160A3; CA2422659C; EP1347160B1; CN1445446A; MXPA03002428A

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
BEREICH DER ERFINDUNG
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, umfassend: eine Pleuelstange, welche an einem Ende mit einem Kolben durch einen Kolbenbolzen verbunden ist, einen ersten Arm, welcher an einem Ende mit dem anderen Ende der Pleuelstange schwenkbar verbunden ist und an dem anderen Ende mit einer Kurbelwelle durch einen Kurbelzapfen verbunden ist, einen zweiten Arm, welcher integral an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms verbunden ist, eine Steuerstange, welche schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms verbunden ist und eine Tragwelle, um das andere Ende der Steuerstange für eine Schwenkbewegung zu lagern, wobei die Position der Tragwelle innerhalb einer X-Y-Ebene verlagerbar ist, welche von einer X-Achse, die sich durch eine Achse der Kurbelwelle entlang einer Zylinderachse erstreckt, und einer Y-Achse, welche sich durch die Achse der Kurbelwelle in einer Richtung orthogonal zu der X-Achse erstreckt, gebildet ist.
BESCHREIBUNG DER VERWANDTEN TECHNIK
Ein solcher Motor ist generell beispielsweise aus der offengelegten japanischen Patentanmeldung Nr. 9-228853 oder dergleichen bekannt und ist so konstruiert, dass das Verdichtungsverhältnis gemäß dem Betriebszustand verändert wird.
Um die Effizienz des Motors bei hohen Temperaturen zu erhöhen, ist es wünschenswert, dass nicht nur das Verdichtungsverhältnis verändert wird, sondern dass auch das Hubvolumen verändert werden kann. Bei dem herkömmlich bekannten Motor wird jedoch das Hubvolumen konstant gehalten.
ÜBERSICHT DER ERFINDUNG
Folglich ist es ein Ziel der vorliegenden Erfindung einen Motor mit einem Variablen Verdichtungsverhältnis vorzusehen, bei dem nicht nur das Verdichtungsverhältnis, sondern auch das Hubvolumen verändert werden kann.
Um das obige Ziel zu erreichen, ist gemäß einem ersten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung ein Motor vorgesehen mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, umfassend: eine Pleuelstange, welche an einem Ende mit einem Kolben durch einen Kolbenbolzen verbunden ist, einen ersten Arm, welcher schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Pleuelstange und an dem anderen Ende mit einer Kurbelwelle durch einen Kurbelzapfen verbunden ist, einen zweiten Arm, welcher integral an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms verbunden ist, eine Steuerstange, welche schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms verbunden ist, und eine Tragwelle, um das andere Ende der Steuerstange für eine Drehbewegung zu lagern, wobei die Position der Tragwelle in einer X-Y-Ebene verlagerbar ist, welche durch eine X-Achse, die sich durch eine Achse der Kurbelwelle entlang einer Zylinderachse erstreckt, und eine Y-Achse, welche sich durch die Achse der Kurbelwelle in einer Richtung orthogonal zu der X-Achse erstreckt, gebildet ist,
wobei dann, wenn eine Länge der Pleuelstange durch L4 verkörpert ist; eine Länge des ersten Arms durch L2 verkörpert ist; eine Länge des zweiten Arms durch L1 verkörpert ist; eine Länge der Steuerstange durch L3 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von der Pleuelstange mit der X-Achse gebildet ist, durch ϕ4 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, durch α verkörpert ist; ein Winkel, welcher von dem zweiten Arm mit der Y-Achse gebildet ist, durch ϕ1 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von der Steuerstange mit der Y-Achse gebildet ist, durch ϕ3 verkörpert ist, ein Winkel, welcher von einer geraden Linie, welche die Achse der Kurbelwelle und den Kurbelzapfen verbindet, mit der X-Achse gebildet ist, durch Θ verkörpert ist; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen durch R verkörpert ist; X-Y-Koordinaten der Tragwelle durch Xpiv und Ypiv verkörpert sind; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle durch ω verkörpert ist; und ein Versatzbetrag der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in einer Richtung der Y-Achse durch δ verkörpert ist, die folgende Gleichung gilt: –L4·sinϕ4·dϕ4/dt + L2·cos(α + ϕ1)·dϕ1/dt – R·ω·sinθ = 0wobei ϕ4 = arcsin{L2·cos(α + ϕ1 + R·sinθ – δ}/L4
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}
ϕ1 = arcsin{(L3² – L1² – C² – D²)/2·L1·√(C² + D²)} – arctan(C/D)
C = Ypiv – Rsinθ
D = Xpiv – Rcosθ
dϕ1/dt = ω·R·cos(θ – ϕ3)/(L1·sin(ϕ1 + ϕ3)},
und wobei die Kurbelwinkel Θ an einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt des Kolbenbolzens zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in einer ersten Position ist, bestimmt werden, indem L1 bis L4, δ und R, die jeweils auf irgend einen Wert gesetzt sind, in die Gleichung eingesetzt werden; ein Hubvolumen Vhpiv0 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv0 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in der ersten Position ist, und ein Hubvolumen Vhpiv1 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv1 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in einer zweiten Position ist, welche von der ersten Position verlagert ist, aus der folgenden Gleichung bestimmt werden, welche ein Niveau X des Kolbenbolzens in den beiden Kurbelwinkeln Θ darstellt: X = L4·cosΦ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθ;und die Länge L1 des zweiten Arms, die Länge L2 des ersten Arms, die Länge L3 der Steuerstange, die Länge L4 der Pleuelstange, der Betrag δ des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der Y-Achse und der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, derart bestimmt sind, dass die folgenden Beziehungen erfüllt sind: Vhpiv1 > Vhpiv0 wenn ∊piv1 < ∊piv0,und Vhpiv1 < Vhpiv0 wenn ∊piv1 > ∊piv0.
Die Arbeitsweise gemäß der Konfiguration des ersten Merkmals wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben, welche schematisch die Anordnungen des Kolbenbolzens der Pleuelstange, der Kurbelwelle, des Kurbelzapfens, des ersten Arms, des zweiten Arms, der Steuerstange und der Tragwelle zeigt. Wenn die Koordinaten (Xpiv und Ypiv) der Tragwelle bestimmt sind, wird die Bewegungsgeschwindigkeit (dX/dt) des Kolbenbolzens bestimmt durch Differenzieren der Position des Kolbenbolzens in der Richtung der X-Achse, welche bestimmt wird durch {X = L4·cosΦ4 + L2·sin (α + ϕ1) + R·cosθ}, und eine Gleichung, welche bereitgestellt wird, wenn dX/d = 0 zwei Lösungen in einem Bereich von 0 < θ < 2π hat. Wenn die zwei Lösungen mit der Bewegung eines Viertaktmotors in Verbindung gebracht werden und der Kurbelwinkel mit dem Kolbenbolzen an dem oberen Totpunkt durch θpivtdc verkörpert wird und der Kurbelwinkel mit dem Kolbenbolzen 63 an dem unteren Totpunkt durch θpivbdc verkörpert wird, wird die Position des Kolbenbolzens in jedem der Kurbelwinkel θpivtdc und θpivbdc bestimmt, indem θpivtdc und θpivbdc in {X = L4·cosΦ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθ} eingesetzt werden. Wenn hier die Position des Kolbenbolzens an dem oberen Totpunkt in der Richtung der X-Achse durch Xpivtdc verkörpert ist und die Position des Kolbenbolzens an dem unteren Totpunkt in der Richtung der X-Achse durch Xpivbdc verkörpert ist, wird ein Hub Spiv des Kolbenbolzens bestimmt durch (Xpivtdc – Xpivbdc). Wenn der Innendurchmesser einer Zylinderbohrung in dem Motor durch B verkörpert ist, wird ein Hubvolumen Vhipv bestimmt gemäß {Vhpiv = Spiv·(B²/4)·π}. Wenn ein Volumen eines Verbrennungsmotors an dem oberen Totpunkt durch Vapiv verkörpert ist, wird ein Verdichtungsverhältnis ∊piv bestimmt gemäß {∊piv = 1 + (Vhpiv/Vapiv)}. Auf diese Weise wird das Hubvolumen Vhpiv₀ und das Verdichtungsverhältnis ∊piv₀ zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in der ersten Position ist und das Hubvolumen Vhpiv, und das Verdichtungsverhältnis ∊piv₁ zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in der zweiten Position ist, bestimmt und die Länge L1 des zweiten Arms, die Länge L2 des ersten Arms, die Länge L3 der Steuerstange, die Länge L4 der Pleuelstange, der Betrag δ des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der Y-Achse und der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet wird, werden derart bestimmt, dass die folgenden Beziehungen erfüllt sind: Vhpiv1 > Vhpiv0 wenn ∊piv1 < ∊piv0,und Vhpiv1 < Vhpiv0 wenn ∊piv1 > ∊piv0.
Somit kann der Motor mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, wenn das Hubvolumen größer ist, und wenn das Hubvolumen kleiner ist, kann der Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Wenn daher eine Last kleiner ist, kann der Motor mit dem kleineren Hubvolumen und dem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden, wodurch eine thermische Effizienz erhöht wird. Wenn eine Last höher ist, kann der Motor mit dem größeren Hubvolumen und dem kleineren Ver dichtungsverhältnis betrieben werden, um dadurch zu verhindern, dass die Explosionslast und der Druck in einem Zylinder übermäßig ansteigt, um Probleme beim Geräusch und der Festigkeit zu vermeiden.
Gemäß einem zweiten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu dem ersten Merkmal, wird eine Ortskurve einer Bewegung des Kolbenbolzens so bestimmt, dass sie in einen Bereich fällt zwischen der X-Achse und einer geraden Linie, welche sich parallel zu der X-Achse durch eine von Positionen von Verbindungspunkten zwischen der Pleuelstange und dem ersten Arm erstreckt, wenn der Kolben an dem oberen Totpunkt ist, welcher von der X-Achse in der Richtung der Y-Achse am weitesten entfernt ist. Mit einem solchen Merkmal ist es möglich, die Reibung während des Gleitens des Kolbens zu reduzieren. Insbesondere erhält in einer ersten Hälfte eines Expansionshubs der Kolben eine große Last infolge der Verbrennung in der Verbrennungskammer, aber der Neigungswinkel der Pleuelstange kann in der ersten Hälfte des Expansionshubs unterdrückt werden und folglich ist es möglich, die Reibung zu reduzieren.
Gemäß einem dritten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung, zusätzlich zu dem ersten oder zweiten Merkmal, werden dann, wenn ein Niveau des Kolbenbolzens in der Richtung der X-Achse an dem oberen Totpunkt zu dem Zeitpunkt, da das Hubvolumen am kleinsten ist, durch Xetdc verkörpert ist; ein Niveau des Kolbenbolzens in der Richtung der X-Achse an dem oberen Totpunkt zu dem Zeitpunkt, da das Hubvolumen am größten ist, durch Xptdc verkörpert ist; und eine Breite einer oberen tragenden Fläche des Kolbens durch H1 verkörpert ist, diese Werte so bestimmt, dass eine Beziehung Xetdc – Xptdc ≤ H1 gilt.
Wenn das Hubvolumen am größten ist, wird auch ein Abschnitt an einer inneren Fläche einer Zylinderbohrung zu der Verbrennungskammer freigelegt und folglich besteht eine Möglichkeit, dass sich bei der Verbrennung erzeug ter Kohlenstoff an dem Abschnitt der inneren Fläche der Zylinderbohrung ablagert und ansammelt. Wenn dieser Zustand unberührt erhalten bleibt gleitet der an dem Kolben angebrachte Kolbenring auf den angesammelten Kohlenstoff, um auf diese Weise Nachteile wie zum Beispiel Ankleben und abormalen Verschleiß des Kolbenrings und eine schlechte Abdichtung von Verbrennungsgas zu verursachen. Indem jedoch Xetdc – Xptdc ≤ H1 gilt gemäß dem dritten Merkmal, ist es möglich, zu verhindern, dass der Kolbenring auf den angesammelten Kohlenstoff gleitet, wenn das Hubvolumen am kleinsten ist, um auf diese Weise die oben beschriebenen Nachteile zu beseitigen.
Gemäß einem vierten Aspekt und Merkmal der vorliegenden Erfindung wird zusätzlich zu irgendeinem der ersten bis dritten Merkmale die Tragwelle verlagert, um eine kreisförmige Ortskurve mit einem Radius Rp um einen Punkt zu beschreiben, welcher in der X-Y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der Y-Achse um eine Länge L5 und in der Richtung der X-Achse um eine Länge L6 beabstandet ist und wobei dann, wenn die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen auf 1,0 gesetzt ist, die Länge L1 des zweiten Arms in einen Bereich von 1,5 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L2 des ersten Arms in einen Bereich von 1,0 bis 5,5 gesetzt ist; die Länge L3 der Steuerstange in einen Bereich von 3,0 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L5 in einen Bereich von 1,2 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L6 in einen Bereich von 0,9 bis 3,8 gesetzt ist; und der Radius Rp in einen Bereich von 0,06 bis 0,76 gesetzt ist, wie auch der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, in einen Bereich von 77 bis 150° gesetzt ist.
Die Konfiguration des vierten Merkmals umfasst die Konfigurationen der zweiten und dritten Merkmale. Somit ist es möglich, die Reibung während des Gleitens des Kolbens zu reduzieren und zu verhindern, dass der Kolbenring auf den angesammelten Kohlenstoff gleitet, um auf diese Weise die Nachteile wie zum Beispiel Ankleben und abnormalen Verschleiß des Kolbenrings und eine schlechte Abdichtung von Verbrennungsgas zu beseitigen.
Die obige und andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen ersichtlich, welche zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verwendet werden.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die 1 bis 10 zeigen eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in welchen:
1 eine Vorderansicht eines Motors ist;
2 eine vertikale Schnittansicht des Motors längs einer Linie 2-2 in 3 ist;
3 eine Schnittansicht längs einer Linie 3-3 in 2 ist;
4 eine Schnittansicht längs einer Linie 4-4 in 3 ist;
5 eine vergrößerte Schnittansicht längs einer Linie 5-5 in 1 in einem Zustand geringerer Last ist;
6 eine Schnittansicht ähnlich der 5, aber in einem Zustand höherer Last ist;
7 ein Diagramm ist, welches die Anordnung eines Verbindungsmechanismus zeigt;
8 eine graphische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen der Phase einer Welle, dem Hubvolumen und dem Verdichtungsverhältnis zeigt;
9A ein Diagramm ist, welches sequenziell Betriebszustände des Verbindungsmechanismus in einem Zustand geringerer Last des Motors zeigt;
9B ein Diagramm ist, welches sequenziell Betriebszustände des Verbindungsmechanismus in einem Zustand höherer Last des Motors zeigt;
10 eine graphische Darstellung ist, welche die Beziehung zwischen dem mittleren Wirkdruck und der spezifischen Kraftstoffverbrauchsrate zeigt.
Die 11 und 12 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchen:
11 eine Vorderansicht eines Verriegelungselements ist;
12 eine Ansicht in einer Richtung eines Pfeils 12 in 11 ist.
Die 13 bis 18 zeigen eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchen:
13 eine Vorderansicht von wesentlichen Abschnitten eines Motors ist;
14 eine Schnittansicht längs einer Linie 14-14 in 13 in einem Zustand geringerer Last des Motors ist;
15 eine Schnittansicht längs einer Linie 15-15 in 14 ist;
16 eine Schnittansicht längs einer Linie 16-16 in 15 ist;
17 eine Schnittansicht ähnlich 15, aber in einem Zustand höherer Last des Motors ist;
18 eine Schnittansicht längs einer Linie 18-18 in 17 ist.
Die 19 bis 24 zeigen eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchen:
19 eine Vorderansicht von wesentlichen Abschnitten eines Motors ist;
20 eine Schnittansicht längs einer Linie 20-20 in 19 ist;
21 eine Schnittansicht längs einer Linie 21-21 in 20 in einem Zustand geringerer Last des Motors ist;
22 eine Schnittansicht längs einer Linie 22-22 in 20 in dem Zustand geringerer Last des Motors ist;
23 eine Schnittansicht ähnlich 21, aber in einem Zustand höherer Last des Motors ist;
24 eine Schnittansicht ähnlich 22, aber in einem Zustand höherer Last des Motors ist.
Die 25 bis 27 zeigen eine fünfte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, in welchen:
25A ein Diagramm ist, welches Betriebszustände eines Verbindungsmechanismus in einem Zustand geringerer Last des Motors zeigt;
25B ein Diagramm ist, welches Betriebszustände des Verbindungsmechanismus in einem Zustand höherer Last des Motors zeigt;
26A eine Schnittansicht ist, welche einen Bereich nahe einer Verbrennungskammer in dem Zustand geringerer Last des Motors zeigt;
26B eine Schnittansicht ist, welche den Bereich nahe der Verbrennungskammer in dem Zustand höherer Last des Motors zeigt; und
27 ein Diagramm ist, welches die Anordnung des Verbindungsmechanismus zeigt.
BESCHREIBUNG DER BEVORZUGTEN AUSFÜHRUNGSFORMEN
Eine erste Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun mit den 1 bis 10 beschrieben. Zuerst auf die 1 bis 3 Bezug nehmend ist ein Motor gemäß der ersten Ausführungsform ein luftgekühlter Einzylindermotor, welcher beispielsweise in einer Arbeitsmaschine oder dergleichen verwendet wird und umfasst einen Motorkörper 21, welcher aus einem Kurbelgehäuse 22, einem Zylinderblock 23, welcher in einem leicht nach oben geneigten Zustand von einer Seite des Kurbelgehäuses 22 vorsteht und einem Zylinderkopf 24, welcher mit einem Kopfabschnitt des Zylinderblocks 23 gekoppelt ist, besteht. Eine große Anzahl an Luftkühlrippen 23a und 24a sind an äußeren Flächen des Zylinderblocks 23 und des Zylinderkopfs 24 vorgesehen. Eine Montagefläche 22a an einer unteren Fläche des Kurbelgehäuses 22 ist an einem Motorblock von jeder von verschiedenen Arbeitsmaschinen angebracht.
Das Kurbelgehäuse 22 umfasst einen Gehäusekörper 25, welcher integral mit dem Zylinderblock 23 durch einen Gießvorgang ausgebildet ist und eine Seitenabdeckung 26, welche mit einem offenen Ende des Gehäusekörpers 25 gekoppelt ist und eine Kurbelwelle 27 ist drehbar an ihren entgegengesetzten Enden an dem Gehäusekörper 25 und der Seitenabdeckung 26 durch Kugellager 28 und 29 und dazwischen angeordnete Öldichtungen 30 und 31 gelagert. Ein Ende der Kurbelwelle 27 steht als ein Ausgangswellenabschnitt 27a von der Seitenabdeckung 26 hervor und das andere Ende der Kurbelwelle 27 steht als ein Zusatzmontagewellenabschnitt 27b von dem Gehäusekörper 25 hervor. Darüber hinaus ist ein Schwungrad 32 an dem Zusatzmontagewellenabschnitt 27b befestigt; ein Lüfter 35, um verschiedenen Abschnitten des Motorkörpers 21 und einem Vergaser 34 Kühlluft zuzuführen ist an einer äußeren Fläche des Schwungrads 32 durch ein Schraubenelement 36 befestigt und ein Motorstator vom Rückspultyp 37 ist an der Außenseite des Lüfters 36 angeordnet.
Eine Zylinderbohrung 39 ist in dem Zylinderblock 23 definiert und ein Kolben 38 ist verschiebbar in der Zylinderbohrung 39 aufgenommen. Eine Verbrennungskammer 40 ist zwischen dem Zylinderblock 23 und dem Zylinderkopf 24 definiert, so dass ein oberes Ende des Kolbens zu der Verbrennungskammer 40 frei liegt.
Ein Einlasskanal 41 und ein Auslasskanal 42 sind in dem Zylinderkopf 24 definiert und führen zu der Verbrennungskammer 40 und ein Einlassventil 43, um den Einlasskanal 41 und die Verbrennungskammer 40 miteinander zu verbinden und voneinander zu trennen und ein Auslassventil 44, um den Auslasskanal 42 und die Verbrennungskammer 40 miteinander zu verbinden und voneinander zu trennen sind in dem Zylinderkopf 24 so angeordnet, dass sie geöffnet und geschlossen werden können. Eine Zündkerze 45 ist in den Zylinderkopf 24 eingeschraubt, wobei ihre Elektroden zu der Verbrennungskammer 40 weisen.
Der Vergaser 34 ist mit einem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 24 verbunden und ein stromabwärtiges Ende eines in dem Vergaser 34 enthaltenen Einlassdurchgang 46 steht mit dem Einlasskanal 41 in Verbindung. Ein Einlassrohr 47, welches zu einem stromaufwärtigen Ende des Einlassdurchgangs 46 führt, ist mit dem Vergaser 34 verbunden und ist auch mit einem Luftfilter (nicht gezeigt) verbunden. Ein Auspuffrohr 48, welches zu dem Auslasskanal 42 führt, ist mit dem oberen Abschnitt des Zylinderkopfs 24 verbunden und ist auch mit einem Auspufftopf 49 verbunden. Ferner ist ein Kraftstofftank 51 oberhalb des Kurbelgehäuses 22 in einer solchen Weise angeordnet, dass er an einer Halterung 50 getragen ist, welche von dem Kurbelgehäuse 22 vorsteht.
Ein Antriebszahnrad 52 ist integral an der Kurbelwelle 27 an einer Stelle ausgebildet, welche zu der Seitenabdeckung 26 des Kurbelgehäuses 22 näher ist und ein Abtriebszahnrad 53, welches mit dem Antriebszahnrad 52 kämmt, ist an einer Nockenwelle 54 befestigt, welche drehbar in dem Kurbelgehäuse 22 getragen ist und eine Achse parallel zu der Kurbelwelle 27 hat. Somit wird eine Drehenergie von der Kurbelwelle 27 zu der Nockenwelle 4 mit einem Untersetzungsverhältnis von 1/2 durch das Antriebszahnrad 52 und das Abtriebszahnrad 53 übertragen, welche miteinander kämmen.
Die Nockenwelle 54 ist jeweils versehen mit einem Einlassnocken 55 und einem Auslassnocken 56 entsprechend dem Einlassventil 43 und dem Auslassventil 44 und ein an dem Zylinderblock 23 funktionsfähig getragenes Ventilstößelteil 57 ist im Gleitkontakt mit dem Einlassnocken 55. Andererseits ist eine Betätigungskammer 58 in dem Zylinderblock 23 und dem Zylinderkopf 24 definiert, so dass ein oberer Abschnitt des Ventilstößelteils 57 von einem unteren Abschnitt der Betätigungskammer 58 hervorsteht; und eine Stößelstange 59 ist in der Betätigungskammer 58 angeordnet, wobei ihr unteres Ende an dem Ventilstößelteil 57 anliegt. Andererseits ist ein Kipphebel 60 schwenkbar an dem Zylinderkopf 24 getragen, wobei sein eines Ende, welches an dem oberen Ende des Auslassventils 44 anliegt, in eine Schließrichtung durch eine Feder vorgespannt ist und ein oberes Ende der Stößelstange 59 liegt an dem anderen Ende des Kipphebels 60 an. Somit wird die Stößelstange 59 axial in Reaktion auf die Drehung des Einlassnockens 55 betätigt und das Einlassventil 43 wird durch die in Reaktion auf die Betätigung der Stößelstange 59 verursachte Hin- und Herbewegung des Kipphebels 60 geöffnet und geschlossen.
Ein Mechanismus ähnlich zu dem zwischen dem Einlassnocken 55 und dem Einlassventil 43 ist auch zwischen dem Auslassnocken 56 und dem Auslassventil 44 angeordnet, so dass das Auslassventil 44 in Reaktion auf die Drehung des Auslassnockens 56 geöffnet und geschlossen wird.
Auch auf 4 Bezug nehmend sind der Kolben 38, die Kurbelwelle 27 und eine Tragwelle 61, welche in dem Kurbelgehäuse 22 des Motorkörpers 21 getragen ist zur Verlagerung in einer Ebene, welche sich durch eine Zylinderachse C und orthogonal zu einer Achse der Kurbelwelle 27 erstreckt, miteinander durch einen Verbindungsmechanismus 62 verbunden.
Der Verbindungsmechanismus 62 umfasst eine Pleuelstange 64, welche an einem Ende mit dem Kolben 38 durch einen Kolbenbolzen 63 verbunden ist, einen ersten Arm 66, welcher an einem Ende mit dem anderen Ende der Pleuelstange 64 und an dem anderen Ende mit einem Kurbelzapfen 65 der Kurbelwelle 27 schwenkbar verbunden ist, einen zweiten Arm 67, welcher an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms 66 integral verbunden ist und eine Steuerstange 69, welche an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67 und an dem anderen Ende mit der Tragwelle 61 schwenkbar verbunden ist. Der erste und der zweite Arm 66 und 67 sind integral als eine Nebenstange 68 ausgebildet.
Die Nebenstange 68 umfasst einen halbkreisförmigen ersten Lagerabschnitt 70, welcher an ihrem Zwischenabschnitt vorgesehen ist, um in Gleitkontakt mit der Hälfte eines Umfangs des Kurbelzapfens 65 zu kommen, und ein Paar von gegabelten Abschnitten 71 und 72, welche an ihren entgegengesetzten Enden vorgesehen sind, so dass das andere Ende der Pleuelstange 64 und ein Ende der Steuerstange 69 dazwischen angeordnet sind. Ein halbkreisförmiger zweiter Lagerabschnitt 74, welcher in der Kurbelkappe 73 enthalten ist, ist im Gleitkontakt mit der übrigen Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens 65 der Kurbelwelle 27 und die Kurbelkappe 73 ist an der Nebenstange 68 befestigt.
Die Pleuelstange 64 ist an ihrem anderen Ende mit einem Ende der Nebenstange 68 schwenkbar verbunden, das heißt mit einem Ende des ersten Arms 66 durch einen Pleuelstangenbolzen 75, welcher in das andere Ende der Pleuelstange 64 eingepresst ist und schwenkbar an seinen entgegengesetzten Enden in den gegabelten Abschnitt 71 an einem Ende der Nebenstange 68 eingesetzt ist.
Die Steuerstange 69 ist schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Nebenstange 68 verbunden, das heißt mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67 durch einen zylindrischen Nebenstangenbolzen 76, welcher relativ drehbar durch ein Ende der Steuerstange 69 geführt ist, welche in den gegabelten Abschnitt 72 an dem anderen Ende der Nebenstange 68 eingesetzt ist und welcher an seinem entgegengesetzten Ende in den gegabelten Abschnitt 72 an dem anderen Ende der Nebenstange 68 mit Abstand eingesetzt ist. Darüber hinaus sind ein Paar Klemmen 77, 77 an dem gegabelten Abschnitt 72 an dem anderen Ende der Nebenstange 68 angebracht, um an den entgegengesetzten Enden des Nebenstangenbolzens 76 anzuliegen, um die Entfernung des Nebenstangenbolzens 76 von dem gegabelten Abschnitt 72 zu verhindern.
Die Kurbelkappe 73 ist an den gegabelten Abschnitten 71 und 72 befestigt, indem sie paarweise an entgegengesetzten Seiten der Kurbelwelle 27 ange ordnet ist, und der Pleuelstangenbolzen 75 und der Nebenstangenbolzen 76 sind an Verlängerungen von Achsen der Bolzen 78, 78 angeordnet.
Ferner auf 5 Bezug nehmend ist die zylindrische Tragwelle 61 zwischen exzentrischen Abschnitten eines Paars von Drehwellen 81 und 82 angebracht, welche koaxial angeordnet sind und Achsen parallel zu der Kurbelwelle 27 haben. Darüber hinaus ist die Drehwelle 81 an einem Tragabschnitt 83 getragen, welcher integral an einem oberen Abschnitt des Gehäusekörpers 25 des Kurbelgehäuses 22 vorgesehen ist, wobei eine Einwegkupplung 85 dazwischen angeordnet ist und die Drehwelle 82 ist an einem Tragabschnitt 84 getragen, welcher an dem Gehäusekörper 25 angebracht ist, wobei eine Einwegkupplung 86 dazwischen angeordnet ist.
Die Steuerstange 69, welche an dem anderen Ende mit der Tragwelle 61 verbunden ist, nimmt abwechselnd eine Last in einer Richtung auf, um die Steuerstange 69 zu komprimieren, und eine Last in einer Richtung, um die Steuerstange 69 zu ziehen, gemäß dem Bewegungszyklus des Motors. Da die Tragwelle 61 zwischen den exzentrischen Abschnitten der Drehwellen 81 und 82 angebracht ist, wird eine Drehkraft von der Steuerstange 69 zu einer Seite von jeder der Drehwellen 81 und 82 und eine Drehkraft zu der anderen Seite auch abwechselnd auf jede der Drehwellen 81 und 82 ausgeübt. Jedoch können die Drehwellen 81 und 82 nur in einer Richtung drehen, welche durch einen Pfeil 80 angegeben ist, da die Einwegkupplungen 85, 86 zwischen den Drehwellen 81, 82 und den Tragabschnitten 83, 84 angeordnet sind.
Ein Verriegelungselement 87 ist an einem Ende der Drehwelle 81 befestigt, welche durch eine Seitenabdeckung 26 des Kurbelgehäuses 22 drehbar zur Außenseite vorsteht. Das Verriegelungselement 87 ist in einer Scheibenform ausgebildet mit einem Haltevorsprung 88, welcher in der Umfangsrichtung an einem Punkt radial nach außen vorsteht.
Andererseits sind eine Tragplatte 90 mit einer Öffnung 89, in welche ein Abschnitt des Verriegelungselements 87 ragt, und ein Paar Halterungen 91, 91, welche von der Tragplatte 90 nach außen hin vorstehen, an einer äußeren Fläche der Seitenabdeckung 26 des Kurbelgehäuses 22 befestigt. Ein Wellenelement 92, welches an einer Stelle an der Außenseite des Verriegelungselements 78 angeordnet ist und eine Achse orthogonal zu einer Achse der Drehwelle 81 hat, ist jeweils fest an seinen entgegengesetzten Enden an den Halterungen 91, 91 gelagert.
Ein Kipphebelelement 93 ist schwenkbar an dem Wellenelement 92 getragen und hat ein Paar Eingriffsabschnitte 93a und 93b, welche mit dem Haltevorsprung 88 des Verriegelungselements 87 an Stellen in Eingriff treten können, wo ihre Phasen voneinander beispielsweise um 167° versetzt sind. Um die Position des Kipphebelelements 93 entlang der Achse des Wellenelements 92 zu bestimmen, sind zylindrische Abstandhalter 94 und 95 zwischen den Halterungen 91, 91 und dem Kipphebelelement 93 angeordnet, um das Wellenelement 92 zu umgeben. Zusätzlich ist eine Rückstellfeder 107 zwischen dem Kipphebelelement 93 und der Tragplatte 90 angebracht, um das Kipphebelelement 93 für eine Drehbewegung in einer Richtung vorzuspannen, um einen 93a der Eingriffsabschnitte 93a und 93b des Kipphebelelements 93 in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 zu bringen.
Ein Stellantrieb vom Membrantyp 97 ist mit dem Kipphebelelement 93 verbunden. Der Stellantrieb 97 umfasst ein Gehäuse 98, welches an einer Halterung 96 angebracht ist, die an der Tragplatte 90 angebracht ist, eine Membran 99, welche in dem Gehäuse 98 abgestützt ist, um die Innenseite des Gehäuses 98 in eine Unterdruckkammer 102 und eine Atmosphärendruckkammer 103 zu unterteilen, eine Feder 100, welche unter Kompression zwischen dem Gehäuse 98 und der Membran 99 angebracht ist, um eine Federkraft in einer Richtung auszuüben, um das Volumen der Unterdruckkammer 102 zu erhöhen, und eine Betätigungsstange 101, welche mit einem zentralen Abschnitt der Membran 99 verbunden ist.
Das Gehäuse 98 umfasst eine schalenförmige erste Gehäusehälfte 104, welche an der Halterung 96 angebracht ist und eine schalenförmige zweite Gehäusehälfte 105, welche mit der Gehäusehälfte 104 dicht verbunden ist. Ein Umfangsrand der Membran 99 ist zwischen die Öffnungsränder der Gehäusehälften 104 und 105 geklemmt. Die Unterdruckkammer 102 ist zwischen der Membran 99 und der zweiten Gehäusehälfte 105 definiert und die Feder 100 ist in der Unterdruckkammer 102 untergebracht.
Die Atmosphärendruckkammer 103 ist zwischen der Membran 99 und der ersten Gehäusehälfte 104 definiert. Die Betätigungsstange 101 steht durch eine Durchgangsbohrung 106, welche in einem zentralen Abschnitt der zweiten Gehäusehälfte 104 vorgesehen ist, in die Atmosphärendruckkammer 103 vor und ist an einem Ende mit einem zentralen Abschnitt der Membran 99 verbunden. Die Atmosphärendruckkammer 103 steht mit der Außenseite durch einen Spalt zwischen einem Innenumfang der Durchgangsbohrung 106 und einem Außenumfang der Betätigungsstange 101 in Verbindung.
Eine Leitung 108, welche zu der Unterdruckkammer 102 führt, ist mit der zweiten Gehäusehälfte 105 des Gehäuses 98 verbunden. Andererseits ist ein Ausgleichsbehälter 109 an der Halterung 96 an einer Stelle benachbart dem Stellantrieb 97 abgestützt. Die Leitung 108 ist mit dem Ausgleichsbehälter 109 verbunden. Eine Leitung 110, welche zu dem Ausgleichsbehälter 109 führt, ist mit einem stromabwärtigen Ende des Einlassdurchgangs 46 des Vergasers 34 verbunden. Somit wird ein in den Einlassdurchgang 46 eingezogen Einlassunterdruck in die Unterdruckkammer 102 in dem Stellantrieb 97 eingeleitet, und der Ausgleichsbehälter 109 dient dazu, das Pulsieren des Einlassunterdrucks zu dämpfen.
Das andere Ende der Betätigungsstange 101 des Stellantriebs 97 ist mit dem Kipphebelelement 93 durch eine Verbindungsstange 111 verbunden. Wenn der Motor in einem Betriebszustand geringerer Last ist, in welchem der Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 höher ist, befindet sich die Membran 99 in einem Zustand, in welchem sie so gebogen ist, dass das Volumen der Unterdruckkammer 102 gegen die Federkräfte der Rückstellfeder 107 und der Feder 100 verringert wird, wie in 5 gezeigt, so dass die Betätigungsstange 101 verkürzt wird. In diesem Zustand ist die Schwenkposition des Kipphebelelements 93 eine Position, in welcher einer 93b, der Eingriffsabschnitte 93a und 93b in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 des Verriegelungselements 87 ist.
Wenn andererseits der Motor in einen Betriebszustand höherer Last gebracht wird, in welchem der Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 niedriger ist, wird die Membran 99 so gebogen, dass das Volumen der Unterdruckkammer 102 durch die Federkräfte der Rückstellfeder 107 und der Feder 108 erhöht wird, so dass die Betätigungsstange 101 ausgedehnt wird. Somit wird das Kipphebelelement 93 zu einer Position gedreht, in welcher es gestattet, dass einer 93a der Eingriffsabschnitte 93a und 93b in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 des Verriegelungselements 87 gebracht wird.
Indem das Kipphebelelement 93 in der obigen Weise gedreht wird, wird die Drehung der Drehwellen 81 und 82, welche eine Drehkraft aufnehmen, die auf diese in einer Richtung während des Betriebs des Motors ausgeübt wird, auf eine Position beschränkt, in welcher irgendeiner der Eingriffsabschnitte 93a und 93b im Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 des Verriegelungselements 87 ist, welches zusammen mit einer 81 der Drehwellen gedreht wird. Wenn die Drehung der Drehwellen 81 und 82 an zwei Positionen gestoppt wird, welche voneinander phasenverschieden sind, zum Beispiel um 167°, wird die Tragwelle 61, welche an einer Position angeordnet ist, welche von den Achsen der Drehwellen 81 und 82 exzentrisch ist, das heißt, das andere Ende der Steuerstange 69 zwischen zwei Positionen in einer Ebene orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle 27 verlagert, wodurch das Verdichtungsverhältnis in dem Motor verändert wird.
Darüber hinaus ist der Verbindungsmechanismus 61 so aufgebaut, dass nicht nur das Verdichtungsverhältnis, sondern auch der Hub des Kolbens 38 verändert werden kann und die Dimensionsbeziehung in dem Verbindungsmechanismus 62 zu diesem Zweck wird nachfolgend unter Bezugnahme auf 7 beschrieben.
Während, wie nachfolgend beschrieben, verschiedene Abmessungen angegeben sind in einer X-Y-Ebene, welche gebildet ist durch eine X-Achse, die sich durch die Achse der Kurbelwelle 27 entlang der Zylinderachse C erstreckt, und eine Y-Achse, welche sich durch die Achse der Kurbelwelle 27 in einer Richtung orthogonal zu der X-Achse erstreckt, das heißt, eine Länge der Pleuelstange 64 durch L4 verkörpert ist; eine Länge des ersten Arms 66 durch L2 verkörpert ist; eine Länge des zweiten Arms 67 durch L1 verkörpert ist; eine Länge der Steuerstange 69 durch L3 verkörpert ist; ein Winkel, welcher durch die Pleuelstange 64 mit der X-Achse gebildet wird, durch ϕ4 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm 66 und 67 gebildet wird, durch α verkörpert ist; ein Winkel, welcher von dem zweiten Arm 67 mit der Y-Achse gebildet wird, durch Φ1 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von der Steuerstange 69 mit der Y-Achse gebildet wird, durch Φ3 verkörpert ist; ein Winkel, welcher durch eine gerade Linie, welche die Achse der Kurbelwelle 27 und den Kurbelzapfen 65 verbindet, mit der X-Achse bildet, durch Θ verkörpert ist; eine Länge zwischen der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 durch R verkörpert ist; X-Y-Koordinaten der Tragwelle durch Xpiv und Ypiv verkörpert sind; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle durch ω verkörpert ist; und ein Versatzbetrag der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 in einer Richtung der Y-Achse durch δ verkörpert ist, wird hier ein Niveau X des Kolbenbolzens 63 bestimmt gemäß: X = L4·cosΦ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθ (1)wobei
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
Hier wird eine Geschwindigkeit des Kolbenbolzens 63 in einer Richtung der X-Achse gemäß der folgenden Gleichung bestimmt durch Differenzieren der oben beschriebenen Gleichung (1): dX/dt = –L4·sinϕ4·(dϕ4/dt) + L2·cos(α + ϕ1)·(dϕ1/dt) – R·ω·sinθ (2)wobei
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)}
Eine Gleichung hat in dem Fall, wo in der oben beschriebenen Gleichung (2) dX/d = 0 ist, zwei Lösungen, wenn Θ in einem Bereich von 0 ≤ Θ ≤ 2π liegt. Wenn die zwei Lösungen mit der Bewegung eines Viertaktmotors in Verbindung gebracht werden, und wenn ein Kurbelwinkel mit dem Kolbenbolzen 63 an einem oberen Totpunkt durch Θpivtdc verkörpert wird und ein Kurbelwinkel mit dem Kolbenbolzen 63 an einem unteren Totpunkt durch Θpivbdc verkörpert wird, wird die Position des Kolbenbolzens 63 in jedem der Kurbelwinkel Θpivtdc und Θpivbdc bestimmt, indem Θpivtdc und Θpivbdc in die oben beschriebene Gleichung (1) eingesetzt werden. Wenn die Position des Kolbenbolzens 63 an dem oberen Totpunkt in der Richtung der X-Achse durch Xpivtdc verkörpert ist und die Position des Kolbenbolzens 63 an dem unteren Totpunkt in der Richtung der X-Achse durch Xpivbdc verkörpert ist, wird in diesem Fall ein Hub Spiv des Kolbenbolzens 63 erhalten gemäß (Xpivtdc – Xpivbdc).
Wenn hier ein Innendurchmesser der Zylinderbohrung 39 durch B verkörpert ist, wird ein Hubvolumen Vhpiv bestimmt gemäß {Vhpiv = Spiv·(B²/4)·π} und wenn das Volumen der Verbrennungskammer an dem oberen Totpunkt durch Vapiv verkörpert ist, wird ein Verdichtungsverhältnis ∊piv bestimmt gemäß {∊piv = 1 + (Vhpiv/Vapiv)}.
In der obigen Weise werden ein Hubvolumen Vhpiv0 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv, wenn die Tragwelle 61 in einer ersten Position ist und ein Hubvolumen Phpiv1 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv, wenn die Tragwelle 61 von der ersten Position zu einer zweiten Position verlagert wurde, bestimmt und 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 Betrag δ des Versatzes von der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 in der Richtung der Y-Achse und der Winkel α, welcher durch den ersten und den zweiten Arm 66 und 67 gebildet ist, werden derart bestimmt, dass die folgenden Beziehungen erfüllt sind: Vhpiv1 > Vhpiv0 wenn ∊piv1 < ∊piv0 Vhpiv1 < Vhpiv0 wenn ∊piv1 > ∊piv0
Wenn die verschiedenen Werte in der obigen Weise bestimmt sind, werden das Hubvolumen Vhpiv und das Verdichtungsverhältnis ∊piv in entgegengesetzten Richtungen gemäß der Änderung der Phase der Tragwelle 61 verändert, wie in 8 gezeigt. Wenn daher das Hubvolumen größer ist, kann der Motor mit einem niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben werden und wenn das Hubvolumen kleiner ist, kann der Motor mit einem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben werden.
Mit anderen Worten, wenn die Tragwelle 61 in einer Position ist, welche dem Zustand geringerer Last des Motors entspricht, wird der Verbindungsmechanismus 62 betätigt, wie in 9A gezeigt und wenn die Tragwelle 61 in einer Position ist, welche dem Zustand höherer Last des Motors entspricht, wird der Verbindungsmechanismus 62 betätigt, wie in 9B gezeigt und der Hub Spiv des Kolbenbolzens 63 in dem Zustand höherer Last des Motors wird größer als der Hub Spiv des Kolbenbolzens 63 in dem Zustand geringerer Last des Motors. Darüber hinaus ist das Verdichtungsverhältnis in dem Zustand geringerer Last des Motors größer als das Verdichtungsverhältnis in dem Zustand höherer Last des Motors und folglich, wenn die Last niedriger ist, wird der Motor mit einem kleineren Hubvolumen und einem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben und wenn die Last höher ist, wird der Motor mit einem größeren Hubvolumen und einem kleineren Verdichtungsverhältnis betrieben.
Die Funktionsweise der ersten Ausführungsform wird nachfolgend beschrieben. Der Verbindungsmechanismus umfasst die Pleuelstange 64, welche an einem Ende mit dem Kolben 38 durch den Kolbenbolzen 63 verbunden ist, den ersten Arm 66, welcher schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Pleuelstange 64 und an dem anderen Ende mit der Kurbelwelle 27 durch den Kurbelzapfen 65 verbunden ist, den zweiten Arm 67, welcher integral an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms 66 verbunden ist, um die Nebenstange 68 im Zusammenwirken mit dem ersten Arm 66 zu bilden und die Steuerstange 69, welche an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms 67 schwenkbar verbunden ist. Das Verdichtungsverhältnis ist in einer solchen Weise variabel, dass die Tragwelle 61, welche das andere Ende der Steuerstange 69 abstützt, gemäß dem Betriebszustand des Motors verlagert wird. Darüber hinaus sind 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 Betrag δ vom Versatz der Zylinderachse C von der Achse der Kurbelwelle 27 in der Richtung der Y-Achse und der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm 66 und 67 gebildet wird, passend so gesetzt, dass der Hub des Kolbenbolzens 63 auch variabel ist. Daher wird der Motor mit dem niedrigeren Verdichtungsverhältnis betrieben, wenn das Hubvolumen größer ist und der Motor wird mit dem höheren Verdichtungsverhältnis betrieben, wenn das Hubvolumen kleiner ist.
Somit kann durch einen Betrieb des Motors bei dem kleineren Hubvolumen und dem höheren Verdichtungsverhältnis in dem Zustand geringerer Last des Motors die thermische Effizienz verbessert werden, so dass die Kraftstoffverbrauchsrate reduziert werden kann, wie durch eine durchgezogene Linie in 10 gezeigt, im Vergleich zum Stand der Technik, welcher durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist, um auf diese Weise eine Verringerung des Kraftstoffverbrauchs vorzusehen. Durch einen Betrieb des Motors mit dem größeren Hubvolumen und dem kleineren Verdichtungsverhältnis in dem Zustand höherer Last des Motors kann verhindert werden, dass die Explosionslast und der Druck in dem Zylinder übermäßig ansteigt, um auf diese Weise Geräusch- oder Festigkeitsprobleme zu vermeiden.
Der erste und der zweite Arm 66 und 67 bilden durch ein Zusammenwirken die Nebenstange 68, welche den halbkreisförmigen ersten Lagerabschnitt 70 hat, welcher in Gleitkontakt mit der Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens 65 angeordnet ist. Die Pleuelstange 64 ist schwenkbar mit einem Ende der Nebenstange 68 verbunden und die Steuerstange 69 ist schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Nebenstange 68 verbunden. Die Kurbelkappe 73, welche den halbkreisförmigen Lagerabschnitt 74 hat, welcher in Gleitkontakt mit der übrigen Hälfte des Umfangs des Kurbelzapfens 65 gebracht ist, ist an dem Paar von halbkreisförmigen gegabelten Abschnitten 71 und 72 befestigt, welche integral an der Nebenstange 68 vorgesehen sind, in einer solchen Weise, dass das andere Ende der Pleuelstange 64 und das eine Ende der Steuerstange 69 zwischen den halbkreisförmigen gegabelten Abschnitten 71 und 72 angeordnet sind. Somit ist es möglich, die Steifigkeit der Nebenstange 68 zu erhöhen, welche an dem Kurbelzapfen 65 angebracht ist.
Zusätzlich ist der Pleuelstangenbolzen 75, welcher in das andere Ende der Pleuelstange 64 eingepresst ist, drehbar an seinen entgegengesetzten Enden in einen 71 der gegabelten Abschnitte eingesetzt und der Nebenstangenbolzen 67, welcher relativ drehbar durch ein Ende der Steuerstange 69 geführt ist, ist an seinen gegenüberliegenden Enden in den anderen gegabelten Abschnitt 72 mit Abstand eingesetzt. Daher werden der Abschnitt von dem Kolben 38 zu der Nebenstange 68 und die Steuerstange 69 getrennt in den Motor montiert und die Nebenstange 68 und die Steuerstange 69 können dann miteinander verbunden werden. Auf diese Weise kann der Montagevorgang erleichtert werden, während die Montagegenauigkeit erhöht wird und als Ergebnis kann eine Vergrößerung des Motors vermieden werden.
Da darüber hinaus der Pleuelstangenbolzen 75 und die Nebenstange 76 an den Verlängerungen der Achsen der Bolzen 78 zum Befestigen der Kurbelkappe 73 an der Nebenstange 68 angeordnet sind, können die Nebenstange 68 und die Kurbelkappe 73 kompakt konstruiert werden, wodurch das Gewicht der Nebenstange 68 und der Kurbelkappe 73 reduziert werden kann und der Energieverlust kann auch unterdrückt werden.
Zusätzlich sind das Paar von Drehwellen 81 und 82 an dem Tragabschnitt 83 getragen, welcher integral an dem Gehäusekörper 25 des Kurbelgehäuses 22 in dem Motorkörper 21 vorgesehen ist, wie auch an dem Tragelement 84, welches an dem Gehäusekörper 25 angebracht ist, wobei die Einwegkupplungen 85 und 86 dazwischen angeordnet sind, und die Tragwelle 61 ist zwischen den exzentrischen Positionen der Drehwellen 81 und 82 angebracht.
Da darüber hinaus die Tragwelle 61 gemäß dem Bewegungszyklus des Motors abwechselnd die Last in der Richtung aufnimmt, um die Steuerstange 69 zusammen zu drücken, und die Last in der Richtung aufnimmt, um die Steuerstange 69 zu ziehen, werden eine Last zum Drehen der Drehwellen 81 und 82 in einer Richtung und eine Last zum Drehen der Drehwellen 81 und 82 in der anderen Richtung abwechselnd auf die Drehwellen 81 und 82 ausgeübt. Jedoch können die Drehwellen 81 und 82 aufgrund der Funktion der Einwegkupplungen 85 und 86 nur in einer Richtung drehen.
Ferner ist das Verriegelungselement 87, welches den Haltevorsprung 88 an dem einen Punkt in Umfangsrichtung hat, an einem Ende der Drehwelle 81 befestigt, welche von der Seitenabdeckung 26 in dem Motorkörper 21 vorsteht, und das Kipphebelelement 93, welches das Paar von Eingriffsabschnitten 93a und 93b hat, welche in Phasen von beispielsweise 167° versetzt sind und mit dem Haltevorsprung 88 des Verriegelungselements 87 in Eingriff gebracht werden können, ist schwenkbar an dem Wellenelement 92 getragen, weiches an dem Motorkörper 21 befestigt ist und die Achse orthogonal zu der Drehwelle 81 hat. Das Kipphebelelement 93 wird durch die Rückstellfeder 107 in die Richtung vorgespannt, um einen der Eingriffsabschnitte 93a und 93b in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 zu bringen.
Andererseits umfasst die Stelleinrichtung vom Membrantyp 97 die Membran 99, deren gegenüberliegende Seiten zu der Unterdruckkammer 102, welche zu dem Einlassdurchgang 46 in dem Vergaser 34 führt, und zu der Atmosphärendruckkammer 103, welche in die atmosphärische Luft öffnet, weisen und deren Umfangsrand durch das Gehäuse 98 geklemmt ist, und an dem Motorkörper 21 abgestützt ist und mit dem Kipphebelelement 93 in einer solchen Weise verbunden ist, dass das Kipphebelelement 93 in einer Richtung entgegengesetzt zu der Federvorspannrichtung gemäß einer Zunahme im Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 gedreht wird.
Durch die Betätigung des Stellantriebs 97 durch die Last auf den Motor können nämlich die Drehwellen 81 und 82, das heißt die Tragwelle 61 zu einem von zwei Punkten verlagert und an diesem gehalten werden, welche in der Phase voneinander verschieden sind, beispielsweise um 167°, und die Tragwelle 61, das heißt, das andere Ende der Steuerstange 69 kann zwischen einer Position, welche dem höheren Verdichtungsverhältnis entspricht, und einer Position, welche dem niedrigeren Verdichtungsverhältnis entspricht, verlagert werden. Darüber hinaus ermöglicht es die Verwendung des Stellantriebs vom Membrantyp 97, den Energieverlust des Motors bei der Verlagerung der Steuerstange 69 zu minimieren, während eine Vergrößerung des Motors und eine komplizierte Anordnung in dem Motor vermieden wird.
Die 11 und 12 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. In der zweiten Ausführungsform sind Mehrzahlen von Stufen 112a und 112b an Eingriffsabschnitten 93a und 93b eines Taktelements 93 ausgebildet und in einer Umfangsrichtung eines Verriegelungselements 87 (siehe 5 und 6) derart angeordnet, dass sie sequenziell mit einem Haltevorsprung 88 (siehe 5 und 6) in Reaktion auf das Drehen des Verriegelungselements 87 in Eingriff treten.
Indem gemäß der zweiten Ausführungsform bewirkt wird, dass der Haltevorsprung 88 mit den Stufen 112a und 112b in Eingriff tritt, wird die Umfangsposition des Verriegelungselements 87 in Stufen derart verändert, dass das Verdichtungsverhältnis noch genauer verändert werden kann.
Eine dritte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 13 bis 18 beschrieben. Zuerst auf die 13 und 14 Bezug nehmend sind entgegengesetzte Enden einer Tragwelle 61, welche drehbar mit dem anderen Ende der Steuerstange 69 verbunden ist, zwischen exzentrischen Wellenabschnitten 113a und 114a eines Paars von Drehwellen 113 und 114 angeordnet, welche koaxial zueinander angeordnet sind und Achsen parallel zu der Kurbelwelle 27 haben. Die Drehwellen 113 und 114 sind drehbar in dem Kurbelgehäuse 22 getragen, wobei ein Paar von Einwegkupplungen 85 und 86 zwischen ihnen angeordnet sind.
Darüber hinaus ist ein Haltevorsprung 115 integral an dem exzentrischen Wellenabschnitt 113a von einer 113 der Drehwellen an einen Punkt in Umfangsrichtung integral vorgesehen, um radial nach außen vorzustehen.
Ein Wellenelement 116 ist drehbar orthogonal zu den Achsen der Drehwellen 113 und 114 derart angebracht, dass es sich durch den Gehäusekörper 25 des Kurbelgehäuses 22 in das Kurbelgehäuse 22 erstreckt und ist drehbar an einem Ende an einem Tragabschnitt 117 getragen, welcher an dem Kurbelgehäuse 22 vorgesehen ist.
Ein Hebel 118 ist an dem anderen Ende des Wellenelements 116 befestigt, welches von dem Kurbelgehäuse 22 vorsteht, und ein Stellantrieb vom Membrantyp 97 ist mit dem Hebel 118 verbunden.
Ein Kipphebelelement 119 ist an dem Wellenelement 116 zwischen einer inneren Fläche einer Seitenwand des Kurbelgehäuses 22 und dem Tragabschnitt 117 befestigt, um das Wellenelement 116 zu umgeben und ein Paar von Eingriffsabschnitten 119a und 119b sind an dem Kipphebelelement 119 vorgesehen, wobei ihre Phasen voneinander versetzt sind, beispielsweise um 167°, so dass sie in Eingriff mit dem Haltevorsprung 115 gebracht werden können. Eine Rückstellfeder 120 ist zwischen dem Kipphebelelement 119 und dem Kurbelgehäuse 22 angebracht, um das Kipphebelelement 119 für eine Drehbewegung in einer Richtung vorzuspannen, um einen 119a der Eingriffsabschnitte 119a und 119b des Kipphebelelements 119 in Eingriff mit dem Haltevorsprung 115 zu bringen.
Wenn der Motor in einem Betriebszustand geringerer Last ist, in welchem ein Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 in dem Stellantrieb 97 höher ist, ist die Betätigungsstange 101 in einem Berührungszustand. In diesem Zustand ist die Drehposition des Kipphebelelements 119 eine Position, in welcher einer 119b der Eingriffsabschnitte 119a und 119b im Eingriff mit dem Haltevorsprung 115 ist, wie in den 15 und 16 gezeigt.
Wenn andererseits der Motor in einen Betriebszustand höherer Last gebracht ist, in welchem der Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 niedriger ist, wird die Membran 99 gebogen, um das Volumen der Unterdruckkammer 102 zu erhöhen und die Betätigungsstange 101 wird ausgedehnt. Somit kann einer 119a der Eingriffsabschnitte 119a und 119b zu einer Position gedreht werden, in welcher er mit dem Halteabschnitt 115 im Eingriff ist, wie in den 17 und 18 gezeigt.
Auf diese Weise wird die Tragwelle 61, das heißt das andere Ende der Steuerstange 69, zwischen zwei Positionen in einer Ebene orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle 27 verlagert durch das Drehen des Kipphebelelements 119, wie oben beschrieben, wodurch das Verdichtungsverhältnis und der Hub des Motors verändert werden.
Auch gemäß der dritten Ausführungsform kann der selbe Effekt wie in der ersten Ausführungsform bereitgestellt werden.
Eine vierte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird nun unter Bezugnahme auf die 19 bis 24 beschrieben. Zuerst auf die 19 und 20 Bezug nehmend sind die entgegengesetzten Enden einer Tragwelle 61 drehbar mit dem anderen Ende der Steuerstange 69 verbunden und zwischen exzentrischen Wellenabschnitten 113a und 114a eines Paars von Drehwellen 113 und 114 angeordnet, welche koaxial zueinander angeordnet sind und Achsen parallel zu der Kurbelwelle 27 haben. Die Drehwellen 113 und 114 sind drehbar in dem Kurbelgehäuse 22 getragen, wobei ein Paar Einwegkupplungen 85 und 86 zwischen ihnen angeordnet sind.
Darüber hinaus erstreckt sich die Drehwelle 113 durch einen Tragabschnitt 121, welcher an dem Kurbelgehäuse 22 vorgesehen ist und ein scheibenförmiges Verriegelungselement 87, welches einen Haltevorsprung 88 hat, der radial auswärts an einem Punkt in Umfangsrichtung vorsteht, ist an einem Ende der Drehwelle 113 befestigt.
Ein Wellenelement 116 ist drehbar orthogonal zu den Achsen der Drehwellen 113 und 114 angebracht, um sich durch die Seitenabdeckung an dem Kurbelgehäuse 22 in das Kurbelgehäuse 22 zu erstrecken und ist drehbar an einem Ende an einem Tragabschnitt 117 getragen, welcher an dem Kurbelgehäuse 22 vorgesehen ist.
Ein Hebel 118 ist an dem anderen Ende des Wellenelements 116 befestigt, welches von dem Kurbelgehäuse 22 vorsteht und ein Stellantrieb vom Membrantyp 97 ist mit dem Hebel 118 verbunden.
Ein Kipphebelelement 121 ist an dem Wellenelement 116 zwischen einer Innenfläche einer Seitenwand des Kurbelgehäuses 22 und dem Tragabschnitt 117' befestigt und ein Paar von Eingriffsabschnitten 121a und 121b sind an dem Kipphebelelement 121 vorgesehen, wobei ihre Phasen voneinander beispielsweise um 167° versetzt sind, so dass sie in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 gebracht werden können. Eine Rückstellfeder 122 ist zwischen dem Kipphebelelement 121 und dem Kurbelgehäuse 22 angebracht und spannt das Kipphebelelement 121 für eine Drehbewegung in einer Richtung vor, um einen 121a der Eingriffsabschnitte 121a und 121b des Kipphebelelements 121 in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 zu bringen.
Wenn der Motor in einem Betriebszustand geringerer Last ist, in welchem ein Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 in dem Stellantrieb 97 höher ist, ist die Betätigungsstange 101 in einem Berührungszustand. In diesem Zustand ist die Drehposition des Kipphebelelements 121 eine Position, in welcher einer 121b der Eingriffsabschnitte 121a und 121b in Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 ist, wie in den 21 und 22 gezeigt.
Wenn andererseits der Motor in einen Betriebszustand höherer Last gebracht ist, in welchem der Unterdruck in der Unterdruckkammer 102 niedriger ist, wird die Membran 99 durchgebogen, um das Volumen der Unterdruckkammer 102 zu erhöhen und die Betätigungsstange 101 wird ausgedehnt. Somit kann einer 121a der Eingriffsabschnitte 121a und 121b zu einer Position gedreht werden, in welcher er im Eingriff mit dem Haltevorsprung 88 ist, wie in den 23 und 24 gezeigt.
Auf diese Weise wird die Tragwelle 61, das heißt das andere Ende der Steuerstange 69 zwischen zwei Positionen in einer Ebene orthogonal zu der Achse der Kurbelwelle 27 verlagert, indem das Kipphebelelement 121 wie oben beschrieben gedreht wird, wodurch das Verdichtungsverhältnis und der Hub des Motors verändert werden.
Auch gemäß der vierten Ausführungsform kann derselbe Effekt wie in der ersten Ausführungsform bereitgestellt werden.
Wenn der Kolben 38 in einer ersten Hälfte eines Expansionshubs ist, wird eine große Last auf den Kolben 38 durch die Verbrennung in der Verbrennungskammer ausgeübt, aber wenn der Neigungswinkel der Pleuelstange 64 zu dem Zeitpunkt größer ist, ist der Kontaktdruck des Kolbens 38 mit der Innenfläche der Zylinderbohrung 39 größer, was zu einer Zunahme der Reibung führt. Wenn das Hubvolumen in dem Zustand höherer Last des Motors am größten ist, wird auch ein Abschnitt der Innenfläche der Zylinderbohrung 39 zu der Verbrennungskammer 40 frei gelegt und es besteht eine Möglichkeit, dass sich aus der Verbrennung erzeugter Kohlenstoff an dem Abschnitt der Innenfläche der Zylinderbohrung 39 ablagert und ansammelt. In diesem intakt gehaltenen Zustand, wenn das Hubvolumen auf ein Minimum in dem Zustand geringerer Last des Motors reduziert ist, gleitet der Kolbenring, welcher an dem Kolben 38 angebracht ist, auf den angesammelten Kohlenstoff, was Nachteile, wie zum Beispiel Ankleben und abnormalen Verschleiß des Kolbenrings und eine schlechte Abdichtung des Verbrennungsgases verursacht. Daher wird nachfolgend in einer fünften Ausführungsform eine Anordnung beschrieben, welche so ausgebildet ist, dass solche Nachteile beseitigt werden können.
Um die Reibung zu reduzieren, wird eine Ortskurve einer Bewegung des Kolbenbolzens 63 so bestimmt, dass sie in einen Bereich fällt zwischen der X-Achse und einer geraden Linie, welche sich parallel zu der X-Achse durch einen von Verbindungspunkten zwischen der Pleuelstange 64 und dem ersten Arm 66 erstreckt, wenn der Kolben 38 an dem oberen Totpunkt ist, das heißt, einer von Positionen des Pleuelstangenbolzens 75, welche von der X-Achse in der Richtung der Y-Achse am weitesten entfernt ist.
Insbesondere wird in dem Zustand geringerer Last des Motors, wie in 25A gezeigt, der Verbindungsmechanismus 62 zwischen einem Zustand, in welchem der Kolben 38 an dem oberen Totpunkt ist (ein Zustand, der durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist), und einem Zustand, in welchem der Kolben 38 an dem unteren Totpunkt ist (ein Zustand, welcher durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist) betrieben und es gibt einen Abstand δye entlang der Y-Achse zwischen der X-Achse und einer geraden Linie Le, welche sich parallel zu der X-Achse durch die Position des Pleuelstangenbolzens 75 erstreckt, wenn der Kolben 38 an dem oberen Totpunkt ist. Andererseits wird in einem Zustand höherer Last des Motors, wie in 25B gezeigt, der Verbindungsmechanismus 62 zwischen einem Zustand, in welchem der Kolben 38 an dem oberen Totpunkt ist (ein Zustand, welcher durch eine durchgezogene Linie gezeigt ist), und einem Zustand, in welchem der Kolben 38 an dem unteren Totpunkt ist (ein Zustand, welcher durch eine gestrichelte Linie gezeigt ist) betrieben und es gibt einen Abstand δyp längs der Y-Achse zwischen der X-Achse und einer geraden Linie Lp, welche sich parallel zu der X-Achse durch die Position des Pleuelstangenbolzens 75 erstreckt, wenn der Kolben 38 an dem oberen Totpunkt ist, wobei δye < δyp. Daher kann die Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens 63 so bestimmt werden, dass sie in einen Bereich zwischen der geraden Linie Lp und der X-Achse fällt.
Wenn die Ortskurve der Bewegung des Kolbenbolzens 63 in der oben beschriebenen Weise bestimmt wird, kann der Neigungswinkel der Pleuelstange 64 in der ersten Hälfte des Expansionshubs unterdrückt werden, obwohl der Kolben die größere Last infolge der Verbrennung in der Verbrennungskammer 40 in der ersten Hälfte des Expansionshubs aufnimmt. Daher kann die Reibung reduziert werden, während die Zunahme des Kontaktdrucks des Kolbens 38 mit der Innenfläche der Zylinderbohrung 39 verhindert werden kann.
Die Kolbenringe 125, 126 und 127 sind an dem Kolben 38 angebracht, wie in den 26A und B gezeigt, und wenn eine Breite einer oberen tragenden Fläche 38a, welche ein Bereich ist, der sich von einem 125 der Kolbenringe 125 bis 127 an dem Kolben 38 zu der Verbrennungskammer 40 erstreckt, durch H1 verkörpert ist; ein Niveau des Kolbenbolzens 63 längs der X-Achse an dem oberen Totpunkt, wenn das Hubvolumen in dem Zustand geringerer Last des Motors am kleinsten ist, wie in 26A gezeigt, durch Xetdc verkörpert ist; und ein Niveau des Kolbenbolzens 63 entlang der X-Achse an dem oberen Totpunkt, wenn das Hubvolumen in dem Zustand höherer Last des Motors am größten ist, wie in 26B gezeigt, durch Xptdc verkörpert ist, werden diese Werte so bestimmt, dass eine Beziehung Xetdc – Xptdc ≤ H1 erfüllt ist.
Wenn die Werte wie oben beschrieben bestimmt werden, wenn das Hubvolumen in dem Zustand höherer Last des Motors am größten ist, wird auch ein Abschnitt der inneren Fläche der Zylinderbohrung 39 zu der Verbrennungskammer 40 exponiert und es besteht eine Möglichkeit, dass sich von der Verbrennung erzeugter Kohlenstoff an dem Abschnitt der inneren Fläche der Zylinderbohrung 39 ablagert und ansammelt. Wenn jedoch das Hubvolumen in dem Zustand geringerer Last des Motors am kleinsten ist, ist es möglich zu verhindern, dass einer 125 der Kolbenringe 125 bis 127, welche an dem Kolben 38 angebracht sind, welcher der Verbrennungskammer 40 am nächsten ist, auf den angesammelten Kohlenstoff gleitet. Daher ist es möglich, die Nachteile wie zum Beispiel Ankleben und abnormaler Verschleiß des Kolbenrings 125 und eine schlechte Abdichtung von Verbrennungsgas zu beseitigen.
Wie in 27 gezeigt, wird die Tragwelle 61 verlagert, um eine kreisförmige Ortskurve mit einem Radius Rp um einen Punkt zu beschreiben, welcher in der X-Y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle 27 in der Richtung der Y-Achse um eine Länge L5 und in der Richtung der X-Achse um eine Länge L6 beabstandet ist. Während eine Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle 27 und dem Kurbelzapfen 65 auf 1,0 gesetzt ist; ist die Länge L1 des zweiten Arms 67 in einen Bereich von 1,5 bis 6,0 gesetzt; ist die Länge L2 des ersten Arms 66 in einen Bereich von 1,0 bis 5,5 gesetzt; ist die Länge L3 der Steuerstange 69 in einen Bereich von 3,0 bis 6,0 gesetzt; ist die Länge L5 in einen Bereich von 1,2 bis 6,0 gesetzt; ist die Länge L6 in einen Bereich von 0,9 bis 3,8 gesetzt; und ist der Radius Rp in einen Bereich von 0,06 bis 0,76 gesetzt, wie auch der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm 66 und 67 gebildet wird, in einen Bereich von 67 bis 150° gesetzt ist.
Wenn die Abmessungen der verschiedenen Abschnitte des Verbindungsmechanismus 62 wie oben beschrieben bestimmt werden, kann der Winkel der Neigung der Pleuelstange 64 in der ersten Hälfte des Expansionshubs unterdrückt werden. Wenn darüber hinaus das Hubvolumen am kleinsten ist, ist es möglich zu verhindern, dass der Kolbenring 125 auf den an der Innenfläche der Zylinderbohrung 39 angesammelten Kohlenstoff gleitet. Daher ist es möglich, die Reibung während des Gleitens des Kolbens zu reduzieren und die Nachteile wie zum Beispiel Kleben und abnormaler Verschleiß des Kolbenrings und eine schlechte Abdichtung von Verbrennungsgas zu beseitigen.
Obwohl die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung detailliert beschrieben wurden, ist verständlich, dass die vorliegende Erfindung nicht auf die oben beschriebenen Ausführungsformen beschränkt ist und dass verschiedenen Modifikationen im Design vorgenommen werden können, ohne vom Geist und Schutzbereich der Erfindung abzuweichen, wie er in den Ansprüchen definiert ist.
Obwohl der Stellantrieb vom Membrantyp 97 in den Ausführungsformen dafür verwendet wird, die Tragwelle 61 zu verlagern, kann beispielsweise ein elektronisch gesteuerter/geregelter Umschaltmechanismus, welcher einen Elektromotor oder dergleichen verwendet, zur Verlagerung der Tragwelle 61 verwendet werden.
Ein Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis umfasst eine Pleuelstange, welche mit einem Kolben verbunden ist, einen ersten Arm, welcher schwenkbar mit der Pleuelstange und mit einer Kurbelwelle durch einen Kurbelzapfen verbunden ist, einen zweiten Arm, welcher integral mit dem ersten Arm verbunden ist, eine Steuerstange, welche schwenkbar mit dem zweiten Arm verbunden ist und eine verlagerbare Tragwelle zum Abstützen des anderen Endes der Pleuelstange für eine Drehbewegung. In dem Motor werden ein Hubvolumen Vhpiv0 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv0 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in irgendeiner ersten Position ist, und ein Hubvolumen Vhpiv1 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv1 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in einer zweiten Position ist, welche von der ersten Position verlagert ist, bestimmt und eine Beziehung Vhpiv1 > Vhpiv0 ist erfüllt, wenn ∊piv1 < ∊piv0 ist und eine Beziehung Vhpiv1 < Vhpiv0 ist erfüllt, wenn ∊piv1 > ∊piv0 ist.

Claims

Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis, umfassend eine Pleuelstange, welche an einem Ende mit einem Kolben durch einen Kolbenbolzen verbunden ist, einen ersten Arm, welcher schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende der Pleuelstange und an dem anderen Ende mit einer Kurbelwelle durch einen Kurbelzapfen verbunden ist, einen zweiten Arm, welcher integral an einem Ende mit dem anderen Ende des ersten Arms verbunden ist, eine Steuerstange, welche schwenkbar an einem Ende mit dem anderen Ende des zweiten Arms verbunden ist, und eine Tragwelle, um das andere Ende der Steuerstange für eine Drehbewegung zu lagern, wobei die Position der Tragwelle in einer X-Y-Ebene verlagerbar ist, welche durch eine X-Achse, die sich durch eine Achse der Kurbelwelle entlang einer Zylinderachse erstreckt, und eine Y-Achse, welche sich durch die Achse der Kurbelwelle in einer Richtung orthogonal zu der X-Achse erstreckt, gebildet ist, wobei dann, wenn eine Länge der Pleuelstange durch L4 verkörpert ist; eine Länge des ersten Arms durch L2 verkörpert ist; eine Länge des zweiten Arms durch L1 verkörpert ist; eine Länge der Steuerstange durch L3 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von der Pleuelstange mit der X-Achse gebildet ist, durch ϕ4 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, durch α verkörpert ist; ein Winkel, weicher von dem zweiten Arm mit der Y-Achse gebildet ist, durch ϕ1 verkörpert ist; ein Winkel, welcher von der Steuerstange mit der Y-Achse gebildet ist, durch ϕ3 verkörpert ist, ein Winkel, welcher von einer geraden Linie, welche die Achse der Kurbelwel le und den Kurbelzapfen verbindet, mit der X-Achse gebildet ist, durch Θ verkörpert ist; eine Länge zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen durch R verkörpert ist; X-Y-Koordinaten der Tragwelle durch Xpiv und Ypiv verkörpert sind; eine Drehwinkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle durch ω verkörpert ist; und ein Versatzbetrag der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in einer Richtung der Y-Achse durch δ verkörpert ist, die folgende Gleichung gilt: –L4·sinϕ4·dϕ4/dt + L2·cos(α + ϕ1)·dϕ1/dt – R·ω·sinθ = 0wobei ϕ4 = arcsin{L2·cos(α + ϕ1 + R·sinθ – δ}/L4 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} ϕ1 = arcsin{(L3² – L1² – C² – D²)/2·L1·√(C² + D²)} – arctan(C/D) C = Ypiv – Rsinθ D = Xpiv – Rcosθ dϕ1/dt = ω·R·cos(θ – ϕ3)/(L1·sin(ϕ1 + ϕ3)}, und wobei die Kurbelwinkel Θ an einem oberen Totpunkt und einem unteren Totpunkt des Kolbenbolzens zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in einer ersten Position ist, bestimmt werden, indem L1 bis L4, δ und R, die jeweils auf irgend einen Wert gesetzt sind, in die Gleichung eingesetzt werden; ein Hubvolumen Vhpiv0 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv0 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in der ersten Position ist, und ein Hubvolumen Vhpiv1 und ein Verdichtungsverhältnis ∊piv1 zu dem Zeitpunkt, da die Tragwelle in einer zweiten Position ist, welche von der ersten Position verlagert ist, aus der folgenden Gleichung bestimmt werden, welche ein Niveau X des Kolbenbolzens in den beiden Kurbelwinkeln Θ darstellt: X = L4·cosΦ4 + L2·sin(α + ϕ1) + R·cosθ;und die Länge L1 des zweiten Arms, die Länge L2 des ersten Arms, die Länge L3 der Steuerstange, die Länge L4 der Pleuelstange, der Betrag δ des Versatzes der Zylinderachse von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der Y-Achse und der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, derart bestimmt sind, dass die folgenden Beziehungen erfüllt sind: Vhpiv1 > Vhpiv0 wenn ∊piv1 < ∊piv0,und Vhpiv1 < Vhpiv0 wenn ∊piv1 > ∊piv0.
Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1, wobei eine Ortskurve einer Bewegung des Kolbenbolzens so bestimmt wird, dass sie in einen Bereich fällt zwischen der X-Achse und einer geraden Linie, welche sich parallel zu der X-Achse durch eine von Positionen von Verbindungspunkten zwischen der Pleuelstange und dem ersten Arm erstreckt, wenn der Kolben an dem oberen Totpunkt ist, welcher von der X-Achse in der Richtung der Y-Achse am weitesten entfernt ist.
Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1 oder 2, wobei dann, wenn ein Niveau des Kolbenbolzens in der Richtung der X-Achse an dem oberen Totpunkt zu dem Zeitpunkt, da das Hubvolumen am kleinsten ist, durch Xetdc verkörpert ist; ein Niveau des Kolbenbolzens in der Richtung der X-Achse an dem oberen Totpunkt zu dem Zeitpunkt, da das Hubvolumen am größten ist, durch Xptdc verkörpert ist; und eine Breite einer oberen tragenden Fläche des Kolbens durch H1 verkörpert wird, diese Werte so bestimmt werden, dass eine Beziehung Xetdc – Xptdc ≤ H1 gilt.
Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis gemäß Anspruch 1, wobei die Tragwelle verlagert wird, um eine kreisförmige Ortskurve mit einem Radius Rp um einen Punkt zu beschreiben, welcher in der X-Y-Ebene von der Achse der Kurbelwelle in der Richtung der Y-Achse um eine Länge L5 und in der Richtung der X-Achse um eine Länge L6 beabstandet ist und wobei dann, wenn die Länge R zwischen der Achse der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen auf 1,0 gesetzt ist, die Länge L1 des zweiten Arms in einen Bereich von 1,5 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L2 des ersten Arms in einen Bereich von 1,0 bis 5,5 gesetzt ist; die Länge L3 der Steuerstange in einen Bereich von 3,0 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L5 in einen Bereich von 1,2 bis 6,0 gesetzt ist; die Länge L6 in einen Bereich von 0,9 bis 3,8 gesetzt ist; und der Radius Rp in einen Bereich von 0,06 bis 0,76 gesetzt ist, wie auch der Winkel α, welcher von dem ersten und dem zweiten Arm gebildet ist, in einen Bereich von 77 bis 150° gesetzt ist.