JP2017523349A

JP2017523349A - Ｖｃｒピストン機械およびｖｃｒピストン機械の調整方法

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Publication number: JP2017523349A
Application number: JP2017512437A
Authority: JP
Inventors: シャフラートウーヴェ; グジェシクパウル
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2014-05-15
Filing date: 2015-05-15
Publication date: 2017-08-17
Also published as: CN106460656A; CN106460656B; US20170082021A1; WO2015173391A1; DE112015002270A5

Abstract

本発明は、クランクシャフトと、クランクシャフトと一緒に回転する少なくとも１つの接続ロッド（１７）であって、小さいアイ（２）および大きいアイ（３）を有し、接続ロッドシャフト（１７．１）を有する少なくとも１つの接続ロッド（１７）と、接続ロッド（１７）に配置された圧縮ピストン、好ましくは偏心装置（５）および調整システム、好ましくは調整リンケージによって偏心的に調整可能な燃焼室ピストンとを含むピストン機械に関する。調整システムは、接続ロッド（１７）の支持シリンダ内を移動可能な少なくとも１つの支持ピストン（２７、２７．１、２７．２）によって支持され、接続ロッドシャフト（１７．１）は支持シリンダを有する。支持シリンダはオイル潤滑システムに接続され、オイル潤滑システムは作用する外力に基づいて調整システムの調整を支持するために制御されたオイル圧力可変性を有する。本発明はさらに、ピストン機械の圧縮ピストンのストロークを調整するための方法に関する。

Description

本特許出願は、２０１４年５月１５日に出願された独国特許出願第１０２０１４００７０５２．２号明細書の優先権を主張し、前記特許出願の内容は、参照により本特許出願の主題に援用される。

本発明は特にＶＣＲピストン機械に関し、ＶＣＲピストン機械はクランクシャフトと、クランクシャフトに回転可能に取り付けられた少なくとも１つの接続ロッドとを含み、接続ロッドは小さなベアリングアイと大きなベアリングアイとを有し、接続ロッドは接続ロッドシャフトを有し、ＶＣＲピストン機械はさらに、接続ロッドに配置された圧縮ピストン、好ましくは、例えば偏心装置または他の調整要素を用いて、および調整システム、好ましくは調整リンケージを用いて調整可能な燃焼室ピストンを含み、調整システムは、接続ロッドの支持シリンダ内を移動可能な少なくとも１つの支持ピストンを用いて支持される。調整システムに作用する外力によって達成される調整が追加の調整力によって補完または改善される方法がさらに提案される。

往復動ピストン機械の作動中に圧縮を変化させるための多くの様々な解決策が従来技術に存在する。ゆえに独国特許出願公開第Ａ−１０２００７０４０６９９号明細書には、磁気による解決策が記載されている。しかしながら、本発明は代わりに、独国特許出願公開第Ａ−１０２００５０５５１９９号明細書から知られる種類のピストン機械から出発する。本発明の開示の範囲はこの公開物の内容を参照して定義される。この公開物は、ピストン機械の、および使用することができる可能な特別の接続ロッドの基本的な構造を開示しているからである。従って、この文書の内容は、参照により本特許出願の主題に援用される。

可変圧縮比を備えた往復動ピストン機械のさらなる例は、独国特許出願公開第Ａ−１０２０１２１０７８６８号明細書、独国特許出願公開第Ａ−１０２０１１１０８７９０号明細書、および独国特許出願公開第Ａ−１０２０１２０１４９１７号明細書から知られている。最後の２つの文書は、エンジンオイル系の脈圧を用いて圧縮比の切換えをトリガすることに関し、エンジンオイル系の脈圧は、圧縮比の後続の調整において増大したエンジンオイル圧を使用することなく切換えを作動するために使用される。

往復動ピストン機械のストロークの様々な作動範囲に対する確実性のある修正を提供することが本発明の目的である。

この目的は、請求項１の特徴を有するピストン機械によって、および請求項８の特徴を有する方法によって達成される。さらに有利な実施形態および発展形態は後続の従属項から明らかになる。しかしながら、各従属項から明らかになる特徴は、そのそれぞれの実施形態に制限されない。反対に主請求項からのおよび従属項からの１つまたは複数の特徴は、より特異的にすることができ、または後続の記載からの１つまたは複数の特徴によって置き換えることさえできる。特に、本出願の請求項は、本発明を制限するつもりはない。さらに、様々な実施形態からの１つまたは複数の特徴を組み合わせて本発明のさらなる発展形態を提供することができる。

本発明によれば、エンジンオイル圧は、圧縮比を修正するために一時的にまたは調整期間中増大される、すなわち、圧縮比の修正を必ずしもまたは排他的にトリガしない。圧縮比が低い値から高い値へ調整されるとき（接続ロッドの有効長さの増大を伴うプロセス）、これは慣性力に対する補助をもたらし、慣性力はストローク運動が反転するとき圧縮ピストンの上死点で圧縮ピストンを「引き」、従来技術に従ってこの調整方向に使用される。エンジンオイル圧を増大することによって、圧縮比を高い値から低い値へ調整するとき、改善された調整システムの動作を得ることもしかしながら可能である。高い圧縮比から低い圧縮比への調整の間、圧縮ピストンは、接続ロッドの有効長さを短縮するために使用されるガス力による作用を受ける。これらの力は非常に高く、そのため、オイルは高速で一方の支持シリンダから他方の支持シリンダへ「周辺に圧送される（ｐｕｍｐｅｄａｒｏｕｎｄ）」。同様の状況は、二重作用支持ピストンを備えた単一支持シリンダを有する調整システムが使用されるときに存在する。高いオイル圧および高いオイル流量がシステムに空洞をもたらす可能性があり、これは不利である。ゆえに調整システムを切り替えるこの局面において、ガス力を支持する支持シリンダのオイル放出チャネル内にオリフィスが通常は存在し、前記オリフィスはオイル流出量を最大許容値に制限する。これが今度は、低負荷で、従ってより低いガス力で高い圧縮比から低い圧縮比へ切り換える必要性がある場合、この切換えプロセスが比較的ゆっくり行われる限りにおいて、不利である。エンジンオイル圧、ひいては支持シリンダ内の圧力をこのとき選択的に増大できる場合、本発明により構想されるように、システムは、比較的大きな寸法のオリフィスを使用しながら、高負荷で、すなわち高いガス力で制動可能であり、これは、低負荷のこの（背圧）制動を犠牲にすることによって、圧縮比の切換えが同様に迅速に行われるという利点を伴う。従って、本発明によれば、支持シリンダ内のオイル圧の選択的な増大は、圧縮比の両方の切換え方向に有利である。

本発明の発展形態として、接続ロッドの１つまたは複数の回転ベアリングに供給することが現在要求されるオイル圧に対して上昇された圧力で支持シリンダにオイルが供給されるように、より詳細には、第１調整位置から第２調整位置の方向におけるおよび／または第２調整位置への調整要素の調整を補助するために、および／または、第２調整位置から第１調整位置の方向におけるおよび／または第１調整位置への調整要素の調整および／または調整速度を減衰またはスロットル調整するために、必要な場合に制御ユニットがオイル潤滑システムのオイルポンプを起動することを構想することが可能である。

第１調整位置から第２調整位置の方向におけるおよび／または第２調整位置への調整要素の調整を補助する目的でオイル圧を増大するためにオイルポンプを制御ユニットによって起動できること、より詳細には、現在の作動モードに基づいて接続ロッドの１つまたは複数のベアリングを潤滑および／または冷却するために必要なオイル圧から実質的に独立した方法でオイルポンプを起動できることを構想することがさらに有利に可能である。

特に、作動モードが、比較的低い回転速度の部分または完全負荷モードである、または低い圧縮比で十分であるまたは低い圧縮比が望まれる作動モードまたは低い圧縮比への切換えが実行されるべき作動モードに近い他の負荷モードであるとき、第２調整位置から第１調整位置の方向におけるおよび／または第１調整位置への調整要素の調整の速度をスロットル調整する目的で、オイル圧を増大するためにオイルポンプを制御ユニットによって起動できることが有利であり得る。

従って、本発明によれば、低い値から高い値への圧縮比の調整は、往復動ピストン機械の基本的に全ての作動モードにおいてオイル圧を増大することによって常に補助されることが構想される。逆方向への調整の場合、これは必ずしも当てはまらず、また必ずしも本発明に従って要求されない。高い値から低い値への圧縮比の調整の間比較的大きなガス力が作用する場合にオイル圧の増大が要求される。この場合、ガス力を支持するために提供された支持シリンダからオイルが現れる速度は、システムを空洞の形成から保護するために、オイル圧を増大することによって低減される。他方、高い値から低い値への切換えの間比較的小さなガス力が作用する場合、調整移動の制動は絶対に必要というわけではない。

本発明の特定の発展形態によれば、ピストン機械であって、
− クランクシャフトと、
− 少なくとも１つの接続ロッドであって、クランクシャフトに回転可能に取り付けられ、接続ロッドシャフトを有する少なくとも１つの接続ロッドと、
− 接続ロッド上に配置された圧縮ピストン、好ましくは、例えば、偏心装置によって、またはより一般的には調整要素および調整システム、好ましくは調整リンケージによって偏心的に調整可能である燃焼室ピストンであって、調整システムは、接続ロッドの支持シリンダ内を移動可能な少なくとも１つの支持ピストンを用いて支持され、接続ロッドシャフトが支持シリンダを有し、支持シリンダはオイル潤滑システムに接続され、オイル潤滑システムは、外力に基づいて調整システムの調整を最適化するために、制御されるオイル圧可変性を有する圧縮ピストンと
を含むピストン機械が提案される。

慣性力およびガス力などの外力が調整のために使用されることがここで構想される。第１作動範囲において、ストローク調整は好ましくは作用する慣性力およびガス力を用いて排他的に実行される。ピストン機械の第２作動範囲において、対照的に、調整は、少なくとも１つの支持シリンダに供給された増大されたオイル圧によって補助される。

別の実施形態では、ピストン機械が１つまたは複数の接続ロッドを有し、少なくとも１つの接続ロッドの場合、接続ロッドシャフトが第１および第２の支持シリンダを有し、２つの支持シリンダの内側断面積が異なることが構想される。

本発明の発展形態では、接続ロッドシャフトが第１および第２の支持シリンダを有し、第２支持シリンダ内の支持ピストンが慣性力を支持し、第１支持シリンダ内の支持ピストンがガス力を支持し、第１支持シリンダは第２支持シリンダよりも大きい内側断面積を有することが構想される。

さらに、ピストン機械であって調整システムが第１および第２のレバーアームを有し、第１レバーアームが第２レバーアームと異なる長さを有するピストン機械が提供される。２つのレバーアームは、圧縮ピストンを接続ロッドに対して移動するために調整要素の回転中心の両側に延在する。

ある発展形態では、第１支持シリンダおよび第２支持シリンダであって、第１支持シリンダがガス力を支持し、第２支持シリンダが慣性力を支持し、第１支持シリンダが第２支持シリンダよりも大きい内径を有する第１支持シリンダおよび第２支持シリンダに調整システムの第１レバーアームおよび第２レバーアームが提供され、第１レバーアームは第１支持シリンダ内の第１ピストンを移動し、第２レバーアームは第２支持シリンダ内の第２ピストンを移動し、第２レバーアームは第１レバーアームよりも短いことが構想される。

上記の記載に関連する異なる長さの２つのレバーアームを有する調整機構の実施形態は、本特許出願の文脈において独立した発明的に有意な実施形態である。

さらに、詳細には、ガス力または慣性力の形態のそれぞれ作用する外力が原因で調整システムの調整を補助するために、ガス力または慣性力の形態のそれぞれ作用する外力が作用するとき第１支持シリンダ内で、または第２シリンダ内で、圧力を選択的に増大するために、オイル圧の可変性を保証するオイルポンプをオイル潤滑システムに提供することを構想することも可能である。

低い圧縮からより高い圧縮におよび／またはその反対にストロークの調整の時間にオイル潤滑システム内で圧力増大の調整を実行する制御ユニットが提供されることも提案される。

単独でまたは本発明の１つまたは複数の他の概念と組み合わせて追及可能な本発明の別の概念によれば、ピストン機械の、好ましくは上および／または下に記載したようなピストン機械の圧縮ピストンのストロークを調整するための方法が提案され、ここで、オイル圧は、作用する外力による調整を補助するために圧縮ピストンの接続ロッド上の調整システムを用いて一時的に増大される。

本方法の発展形態では、詳細には、調整システムまたは圧縮ピストンに作用しおよび低い圧縮からより高い圧縮へストロークを調整するために使用される慣性力を補助するために、および／または、必要な場合、より高い圧縮からより低い圧縮へのストロークの調整（このためにガス力が使用される）を加速するために、圧力増大がオイル潤滑システム内で実行されることが構想される。

本方法の別の実施形態ではさらに、オイル潤滑システム内で脈圧が生成されることが構想され、詳細には、より低い圧縮からより高い圧縮へおよび／またはその反対にストロークを能動的に調整するためにその脈は支持シリンダへ選択的に供給され、この際、オイルは調整のためオイル潤滑システムから「周辺に圧送される」。

２段階または多段階ＶＣＲシステムにおいて、ガス力および慣性力から発生するトルクは、支持シリンダ内に配置された各オイルクッション上の支持機構を用いて支持される。これに関して、参照により本特許出願の主題に援用される独国特許出願公開第Ａ−１０２０１３０２１０６５号明細書の内容が参照される。

トルクとして偏心装置にまたはピストンを介して圧縮ピストン調整要素に作用する外力を用いて調整は可能である。高い圧縮比から低い圧縮比への調整のためにガス力が使用される。これらは中程度の負荷でさえ比較的高いトルクを偏心装置にまたは調整トルクを調整要素にもたらし、従って、この切換え方向は追加の補助を伴うかまたは追加の補助を伴わないかのどちらかであり得る。低い圧縮比から高い圧縮比への調整の場合、対照的に、接続ロッドを「伸張する」ことになっている慣性力に加えた補助が好ましい。これは慣性力が、
１．）もっぱらストロークサイクルの比較的短い領域で、すなわち圧縮ピストンの上死点（ＴＤＣ）におけるストローク運動の反転の領域（運動反転ＴＤＣ）で作用し、および、
２．）低速（＜１０００ｒｐｍ）で比較的低い（偏心装置において＜１Ｎｍ）
ためである。

低速時、トルクレベルは、ＶＣＲ接続ロッドの動き始めのトルクをかろうじて上回る。従って例えば支持ピストンのシール部分の摩擦のごくわずかな差が切換速度に大きな影響を有し得る。オイル圧を増大することによる補助は、調整が確実に行われるようなやり方で、低圧縮比から高圧縮比への調整のためにトルクレベルを上昇させる。

ＶＣＲ接続ロッドの支持シリンダは、異なる内径で好ましくは設計される。これは支持される慣性力が一般にガス力よりもかなり低いので有利である。このようにピストン直径の差は正の副作用を有する：クランクピンベアリングからの適用オイル圧が存在するとき、調整要素に追加トルクが存在し、これは調整要素を高圧縮比の方向に回転させる。この効果を活用することができ、以下の態様の１つまたは複数が好ましくは伴われる：
− 異なる支持ピストン直径の選択、
− 加えて、ガス力および慣性力の支持のための調整要素の異なる調整レバー長さの選択、
− エンジンオイル圧の可変性、
− 低速時、例えば＜２０００ｒｐｍでの低圧縮比から高圧縮比への調整の場合、たとえベアリングの潤滑に実際に必要でないとしても、高いエンジンオイル圧が選択される、
− 調整後、例えば約１秒後、オイル圧を信頼できるエンジン作動に必要なオイル圧まで再び下げることができる。

運動学（例えば異なる支持ピストン直径および場合により異なるレバー長さ）およびエンジンオイル圧の増大の組合せは、追加トルクを調整要素にもたらし、これは大きさの点で低速時に慣性力から得られるトルクと同等である。一実施形態によれば、この追加トルクはさらに、運動反転ＴＤＣ時だけでなくサイクル全体を通して作用する。結果として、切換時間がかなり削減される。

加えて、エンジンオイル圧の適切な選択によって、および高圧縮比から低圧縮比への調整のためにも、正の効果を達成することが可能であり、これについては以下で説明する。

従来、支持シリンダに至るオイル供給システムのこの切換方向にオリフィスが提供され、このオリフィスは、システムが圧縮ピストンシリンダ内の可能な最高ピーク圧に向けてあまり速く調整しないように小さい寸法のものである。そうでない場合、例えば、各支持シリンダに接続された戻り弁に空洞が生じ得る。比較的低い負荷（往復動ピストン機械の部分負荷モード）で低圧縮比への切換えが要求される場合、オリフィスの寸法がより大きいと有利であろうし、これによりシステムの調整速度の許容できる上昇がもたらされ得る。より大きなオリフィスが高圧縮比から低圧縮比への調整に選択されること、およびより高い負荷の場合システムはエンジンオイル圧の一時的な増大により「制動」され得ることがこれに続く。さらに、異なるオリフィスを用いる可能性、例えば異なるオリフィスまたは調整可能なオリフィスを有する２つの異なるラインを使用する可能性が存在する。

好ましい選択肢として、方法であって、
− エンジンオイル圧がＶＣＲ接続ロッドの調整の間に適合される、
− 特に、エンジンオイル圧は低圧縮比から高圧縮比への調整のためにＶＣＲ接続ロッドを調整する間に低いエンジン速度で増大される、
− エンジンオイル圧は高圧縮比から低圧縮比への調整（例えば部分負荷モード）の間、高負荷ですなわち高いシリンダピーク圧で増大される
方法が選択される。

さらなる有利な実施形態および発展形態は以下の図面から明らかになる。しかしながら図面から明らかになる特徴は個々の実施形態に制限されない。反対に、１つまたは複数の実施形態からの１つまたは複数の特徴を、本発明のさらなる実施形態を形成するために、互いに組み合わせることが可能であるが、同じく上記の概要からの特徴と組み合わせることも可能である。従って以下の実施形態は、本発明の様々な可能性および態様を示す働きをするが、それらをこれらの実施形態に制限するつもりはない。

支持シリンダを有する接続ロッドの概略図を示し、ここで、ストロークを調整するために作用する外力（慣性力およびガス力）を補助するためにオイル圧の増大を使用することができる。外力を用いてピストン機械の作動範囲内の圧縮比で実行される基本的な調整に関連する別の概略図を示す。両方の支持シリンダ内のオイル圧を上昇させることによる圧縮比の調整の間の外力に対する補助の別の概略図を示す。高い値から低い値へ（図４）圧縮比を調整する間の液圧システムの回路図を示す。低い値から高い値へ（図５）圧縮比を調整する間の液圧システムの回路図を示す。

図１はある実施形態を示している。この実施形態を用いることによって、圧縮比の調整可能な変更が、往復動ピストン型内燃機関の形態のピストン機械１で可能になる。ピストン機械１は、４で示されるハウジングを有し、ハウジング内において任意選択的に少なくとも１つの接続ロッド１７が接続ロッドシャフト１７．１を有し、その上／中にスリーブ２６．１、２６．２の形態の２つの支持シリンダ２６が固定される。この説明に役立つ実施形態では、スリーブ２６．１、２６．２は、接続ロッドシャフト１７．１に圧入される。この説明に役立つ実施形態では、支持シリンダ用のスリーブ２６．１、２６．２は、接続ロッドシャフト１７．１と異なる材料から作製される。例えば、接続ロッドシャフト１７．１は鋳鋼から作製され、支持シリンダのスリーブ２６．１、２６．２はアルミニウムから作製される。

接続ロッド１７は、大きな接続ロッドベアリングアイ３と、小さな接続ロッドベアリングアイ２とを有し、大きな接続ロッドベアリングアイ３を用いて接続ロッド１７はクランクシャフト１５に取り付けられ、小さな接続ロッドベアリングアイ２はピン１４を用いて圧縮ピストン１３を支持する。小さな接続ロッドベアリングアイ２の中に配置されるのは偏心装置５であり、偏心装置５は回転可能に取り付けられる。偏心装置５はピストンピン１４を受け入れるためのボア１８を有する。外側表面に偏心装置５は歯１９を有する。これら歯１９を介して偏心装置５はレバーシステム２０に確実に接続され、レバーシステム２０は支持機構として働き、および好ましくは戻止め装置としても働く。レバーシステム２０は回動式レバー１６を有し、このレバーは偏心装置５の歯１９に確実に接続され、要求される場合、偏心装置５を回動する。回動式レバー１６および偏心装置５は圧縮ピストン１３を調整するための調整要素１１を形成する。運動的に考える場合、調整要素１１は、調整要素１１の回転中心９から延在する２つのレバー２１、２２を有し、レバー２２はレバー２１よりも長い。その第１レバー２１と第２レバー２２を用いて、回動式レバー１６は以下に記載するように支持ユニット７に支持される。

レバーシステム２０は軸方向に案内されることを図１からさらに理解することができる。さらにレバーシステム２０は回動式レバー１６との間にまたはその２つのレバー２１、２２上に接続ジョイント２４を有する。接続ジョイント２４は（ピストン）ロッド２５．１、２５．２を回動式に取り付けるために使用される。次いで、例えばスリーブ２６．１、２６．２の形態の支持シリンダ構成要素１０が、接続ロッド１７の接続ロッドシャフト１７．１内に支持シリンダ２６として配置される。ロッド２５．１、２５．２がそれぞれ回動式に取り付けられる支持ピストン２７は、スリーブ２６．１、２６．２内を案内される。ガスまたは慣性力によって引き起こされるまたは許可される偏心装置５の回転運動の間、２つの支持ピストン２７．１、２７．２は各支持シリンダ２６（スリーブ２６．１、２６．２）内を移動する。接続ロッド１７内の支持シリンダ２６はチャネル２８．１、２８．２を有し、それらチャネルはそれぞれスリーブ２６．１、２６．２（支持シリンダ２６）内の作動チャンバ２９．１、２９．２に通じている。接続ロッドベアリングシェル３０が大きな接続ロッドベアリングアイ３に配置される。ベアリングシェル３０には、クランクシャフトを介してオイル供給部に接続された円周方向の溝が設けられているので、溝の中には常時オイル圧が存在する。圧縮比の修正の間の動きのシーケンスはさらに、本明細書によって参照され、従って本特許出願の主題に援用される独国特許出願公開第Ａ−１０２００５０５５１９９号明細書からより詳細に入手可能である。

外力によって引き起こされる圧縮比の調整に関する支援は、例えば独国特許出願公開第１０２０１２０１４９１７Ａ１号明細書から取得可能であり、その内容は参照により本出願の主題に援用される。本明細書に提案される解決策では、独国特許出願公開第１０２０１２０１４９１７Ａ１号明細書に記載されている脈動を使用してガス力または慣性力を補助することができる。

異なる圧縮比を設定するための接続ロッド１７の動作を、例として低圧縮比の設定を用いて、以下で説明する。エンジン作動中に低圧縮比が所望される場合、多方向弁が例えば以下のような位置に設定される、すなわち、作動チャンバ２９．１につながるオイルの流出用チャネルと、他方の作動チャンバ２９．２につながるオイルの流入用チャネルとの２つのチャネルが開放される位置に設定される。そのようなエンジンの局面において、燃焼のせいでガス圧力が接続ロッド１７に作用しかつ前記接続ロッドがクランクシャフト方向（すなわち下方）に移動し、支持ピストン２７．１はスリーブ２６．１にさらに押し込まれ、その結果、第１作動チャンバ２９．１中のオイルはチャネル２８．１に移動される。同時に、支持ピストン２７．２が移動し、チャネル２８．２を介してオイルを第２作動チャンバ２９．２に引き込む。従って、偏心装置５は図１の矢印３７の方向に段階的に回転することができる。２つの支持ピストン２７．１、２７．２のこの反対方向の移動は、接続ロッド１７のストローク運動が反転され接続ロッドが再び上方へ移動するとき、自動的に終了される。このとき、第２支持ピストン２７．２は、圧縮ピストンの、偏心装置５の、およびレバーシステム２０の「加速された」質量の慣性から得られる力によって作用が及ぼされる。チャネル２８．２は開放されていないので（弁（不図示）は閉鎖されている）支持ピストン２７．２は作動チャンバ２９．２の中のオイル体積に支持される。偏心装置５が反対方向に回転することは不可能である。第１作動チャンバ２９．１は閉鎖され、第１支持ピストン２７．１はその中に進入できないためである。

接続ロッドの動きの次の反転時、慣性力は第２支持ピストン２７．２を引き、その結果、オイルは再び作動チャンバ２９．２に入ることができる。同時に、第１支持ピストン２７．１はオイルを作動チャンバ２９．１から移動する。そのようにして２つの支持ピストン２７．１、２７．２のこの段階的な反対方向の動きは、一方の回転端部位置（この位置では２つの支持ピストン２７の一方は関連する支持シリンダ２６の底にあるが他方の支持ピストンは「その」支持シリンダの底から距離をとった所にある）から、他方の回転端部位置（この位置では支持ピストンによって占められる各位置に関する状況は上に記載した状況と正反対である）への偏心回転を、ピストン機械の多数の作動サイクルにわたって引き起こし得る。

低い値から高い値へ圧縮比を調整するために、図１に示される偏心位置の方向における矢印３７に対抗するレバーシステム２０の調整、ひいては偏心装置の回転は、支持ピストン２７．２が「引かれる」（これは空気を燃焼室に引き込むための圧縮ピストンの下方への移動の開始時における慣性による事例である）ときだけ実行されることが保証される。１つまたは複数の液圧抵抗および駆動伝達系の力の大きさの設計に依存して、ピストン進入プロセスはいくつかの作動サイクルを取り得る。液圧抵抗は、接続ラインによって、またはその中に置かれる制約によって、好ましくは形成される。

方法のこの実施形態は、接続ロッドの構成であるように、単に説明のためのものであり、限定するものではない。使用される支持ピストンは規定の漏出経路を有し、それはここではシール要素の特定のシール設計の形態で可能とされ、第１支持ピストン２７．１に関連して拡大された尺度で示されている。

図２は、説明に役立つ実施形態として、可変接続ロッド長さの原理に基づく少なくとも２段階のＶＣＲシステムを示す。この原理は、提案される発明により使用される調整の主たる可能性を表している。このため、ピストンピンを受け入れるための偏心装置は、小さな接続ロッドベアリングアイに回動自在に取り付けられる。ピストンに作用するガスおよび慣性力が、偏心装置に作用するトルクをもたらす。レバー、２つの支持ロッドおよび２つの支持ピストンを有する支持機構が偏心装置に接続され、このトルクを、接続ロッドに挿入された２つの支持シリンダに伝達する。偏心方向に面する支持シリンダ、すなわち、２つの支持シリンダの内の偏心装置の回転中心から遠い方の支持シリンダは、ガス力によりもたらされるトルクの支持を引き受ける一方、他方の支持シリンダは、同等の方法で慣性力の支持を引き受ける。従って接続ロッドの２つの側を以下「ＧＦＳ」（ガス力側（ｇａｓｆｏｒｃｅｓｉｄｅ））および「ＩＦＳ」（慣性力側（ｉｎｅｒｔｉａｆｏｒｃｅｓｉｄｅ））と称する。両方の支持シリンダは必要とされる場合オイルで充填することができる。各支持シリンダに接続される逆止弁は、オイルの断続的な流入を許容しかつオイルの流出を防止するが、その逆の場合もある。ＧＦＳおよびＩＦＳは例えば３／２方向切換弁によって選択的に開放可能である。逆止弁と切換弁のこの組合せは液圧フリーホイールを形成し、その走行方向は選択可能である。「ε＿高」とも称される高圧縮比が選択された位置の場合、偏心装置に作用するトルクは、数学的に正であり、ＧＦＳのオイルカラムに支持される。この位置において、慣性力から生じるトルクは、数学的に負の効果を有し、ＩＦＳ支持ピストンと接続ロッドとの間の直接金属接触によって伝達される。「ε＿低」と省略される低圧縮比の位置では、状況は逆転する。「ε＿低」位置の正の副作用は、通常この位置ではより高いガス力がこのときもはやオイルカラムに支持されず、従って支持シリンダ中のオイル圧は比較的低いレベルのままであることである。このようにこの種の支持システムの調整システムには、第１および第２の支持ピストンが提供され、２つの支持ピストンは各支持ロッドとの異なる接続部分を有し、ボールヘッドジョイントを有する一方の支持ピストンは、ピンジョイントを有する他方の支持ピストンよりも小さい支持ピストン直径を有する。レバーは偏心装置からもたらされるトルクを支持ロッドに伝達し、それは現代の高給気型火花点火エンジンの増大し続ける燃焼ピーク圧のせいで３００Ｎｍを超える場合がある。偏心率とレバー長さの比の結果として生じるてこ比は、例えば約１／１０である。各ε位置に依存する支持ロッドとレバーとの間の力の攻撃角度と併せて、非常に簡単に最大１０ｋＮであることができる支持力がこのようにして得られる。レバーのジョイント部分の好ましい型は、従来型のピンである。これは支持ロッドの上端部でフォーク状構造に固定式に接続され、レバー内に支持される。ここで生じる表面圧力は例えば最大２００ＭＰａである。支持ピストンのジョイント部分はピンベアリングとして同様に具現化することができる。他の好ましい実施形態はボールジョイントを提供する。一方で、これはより小さい支持ピストン直径を許容し、それはＩＦＳの２つの正の副作用を有し、その力はＧＦＳよりもかなり低い：
− 支持シリンダ周囲の構造は適切に作り直すことができるので、接続ロッドはより軽量である。
− 可能な限り小さいＩＦＳ支持ピストン直径を用いて、小さいがε＿高の方向において偏心装置に連続的に作用するトルクがオイル圧により得られる。低いエンジン速度において、これは切換え挙動に好ましい効果を有する。なぜなら、この場合、調整用に必要な慣性力によってもたらされるトルクが対応して低いからである。他方、ピンを排除することによってシール長さとして支持ピストンの全高を利用することが許容される。これは追加のシール要素の排除に関して有利である。なぜなら、システムは特定の漏出に耐えることができるが−例えば約１／１０のてこ比において、漏出によって誘発される例えば０．１ｍｍの支持ピストンの降下はわずか約１０μｍだけ有効接続ロッド長さに影響を及ぼす−、それが大きすぎる場合、圧縮比が望ましくない態様で「漂流」する可能性があるためである。シール要素は同様に、調整プロセスの間、追加の摩擦トルクを生成する。従って、このトルクが克服されて初めて調整を開始することができる。シール要素は従ってＯリングおよびその上に置かれかつＰＴＦＥ複合材料から構成される矩形部分リングから構成されたシールシステムを含むことができる。その摩擦は例えば０．５Ｎｍ〜０．８Ｎｍの偏心装置の動き始めのトルクをもたらす。しかしながら、この明らかに低いトルクレベルは、これらの作動地点における慣性力が同様に非常に低いので、「ε＿高」方向における切換えのために低速でほんのわずか超えられる。次いで、少量に過ぎない余剰トルクは切換え速度の損失に関連付けられるので、上記の対策はこれらの極限作動地点において非常に重要である。

図３は調整シリンダの内の一方の中のオイル圧の増大に基づく作動外力の補助の別の概略図を示す。これに関して、２０１４年４月７日に出願された独国特許出願第１０２０１４００４９８７．６号明細書および２０１５年４月７日に出願されたＰＣＴ出願であるＰＣＴ／ＥＰ２０１５／０５７４７４号明細書の内容が特に参照され、それらの内容は参照により本特許出願の主題に援用される。

図３は図１の圧縮ピストン調整要素１１の調整を補助または制動するために本発明により使用される液圧システムを示す。この液圧システムは究極的には往復動ピストン機械のオイル潤滑および冷却システム４０であり、接続ロッドベアリングおよびクランクシャフトベアリングにオイルを供給する。図３はこのオイル潤滑システム４０がオイルポンプ４２を有することを概略的に示しているが、オイルポンプ４２は往復動ピストン機械を作動するために必要な各オイル圧を供給するために制御ユニット４４によって起動することができる。オイルは、接続ロッド中の様々なラインまたはチャネルを介して図１の支持・調整に影響を及ぼすユニット７に、すなわち支持シリンダ２６に供給され、前記様々なラインまたはチャネルは接続ロッドのクランクシャフトベアリングアイで終端するか、そこで放出する。

ε_低からε_高への圧縮比の調整の間の状況が、図３に（１）で（同じく図５に回路図として）示される一方、ε_高からε_低への調整が図３に（２）で（同じく図４に回路図として）示される。２つの状況において得られる各移動は、対応する方向と一緒に、状況（１）について実線で、状況（２）について点線で図３に示されている。

往復動ピストン機械のベアリングを潤滑および／または冷却するために現在必要とされるレベルを超えるエンジンオイル圧の一時的な増加は、状況（１）において支持ピストン２７．１の、それに関連付けられる支持シリンダ２６．１からの延伸を補助する（図２も参照）。このプロセスの間、増大したエンジン圧力は支持シリンダ２６．２に影響を及ぼさない（図５も参照）。

高圧縮比から低圧縮比への切換え（図３の状況（２）および図４を参照）が必要な場合、それは、この状況において大きなガス力があるとき、支持シリンダ２６．１からのオイルの非常に速い流出により可能であり、流速の停滞または遅滞は、オイル潤滑システム４０内の背圧の蓄積を介して圧力増大により発生し得る。流速の停滞または遅滞は通常、オリフィスまたは同様の制限要素によってこれまでは発生しているが、それらオリフィスまたは同様の制限要素は、本発明によれば排除することが可能である。これは以下のような利点、すなわち、高圧縮比から低圧縮比へ変化する間比較的小さいガス力で流速を制限するためのそのようなオリフィスが存在せず、従って、従来技術よりも高い切換え速度がこの局面で得られるという利点を有する。

支持ピストンと連動する２つの支持シリンダを接続ロッドが有する説明に役立つ実施形態を用いて本発明を上に記載してきた。しかしながら、２つの作動チャンバと、作動チャンバ間の二重に作用する支持ピストンとを備えた支持シリンダを１つだけ有する接続ロッドで本発明を実行することも同様に考えられる。支持シリンダを図１に示されるように支持ピストンのシャフトに取り付けられた別個の構成要素によって実装することは本発明にとって絶対必須というわけではない。支持ピストンの実施形態の態様は本発明に全く重要でない。特に、本発明は、接続ロッド上の圧縮ピストンを調整するために使用することも可能であり、その際、接続ロッドは一体的に形成された支持シリンダまたは少なくとも１つの一体的に形成された支持シリンダを有する。さらに、本発明は、接続ロッドに対する圧縮ピストンの偏心的な調整に限定されない。他の調整機構も同様に可能であり、本発明の範囲内で実装可能である。本発明は、第１位置から第２位置までの圧縮比の調整を補助または制動するためのオイル圧の特定の変化として主に理解するべきである。

代案として、本発明はさらに、以下の特徴群のうちの１つで記載することができ、それら特徴群は所望通りに互いに組み合わせ可能であり、特徴群のうちの各特長もまた、１つまたは複数の他の特徴群のうちの１つまたは複数の特徴と、および／または上に記載した実施形態のうちの１つまたは複数と組み合わせ可能である。

１．ピストン機械であって、
− クランクシャフトと、
− 少なくとも１つの接続ロッド（１７）であって、クランクシャフトと一緒に回転し、小さなベアリングアイ（２）および大きなベアリングアイ（３）を有し、接続ロッドシャフト（１７．１）を有する接続ロッド（１７）と、
− 接続ロッド（１７）上に配置された圧縮ピストン、好ましくは、偏心装置（５）と調整システム、好ましくは調整リンケージとを用いて偏心的に調整可能である燃焼室ピストンであって、調整システムは、接続ロッド（１７）の支持シリンダ内を移動可能な少なくとも１つの支持ピストン（２７、２７．１、２７．２）を用いて支持され、接続ロッドシャフト（１７．１）が支持シリンダを有し、支持シリンダはオイル潤滑システムに接続され、および、より低い圧縮比からより高い圧縮比への、および／または、必要な場合、より高い圧縮比からより低い圧縮比への調整を減衰して遅らせるための、作用する外力によりそれ自体実行される、調整システムの調整を補助するためのオイル潤滑システムオイル圧、圧縮ピストンと
を含むピストン機械。
２．番号１に従うピストン機械であって、接続ロッドシャフトが第１および第２の支持シリンダを有し、第１支持シリンダの内側断面積が第２支持シリンダのそれと異なり、オイル圧は調整システムを調整すると増大されるピストン機械。
３．番号１または２に従うピストン機械であって、接続ロッドシャフトが第１および第２の支持シリンダを有し、第２支持シリンダが慣性力を支持し、ガス力を支持する第１支持シリンダよりも小さい内側断面積を有するピストン機械。
４．先行する番号の１つに従うピストン機械であって、調整システムが第１および第２のレバーアームを有し、第１レバーアームが第２レバーアームと異なる長さを有するピストン機械。
５．先行する番号の１つに従うピストン機械であって、第１支持シリンダおよび第２支持シリンダが提供され、第１支持シリンダがガス力を支持し、第２支持シリンダが慣性力を支持し、第１支持シリンダが第２支持シリンダよりも大きな内部断面積を有し、調整システムが第１レバー２２および第２レバー２０を有し、第１レバー２２が第１支持シリンダ（２６）内の第１ピストン２７．１を移動し、第２レバー２０が第２支持シリンダ２６内の第２ピストン２７．２を移動し、第２レバー２０が第１レバー２２よりも短いピストン機械。
６．先行する番号の１つに従うピストン機械であって、オイルポンプがオイル潤滑システムに提供され、それにより、ガス力が第１支持シリンダ２６内の支持ピストン２７．１に作用しているとき、調整要素１１の第２調整位置から第１調整位置の方向におけるおよび／または第１調整位置への移動を遅らせる目的で圧力を増大するために必要とされる場合にオイル圧が確実に変更され、または、調整要素１１を第２調整位置から第１調整位置の方向におよび／または第１調整位置へ移動するために、およびその第１調整位置から第２調整位置の方向におけるおよび／または第２調整位置への調整要素の調整において慣性力を補助するために、前記圧力が常に確保されるピストン機械。
７．先行する番号の１つに従うピストン機械であって、制御ユニットが提供され、制御ユニットは、低い圧縮からより高い圧縮へストロークを調整するためにオイル潤滑システム内の圧力増大の調整を実行するピストン機械。
８．ピストン機械、好ましくは番号１〜７の１つに従うピストン機械の圧縮ピストンのストロークを、圧縮ピストンの接続ロッド上の調整システムを用いて調整するための方法であって、調整システムの２つの支持シリンダ内のオイル圧が、接続ロッドに関連する圧縮ピストンの調整を補助および／または加速するために一時的に増大される方法。
９．番号８に従う方法であって、低圧縮挙動から高圧縮挙動への調整のために作用する慣性力を補助するために、または、ガス力に基づいて発生する高圧縮比から低圧縮比への調整を加速するために、オイル潤滑システム内のオイル圧力の増大がもたらされる方法。
１０．番号８または９に従う方法であって、オイル潤滑システム内の圧力増大が１つまたは複数の脈圧を用いて達成される方法。

１ピストン機械
２小さな接続ロッドベアリングアイ
３大きな接続ロッドベアリングアイ
５偏心装置
７支持ユニット
９回転中心
１０支持シリンダ構成要素
１１圧縮ピストン用調整要素
１３圧縮ピストン
１４ピストンピン
１５クランクシャフト
１６回動レバー
１７接続ロッド
１７．１接続ロッドシャフト
１８ボア
１９歯
２０レバーシステムまたは調整機構
２１第１レバー
２２第２レバー
２４接続ジョイント
２５ロッド
２６支持シリンダ
２６．１支持シリンダとしてのスリーブ
２６．２支持シリンダとしてのスリーブ
２７支持ピストン
２７．１支持ピストン
２７．２支持ピストン
２８チャネル
２８．１チャネル
２８．２チャネル
２９作動チャンバ
２９．１作動チャンバ
２９．２作動チャンバ
３０接続ロッドベアリングシェル
３７矢印
４０オイル潤滑および冷却システム
４２オイルポンプ
４４制御ユニット

Claims

可変圧縮比を有する往復動ピストン機械、特に往復動ピストン内燃機関であって、部分負荷および完全負荷などの様々な作動モードで作動可能であり、
ハウジング（２）と、
前記ハウジング（２）内に配置された回転可能に取り付けられたクランクシャフト（１５）と、
少なくとも１つの接続ロッド（１７）であって、前記クランクシャフト（１５）に前記接続ロッド（１７）を回転可能に取り付けるためにその第１端部に回転ベアリングを有する少なくとも１つの接続ロッド（１７）と、
圧縮ピストン（１３）であって、前記接続ロッド（１７）の第２端部に回転可能に取り付けられ、前記端部は前記接続ロッド（１７）の前記第１端部の反対側であり、前記接続ロッド（１７）に対して調整可能な圧縮ピストン（１３）と、
詳細には圧縮比を変更するために、前記接続ロッド（１７）の前記第２端部に対して前記圧縮ピストン（１３）を調整するための調整機構（２０）と、
前記接続ロッド（１７）の前記回転ベアリングおよび／または前記ベアリングにオイルを供給するためのオイル潤滑システム（４０）とを含み、
前記調整機構（２０）が、前記圧縮ピストン（１３）に結合された調整要素（１１）と、前記調整要素（１１）を選択的に支持するまたは固定するための少なくとも１つの支持および調整に影響を及ぼすユニット（７）とを有し、前記ユニットが前記接続ロッド（１７）内および／または上に配置された少なくとも１つの支持シリンダ（２６）と、前記シリンダ内を移動可能であり、前記調整要素（１１）と動作的に接続されたピストンロッド（２５）を有する支持ピストン（２７）とを有し、
前記調整要素（１１）の第１調整位置が第１圧縮比に対応し、前記調整要素（１１）の少なくとも１つの第２調整位置が前記第１圧縮比より高い第２圧縮比に対応し、
前記オイル潤滑システム（４０）がオイルポンプ（４２）と、前記作動モードに従って変化可能なオイル圧を生成するために前記オイルポンプ（４２）を制御するための制御ユニット（４４）とを有し、
前記オイル潤滑システム（４０）が、前記支持および調整に影響を及ぼすユニット（７）の前記支持シリンダ（２６）と流体接続している、往復動ピストン機械において、
前記接続ロッド（１７）の１つまたは複数の前記回転ベアリングに供給することが現在要求されているオイル圧に対して修正された圧力で前記支持シリンダ（２６）にオイルが供給されるように、より詳細には、前記第１調整位置から前記第２調整位置の方向におけるおよび／または前記第２調整位置への前記調整要素（１１）の調整を補助するために、および／または、前記第２調整位置から前記第１調整位置の方向におけるおよび／または前記第１調整位置への前記調整要素（１１）の調整および／または調整速度を減衰またはスロットル調整するために、必要な場合に前記制御ユニット（４４）が前記オイル潤滑システム（４０）の前記オイルポンプ（４２）を起動する
ことを特徴とする往復動ピストン機械。
前記接続ロッド（１７）の１つまたは複数の回転ベアリングに供給することが現在要求されているオイル圧に対して上昇された圧力で前記支持シリンダ（２６）にオイルが供給されるように、より詳細には、前記第１調整位置から前記第２調整位置の方向におけるおよび／または前記第２調整位置への前記調整要素（１１）の調整を補助するために、および／または、前記第２調整位置から前記第１調整位置の方向におけるおよび／または前記第１調整位置への前記調整要素（１１）の調整および／または調整速度を減衰またはスロットル調整するために、必要な場合に前記制御ユニット（４４）が前記オイル潤滑システム（４０）の前記オイルポンプ（４２）を起動することを特徴とする請求項１に記載の往復動ピストン機械。
前記第１調整位置から前記第２調整位置の方向におけるおよび／または前記第２調整位置への前記調整要素（１１）の調整を補助する目的でオイル圧を増大するために前記オイルポンプ（４２）を前記制御ユニット（４４）によって起動でき、より詳細には、現在の作動モードに基づいて前記接続ロッドの１つまたは複数の前記ベアリングを潤滑および／または冷却するために必要なオイル圧から実質的に独立したやり方で前記オイルポンプ（４２）を起動できることを特徴とする請求項１または２に記載の往復動ピストン機械。
前記作動モードが、比較的低い回転速度の部分または完全負荷モードである、または低い圧縮比で十分であるまたは低い圧縮比が望まれる作動モード、または低い圧縮比への切換えが実行されるべき作動モードに近い他の負荷モードであるとき、前記第２調整位置から前記第１調整位置の方向におけるおよび／または前記第１調整位置への前記調整要素（１１）の調整の速度をスロットル調整する目的でオイル圧を増大するために前記オイルポンプ（４２）を前記制御ユニット（４４）によって起動できることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の往復動ピストン機械。