DE10151510A1 - Vorrichtung und Verfahren zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors - Google Patents

Abstract

Eine Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors weist auf: mindestens einen Sensor zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors; eine Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung zum Verändern der effektiven Länge einer Pleuelstange, wobei die Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung einen Lagerhalter aufweist, der zwischen der Pleuelstange und einem Kurbelzapfen angeordnet ist, wobei der Lagerhalter eine Innenfläche in Verbindung mit dem Kurbelzapfen und eine Außenfläche aufweist, die axial relativ zu der Pleuelstange entlang einer Längsachse der Pleuelstange bewegbar ist, um eine auswählbare Verschiebung der Pleuelstange relativ zu dem Lagerhalter zu bewirken, wobei mittels der Verschiebung eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange und daher ein gewünschtes Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors bewirkt wird; und eine Motorsteuer-Einrichtung, die mit dem Verbrennungsmotor, dem Sensor und der Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung gekoppelt ist, zum Erzeugen eines Steuersignals, basierend auf dem erfassten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, welches Steuersignal erforderlich ist, um den Lagerhalter in Übereinstimmung mit dem gewünschten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors zu verschieben.

Description

Die Erfindung betrifft im Allgemeinen Hubkolben- Verbrennungsmotoren. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Hubkolben-Verbrennungsmotors.

Das "Kompressionsverhältnis" eines Verbrennungsmotors ist definiert als das Verhältnis des Volumens in einem Zylinder oberhalb eines Kolbens, wenn der Kolben an dem unteren Totpunkt (BDC) befindlich ist, zu dem Volumen in dem Zylinder oberhalb des Kolbens, wenn der Kolben an dem oberen Totpunkt (TDC) befindlich ist. Je höher das Kompressionsverhältnis, desto stärker werden die Luft- und Kraftstoffmoleküle miteinander vermischt und komprimiert, und desto besser ist der Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Dies führt wiederum zu einer verbesserten Kraftstoffökonomie und zu einem höheren Verhältnis der Ausgangsenergie zu der Eingangsenergie des Verbrennungsmotors.

In herkömmlichen Verbrennungsmotoren ist jedoch das Kompressionsverhältnis fest, und daher kann der Wirkungsgrad des Motors nicht verändert werden, um die optimale Leistungsfähigkeit zu erreichen. Demzufolge sind sogenannte Verbrennungsmotoren mit "variablem Kompressionsverhältnis" (VCR), entwickelt worden, um das Totraumvolumen eines Zylinders zu verändern, um eine verbesserte Kraftstoffökonomie zu erreichen und um die Leistungsfähigkeit des Motors zu erhöhen. Solche VCR-Motoren sind derart eingerichtet, dass sie während eines Kleinlastbetriebs ein erhöhtes Kompressionsverhältnis aufweisen, und dass sie während eines Hochlastbetriebs ein geringeres Kompressionsverhältnis aufweisen. Herkömmliche Techniken weisen die Verwendung von "Unterkammern" und "Unterkolben" auf, um das Volumen des Zylinders zu verändern, siehe beispielsweise US 4,246,873 und US 4,286,552. Das Variieren der aktuellen Dimensionen des gesamten oder eines Abschnitts eines Kolbens, der an einer Pleuelstange mit fester Länge befestigt ist, ist in US 5,865,092 beschrieben. Und das Verändern der aktuellen Länge der Pleuelstange ihrerseits ist in US 5,724,863 und US 5,146,879 beschrieben.

Andere Techniken basieren auf der Verwendung von exzentrischen Ringen oder Hülsen entweder an dem unteren kurbelwellenseitigen "Groß"-Ende einer Pleuelstange oder an dem oberen kolbenseitigen "Klein"-Ende der Pleuelstange zum Verändern der Länge der Pleuelstange oder der Höhe des Hub-Kolbens. In US 5,562,068 beispielsweise ist eine Variabel- Kompressionsverhältnis-Pleuelstange offenbart, wobei die effektive Länge der Pleuelstange mittels eines exzentrischen Rings veränderbar ist, der rotiert werden kann und selektiv mit dem Kurbelzapfen und mit dem kurbelwellenseitigen Endabschnitt der Pleuelstange verriegelt werden kann. Wenn ein hydraulischer Arbeitsdruck gelöst wird, wird der exzentrische Ring mit dem Kurbelzapfen verriegelt, woraus eine vergrößerte effektive Länge der Pleuelstange resultiert und daher ein Modus mit einem höheren Kompressionsverhältnis ("Hoch-Kompressions-Verhältnis- Modus") erreicht wird. Wenn der hydraulische Arbeitsdruck angelegt wird, wird der exzentrische Ring mit der Pleuelstange verriegelt, dadurch wird die effektive Stangenlänge verkürzt, und dadurch wird ein kleineres Kompressionsverhältnis erreicht. Der Übergang von dem Betriebsmodus mit dem höheren Kompressionsverhältnis zu dem Betriebsmodus mit dem geringeren Kompressionsverhältnis, oder umgekehrt, erfolgt, wenn der Kolben den unteren Totpunkt (BDC) erreicht. In US 5,960,750 ist ein ähnliches Konzept mit einer Pleuelstange offenbart, die einen rotierbaren exzentrischen Ring in Verbindung mit der Pleuelstange aufweist. Die Pleuelstange weist ein mechanisch betätigtes Verriegelungselement zum Verriegeln des exzentrischen Rings in einer von zwei Positionen auf. Wenn das Verriegelungselement in eine erste Richtung betätigt wird, wird mittels des Verriegelungselements die Pleuelstange in einer Position verriegelt, die einer maximalen effektiven Länge der Pleuelstange entspricht, d. h. ein Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis. Wenn das Verriegelungselement in eine zweite Richtung betätigt wird, wird mittels des Verriegelungselements der exzentrische Ring in einer Position verriegelt, die einer minimalen effektiven Länge der Pleuelstange entspricht, d. h. ein Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis.

In JP 03,092,552 ist auch ein exzentrischer Ring offenbart, wobei dieser Ring innerhalb des kolbenseitigen Endabschnitts der Pleuelstange angeordnet ist als Teil des Kolbenbolzens zum Verändern der Höhe des Kolbens dient.

Die Vorrichtungen mit einem exzentrischen Ring gemäß den oben zitierten Veröffentlichungen weisen jedoch den Nachteil auf, dass der exzentrische Ring jeweils um mindestens 180° rotiert werden muss, bevor eine der gewünschten Betriebszustände oder Positionen erreicht wird. Das Verriegeln des Rings in einer geeigneten Position kann in einem optimalen Zeitintervall möglicherweise nicht erreicht werden, beispielsweise während eines einzelnen Motorzyklus, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange und folglich das Kompressionsverhältnis des Zylinders in einem unerwünschten Zwischenzustand verbleibt. Gemäß einer alternativen Ausgestaltung ist bei der in US 5,960,750 offenbarten Vorrichtung eine Zahnradpumpe erforderlich, um die Rotation der exzentrischen Hülse zu unterstützen. Bei der in US 5,562,068 offenbarten Vorrichtung ist es darüber hinaus erforderlich, dass der Kolben an dem unteren Totpunkt (BDC) ist, damit ein Übergang von dem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis zu dem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis erfolgen kann.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren bereitzustellen, mit dem ein schneller und zuverlässiger Übergang zwischen Betriebszuständen mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen bei einem Verbrennungsmotor mit veränderbarem Kompressionsverhältnis ermöglicht ist.

Das Problem wird gelöst durch ein Vorrichtung, ein Verfahren und eine Einrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors mit den Merkmalen gemäß den unabhängigen Patentansprüchen.

Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen beschrieben.

Die oben beschriebenen Beschränkungen und Nachteile eines herkömmlichen Verbrennungsmotors sind mittels der Erfindung wesentlich reduziert. Erfindungsgemäß ist eine Vorrichtung zum selektiven Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors geschaffen, wobei der Verbrennungsmotor aufweist einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten Hubkolben, eine Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen, eine mit dem Kurbelzapfen und dem Kolben gekuppelte Festlänge-Pleuelstange und einen Kolben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner auf: mindestens einen Sensor, beispielsweise einen Drehzahlsensor oder einen Lastsensor, zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors und eine Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung zum Verändern der effektiven Länge der Pleuelstange. Die Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung weist einen Lagerhalter auf, der zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen angeordnet ist, wobei der Lagerhalter eine Innenfläche in Verbindung mit dem Kurbelzapfen und eine Außenfläche aufweist, die relativ zu der Pleuelstange entlang einer Längsachse der Pleuelstange axial bewegbar ist, um eine selektive Verschiebung der Pleuelstange relativ zu dem Lagerhalter zu bewirken. Durch die Verschiebung wird eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange bewirkt, und daher eine gewünschte Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors.

Die Vorrichtung weist ferner eine Motorsteuer-Einrichtung auf, die mit dem Verbrennungsmotor, dem Sensor und der Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung gekoppelt ist, zum Generieren, basierend auf dem erfassten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, eines Steuersignals, das erforderlich ist, um den Lagerhalter gemäß einem gewünschten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors zu verschieben. Vorzugsweise weist das System ferner mindestens einen Verriegelungsmechanismus auf, mittels dessen in Zusammenwirkung mit dem Lagerhalter und der Pleuelstange die Pleuelstange an einer ausgewählten Position relativ zu dem Lagerhalter gehalten wird, wobei die ausgewählte Position einem ausgewählten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors entspricht.

Ein grundsätzlicher Vorteil der oben beschriebenen Vorrichtung ist, dass Übergänge zwischen zwei oder mehr Kompressionsverhältnis-Modi eines Verbrennungsmotors schnell und zuverlässig erreicht werden können, ohne dass ein Rotieren eines exzentrischen Rings erforderlich ist, wie gemäß dem Stand der Technik offenbart. Übergänge können innerhalb eines einzigen Zyklus des Verbrennungsmotors vollendet werden, indem es der Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung ermöglicht ist, auf die Trägheitskräfte, die auf die Pleuelstange und den Kolben einwirken, zu reagieren. Ferner können unter Verwendung eines geeigneten hydraulischen oder elektromechanischen Systems Übergänge unterstützt werden und die Pleuelstangen in einer Position "verriegelt" werden. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel wird das Ölsystem des Motors verwendet, um den Mechanismus derart zu steuern, dass dadurch ein ausgewähltes Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors erreicht wird.

Gemäß einem zugehörigen Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors geschaffen, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten, Hubkolben, eine Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen und eine mit dem Kurbelzapfen und dem Kolben gekuppelte Pleuelstange einer festen Länge aufweist. Das Verfahren weist die folgenden Schritte auf: Erfassen von mindestens einem Betriebszustand des Verbrennungsmotors und axiales Bewegen der Pleuelstange relativ zu dem Lagerhalter entlang einer Längsachse der Pleuelstange, wobei der Lagerhalter zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen des Verbrennungsmotors angeordnet ist, wobei infolge der Verschiebung eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange und eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt wird. Vorteilhafterweise weist das Verfahren ferner den Schritt des Verriegelns der Pleuelstange in einer Position auf, um die Pleuelstange an einer ausgewählten Position relativ zu dem Lagerhalter zu halten, wobei die ausgewählte Position einem ausgewählten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors zugeordnet ist.

Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist eine Einrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors bereitgestellt, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten Hubkolben, eine Kurbelwelle mit einem Kurbelzapfen und eine mit dem Kurbelzapfen und dem Kolben gekuppelte Pleuelstange einer festen Länge aufweist. Die Einrichtung weist auf: ein von einem Computer nutzbares Medium und einen von einem Computer lesbaren Programmcode, der in dem von einem Computer nutzbarem Medium enthalten ist, zum Anweisen eines Computers, den Schritt des axialen Bewegens der Pleuelstange relativ zu einem Lagerhalter entlang einer Längsachse der Pleuelstange zu steuern, wobei der Lagerhalter zwischen der Pleuelstange und dem Kurbelzapfen des Verbrennungsmotors angeordnet ist, so dass infolge des Verschiebens eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange und eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt wird.

Ausführungsbeispiele sind in den Figur dargestellt und werden im Weiteren beschrieben.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Diagramm einer exemplarischen Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors,

Fig. 2A und 2B Diagramme, die den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einer Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Betriebsmodus mit einem geringen Kompressionsverhältnis zeigen,

Fig. 3A und 3B Diagramme, die den Betrieb eines Verbrennungsmotors mit einer Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in einem Betriebsmodus mit einem hohen Kompressionsverhältnis zeigen,

Fig. 4A und 4B eine perspektivische Explosionsdarstellung bzw. eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer Pleuelstange und einer Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 5A und 5B eine perspektivische Explosionsdarstellung bzw. eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer Pleuelstange und einer Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung,

Fig. 6A und 6B Diagramme, die den Betrieb einer exemplarischen Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen,

Fig. 7 ein Diagramm, das den Betrieb einer exemplarischen Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung mit zwei Verriegelungsmechanismen gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigt,

Fig. 8 ein Diagramm, das eine exemplarische Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung mit zwei gegenüberliegenden Verriegelungsmechanismen und zugehörigen Durchgangslöchern zeigt,

Fig. 9A und 9B Diagramme von exemplarischen Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtungen mit zwei gegenüberliegenden Verriegelungsmechanismen und zugehörigen Kanälen,

Fig. 10 ein Diagramm einer exemplarischen Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung mit einem einzigen Verriegelungsmechanismus und einem zugehörigen Kanal,

Fig. 11 ein Diagramm, in dem exemplarisch eine Strategie zum Betrieb einer Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist,

Fig. 12 und 13 Diagramme, welche die Abhängigkeit des Zylinderdrucks und des Öldrucks von der Winkelstellung der Kurbel während des Normalbetriebs ("motoring") eines exemplarischen Verbrennungsmotors mit veränderbarem Kompressionsverhältnis zeigt, der gemäß der Erfindung angeordnet und aufgebaut ist, und

Fig. 14 und 15 Diagramme, welche die Abhängigkeit des Zylinderdrucks und des Öldrucks von der Winkelstellung der Kurbel während des Lastbetriebs ("firing") eines exemplarischen Verbrennungsmotors mit veränderbarem Kompressionsverhältnis zeigen, der gemäß der Erfindung angeordnet und aufgebaut ist.

In Fig. 1 ist ein Diagramm einer Vorrichtung zum Betreiben eines Verbrennungsmotors mit veränderbarem Kompressionsverhältnis gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt. Der in Fig. 1 gezeigte Motor 110 ist als Beispiel ein Benzin-Viertakt- Kraftstoff-Direkteinspritz(DFI)-Verbrennungsmotor mit einer Mehrzahl von Zylindern (nur einer ist gezeigt), wobei jeder der Zylinder eine Verbrennungskammer 111 mit einer zugehörigen Kraftstoffeinspritzvorrichtung 113, eine Zündkerze 115, einen Einlasskanal 124, einen Auslasskanal 122 und einen Hubkolben 112 aufweist. Allerdings kann der Motor 110 ein beliebiger Verbrennungsmotor sein, wie beispielsweise ein Einlasskanal- Einspritzungsmotor (PFI, part fuel injection) oder ein Dieselmotor, der einen oder mehrere hin- und herbewegbare Kolben aufweist, wie in Fig. 1 gezeigt. Jeder Kolben des Verbrennungsmotors ist mit einem Endabschnitt einer Pleuelstange 114 einer festen Länge gekuppelt, und der andere Endabschnitt ist mit einem Kurbelzapfen 117 einer Kurbelwelle 116 gekuppelt.

Der Hubkolben 112 ist ferner mit einem Kompressionsverhältnis- Mechanismus 170 gekoppelt, der mittels einer elektronischen Motorsteuer-Einrichtung 160 betrieben wird, um das Kompressionsverhältnis des Motors zu verändern. "Kompressionsverhältnis" ist definiert als das Verhältnis des Volumens in dem Zylinder 111 oberhalb des Kolbens 112, wenn der Kolben am unteren Totpunkt (BDC) ist, zu dem Volumen in dem Zylinder 111 oberhalb des Kolbens 112, wenn der Kolben 112 am oberen Totpunkt (TDC) ist. Der Kompressionsverhältnis- Mechanismus 170 wird derart betrieben, dass dadurch eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Motors entsprechend eines oder mehrerer Parameter bewirkt wird, wie beispielsweise der Motorlast und der Motordrehzahl, wie in Fig. 11 exemplarisch gezeigt ist. Derarte Parameter werden mittels geeigneter Sensoren erfasst, wie beispielsweise eines Drehzahlsensors 150, eines Luftmassenfluss-Sensors 130 (MAF) und eines Pedalpositionssensors 140, welche elektronisch mit der Motorsteuer-Einrichtung 160 gekoppelt sind. Der Kompressionsverhältnis-Mechanismus 117 wird unten detailliert bezugnehmend auf Fig. 2A bis 10 beschrieben.

Wiederum bezugnehmend auf Fig. 1, weist die Motorsteuer- Einrichtung 160 auf eine Zentralrechen-Einheit (CPU) 162 mit zugehörigen Eingabe-/Ausgabeanschlüssen 169, einen Read-Only- Memory-Speicher (ROM) 164 oder irgendein geeignetes elektronisches Speichermedium, das von einem Prozessor ausführbare Anweisungen und Kalibrierwerte aufweist, ein Random-Access-Memory (RAM) 166 und einen Datenbus 168 einer beliebigen geeigneten Konfiguration. Von der Motorsteuer- Einrichtung 160 werden Signale von unterschiedlichen Sensoren empfangen, die mit dem Motor 110 und/oder mit dem Fahrzeug gekoppelt sind, und wird der Betrieb der Kraftstoffeinspritzvorrichtung 113 gesteuert, die derart angeordnet ist, dass mit ihr Kraftstoff in einen zugeordneten Zylinder 111 in mittels der Motorsteuer-Einrichtung 160 präzise festgelegten Mengen einspritzbar ist. Mittels der Motorsteuer- Einrichtung 160 wird der Betrieb der Zündkerzen 115 in bekannter Weise gesteuert.

Fig. 2A bis 3B sind Diagramme, die den Betrieb eines Verbrennungsmotors veranschaulichen, der die erfindungsgemäße Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung aufweist. In Fig. 2A und 2B ist der Kolben 212 in Positionen im oberen Totpunkt (TDC) bzw. im unteren Totpunkt (BDC) gezeigt, entsprechend einer "Grundlinien"-Position oder einer "eingezogenen" Position der Pleuelstange 218. Der Kompressionsmechanismus, wie beispielsweise in den als Schnittansicht ausgebildeten Abschnitten von Fig. 2A und Fig. 2B gezeigt, weist einen zwischen der Pleuelstange 218 und einem Kurbelzapfen 222 angeordneten Lagerhalter 220 auf, wobei der Kurbelzapfen 222 eine Zentralachse 224 aufweist, die senkrecht zu der Papierebene orientiert ist und die parallel zu der Rotationsachse 228 einer zugehörigen Kurbelwelle 226 orientiert ist. Der Lagerhalter 220 weist eine Zentralachse 230 auf, die senkrecht zu der Zentralachse 224 des Kurbelzapfens orientiert ist, und analog weist die Pleuelstange 218 eine Zentralachse auf (in Fig. 3A, 3B gezeigt und mit Bezugsziffer 232 versehen). Wenn die Pleuelstange 218, wie in Fig. 2A und 2B gezeigt, in der Grundlinien-Position ist, was hier einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors entspricht, fällt die Zentralachse 230 des Lagerhalters 220 genau oder im Wesentlichen mit der Zentralachse 232 der Pleuelstange zusammen. Wenn die Pleuelstange 218 im Auszugszustand ist, wie in Fig. 3A und 3B gezeigt, was einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis entspricht, ist die Zentralachse 230 des Lagerhalters 220 bezüglich der Zentralachse 232 der Pleuelstange 218 versetzt.

Wie ferner auch in Fig. 4A bis 5B gezeigt, weist der Lagerhalter 220 erfindungsgemäß eine Innenfläche in Verbindung mit dem Kurbelzapfen 222 und eine Außenfläche auf, die relativ zu der Pleuelstange 218 selektiv verschiebbar ist. Die Außenfläche des Lagerhalters 220 ist bezüglich der Pleuelstange 218 in linearer Weise entlang einer Längsachse 234 verschiebbar, welche Längsachse 234 sich zwischen dem ersten Endabschnitt und dem zweiten Endabschnitt der Pleuelstange 218 erstreckt. Die Zentralachse der Pleuelstange 218 wird daher selektiv bezüglich der Zentralachse des Lagerhalters 220 verschoben, dadurch wird eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange und des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt. Wie in Fig. 2A bis 3B gezeigt, ist die effektive Länge der Pleuelstange l_L bei dem Betrieb mit dem kleinen Kompressionsverhältnis gleich der "Grundlinien"- Länge, d. h. der Einzugs-Länge l_B der Pleuelstange, und die effektive Länge der Pleuelstange l_H ist gleich der Auszugs- Länge l_B+x der Pleuelstange bei dem Betrieb mit dem hohen Kompressionsverhältnis.

Fig. 4A bis 5B zeigen eine Explosionsdarstellung bzw. eine perspektivische Zusammenbaudarstellung bevorzugter Ausführungsbeispiele einer Pleuelstange und einer Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung gemäß der Erfindung. Die exemplarisch gezeigten bevorzugten Ausführungsbeispiele stellen keine Begrenzung des hier beanspruchten Schutzumfangs der Erfindung dar. Weitere detaillierte Ausführungsbeispiele für die Pleuelstange und die Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung können den parallel anhängigen US-Patentanmeldungen mit den Seriennummern . . . (Anwaltsakte 199-0483), . . . (Anwaltsakte 200-1349), . . . (Anwaltsakte 200-1353) und . . . (Anwaltsakte 200-1358) entnommen werden, die hier via Bezug mit aufgenommen sind.

Bezugnehmend auf Fig. 4A und 4B ist eine Explosionsdarstellung bzw. eine perspektivische Zusammenbaudarstellung einer erfindungsgemäßen Pleuelstange und einer erfindungsgemäßen Kompressionsverhältnis- Veränderungsvorrichtung gezeigt. Die Pleuelstange 400 hat einen ersten oder sogenannten kurbelzapfenseitigen "Groß"- Endabschnitt 412 zum Lagern an einem Kurbelzapfen 415 einer Kurbelwelle und einen zweiten sogenannten kolbenseitigen "Klein"-Endabschnitt 416 zum Lagern an einem Mittenabschnitt eines Schwingzapfens (nicht gezeigt) und zum Kuppeln der Pleuelstange 400 mit einem Kolben (nicht gezeigt). Eine Kompressionsverhältnis-Vorrichtung 418 ist in dem kurbelzapfenseitigen Endabschnitt der Pleuelstange enthalten, zum Verändern der effektiven Länge der Pleuelstange, welche effektive Länge zwischen dem kurbelzapfenseitigen Endabschnitt 412 und dem kolbenseitigen Endabschnitt 416 gemessen wird.

Gemäß dem in Fig. 4A und 4B gezeigten Ausführungsbeispiel weist der kurbelzapfenseitige Endabschnitt 412 ferner ein oberes Halbring-Element 420 und ein unteres Halbring-Element 422 auf, die miteinander um den Kurbelzapfen 415 herum befestigt werden. Das untere Halbring-Element 422 weist zueinander parallele Durchgangslöcher 426 und 428 an gegenüberliegenden Endabschnitten seines Halbumfangs auf. An gegenüberliegenden Endabschnitten seines Halbumfangs weist das obere Halbring-Element 420 Durchgangslöcher 430 und 432 auf, die bezüglich der Durchgangslöcher 426 bzw. 428 zueinander ausgerichtet sind, wenn die beiden Halbring-Elemente 420 und 422 in Verbindung mit dem Kurbelzapfen sind.

Die Pleuelstange 400 weist ferner einen Teil 434 auf, der einen Pleuelstangen-Abschnitt 435 aufweist. Ein Endabschnitt des Teils 434 weist den kolbenseitigen Endabschnitt 416 auf, und der gegenüberliegende Endabschnitt des Teils 434 ist über den Kompressionsverhältnis-Mechanismus 418 mit dem kurbelzapfenseitigen Endabschnitt 412 gekuppelt. Das Kuppeln des Kompressionsverhältnis-Mechanismus und des kurbelzapfenseitigen Endabschnitts 412 erfolgt vorzugsweise unter Verwendung der Durchgangslöcher 436 und 438, die zu den Durchgangslöchern 430 bzw. 432 ausgerichtet sind, sowie unter Verwendung von Befestigungselementen 440 und 442 und von Muttern 441 und 443. Die Durchgangslöcher 436 und 438 sind zueinander parallel angeordnet und sind an den freien Endabschnitten der gebogenen Arme 445 angeordnet, die sich ausgehend von dem Pleuelstangen-Abschnitt 435 erstrecken.

Jedes Befestigungselement 440 und 442 weist einen Kopfabschnitt 444 auf, der an einem proximalen Endabschnitt angebracht ist, und weist ein Schraubengewinde 446 auf, das an einem distalen Endabschnitt angeordnet ist. Zwischen dem proximalen Endabschnitt und dem distalen Endabschnitt weist jedes Befestigungselement 440, 442 eine kreiszylinderförmige Führungsfläche 448 auf. Die Teile werden in der Weise zusammengesetzt, wie dies in Fig. 4A gezeigt ist, wobei die jeweiligen Schafte der Befestigungselemente durch die jeweils zueinander ausgerichteten Durchgangslöcher 436 und 430, 438 und 432, und 426 und 428 hindurchgeführt werden und mit den entsprechenden Muttern 441 bzw. 443 verschraubt werden. Die Durchmesser der Durchgangslöcher 436 und 438 sind größer als jene der Durchgangslöcher 430 und 432, wodurch den Schultern 450 an den Endabschnitten der Führungen 448 ermöglicht ist, an die Begrenzungen der Durchgangslöcher 430 und 432 anzustoßen. Wenn die Befestigungsmittel und die Muttern festgezogen werden, beispielsweise mittels Drehens mit einem geeigneten Befestigungswerkzeug, werden die beiden Halb-Elemente 420 und 422 an ihren Endabschnitten aneinander gedrückt, wodurch der Kurbelzapfen klemmend umfasst wird, dadurch wird um den Kurbelzapfen herum eine Lagerhalter-Struktur ausgebildet.

Die axiale Länge jeder der Führungsflächen 448, gemessen zwischen dem Kopfabschnitt 444 und der Schulter 450, ist geringfügig größer als die axiale Länge von jedem der Durchgangslöcher 436 und 438, und die Durchmesser der Durchgangslöcher 436 und 438 ist geringfügig größer als die Durchmesser der Führungen 448, so dass ein Verschiebespielraum gebildet ist. Auf diese Weise ist es dem Pleuelstangen-Teil 434 ermöglicht, axial verschoben zu werden, d. h. die Außenfläche der zusammengesetzten Komponenten 420/422 ist axial relativ zu der Pleuelstange über einen kurzen Bewegungsbereich bezüglich des kurbelzapfenseitigen Endabschnitts 412 entlang einer Längsachse 234 bewegbar, welche Längsachse 234 sich zwischen dem kurbelzapfenseitigen und kolbenseitigen Endabschnitt der Pleuelstange erstreckt. Der Bewegungsbereich ist in Fig. 4B mittels der Verschiebung x einer Zentralachse 232 der Pleuelstange bezüglich einer Zentralachse 230 der zusammengesetzten Halb-Elemente 420 und 422 angezeigt. Die Verschiebung x der beiden Zentralachsen zueinander führt zu einer Veränderung in der Länge der Pleuelstangen-Anordnung 400 von x. Wenn die Arme 445 am Teil 420 um die Begrenzungen der Durchgangslöcher 430 und 432 herum anliegen, weist die Pleuelstangen-Anordnung 400 eine minimale oder eine "Grundlinien"-Länge entsprechend einem Betriebsmodus des Verbrennungsmotors mit einem geringen Kompressionsverhältnis auf. Wenn die Arme 445 an den Kopfabschnitten 444 anliegen, weist die Pleuelstangen-Anordnung 400 eine maximale oder Auszugs-Länge entsprechend einem Betriebsmodus des Verbrennungsmotors mit einem hohen Kompressionsverhältnis auf.

Wie ferner in Fig. 4A und 4B gezeigt, können Kanalelemente 454 an seitlichen Abschnitten der Pleuelstangen-Anordnung 400 angebracht sein, um als zusätzliche Führungsstützen für das axiale Verschieben der Pleuelstange zu dienen. Der Mechanismus 418 kann passive und/oder aktive Elemente zum Erreichen der gesamten Längenänderung aufweisen, wobei aus der Längenänderung eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses resultiert.

In Fig. 5A und 5B sind eine Explosionsdarstellung bzw. eine perspektivische Zusammenbaudarstellung gemäß einem anderen bevorzugten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Pleuelstange und des erfindungsgemäßen Kompressionsverhältnis- Mechanismus gezeigt. Wie in Fig. 5A und 5B gezeigt, weist eine Pleuelstange 500 einen kurbelzapfenseitigen Endabschnitt 564 zum Lagern an einem Kurbelzapfen 415 einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) und einen kolbenseitigen Endabschnitt 566 zum Lagern an einem mittigen Abschnitt eines Schwingzapfens (nicht gezeigt) zum Kuppeln der Pleuelstange 500 mit einem Kolben (nicht gezeigt) auf. Der Kompressionsverhältnis-Mechanismus 568 ist in diesem Fall vollständig innerhalb des kurbelzapfenseitigen Endabschnitts 564 der Pleuelstange 500 enthalten, um eine Veränderung der Gesamtlänge zwischen dem kurbelzapfenseitigen Endabschnitt und dem kolbenseitigen Endabschnitt der Pleuelstange zu ermöglichen. Der erfindungsgemäße Mechanismus 568 ist mittels eines einstückigen Lagerhalters 570 ausgebildet, der zwischen einem Halbring- Element 572 und einem Endabschnitt eines Pleuelstangen-Teils 574 aufgenommen ist. Gegenüberliegende Endabschnitte des Halbumfangs des Halbring-Elements 572 weisen Löcher 576 und 578 auf, die zu den Gewindelöchern 580 und 582 in dem Pleuelstangen-Teil 574 ausgerichtet sind. Mittels Befestigungselementen 584 und 586 wird das Halbring-Element 572 an dem Pleuelstangen-Teil 574 befestigt. Das Halbring-Element 572 und das Pleuelstangen-Teil weisen Kanäle 588 und 590 auf, die passend zu den entsprechenden Abschnitten eines Flansches 592 des Lagehalters 570 ausgebildet sind. Die Kanaltiefe und die Flanschtiefe sind derart gewählt, dass es der zusammengesetzten Anordnung aus Halbring-Element 572 und Pleuelstangen-Teil 574 ermöglicht ist, axial innerhalb eines kurzen Bereichs bezüglich des Lagerhalters 570 bewegt zu werden, wodurch sich die gesamte Länge verändert, wie in Fig. 5B mit x bezeichnet. Der Mechanismus 568 kann passive und/oder aktive Elemente zum Erreichen einer Änderung der Gesamtlänge und zum Erreichen einer Änderung des entsprechenden Kompressionsverhältnisses aufweisen. Die Kanäle 588, 590 bilden die Nut und der Flansch 592 bildet die Feder einer Nut- und Federverbindung aus, wodurch eine Gleitbewegung ermöglicht ist, mittels der die Länge der Pleuelstangen-Anordnung justierbar ist.

In Fig. 6A und 6B sind schematische Diagramme gezeigt, die den Betrieb eines exemplarischen Kompressionsverhältnis- Mechanismus 600 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung zeigen. Der Kompressionsverhältnis-Mechanismus 600, der in Fig. 6A und Fig. 6B gezeigt ist, weist einen einstückig ausgebildeten Lagerhalter 602 mit Stielabschnitten 621 und 622 auf, die an gegenüberliegenden Endabschnitten des Lagerhalters entlang der Längsachse 234 der Pleuelstange angeordnet sind. Es ist zu beachten, dass in Fig. 6A und Fig. 6B nur ein Ausschnitt, nämlich die Innenkontur 606, der Pleuelstange gezeigt ist. Wenn der Kompressionsverhältnis- Mechanismus der Erfindung im Inneren der Innenkontur der Pleuelstange zusammengesetzt ist, kann der Mechanismus von einer in Fig. 6A gezeigten Position mit einem geringen Kompressionsverhältnis in eine in Fig. 6B gezeigte Position mit einem hohen Kompressionsverhältnis, und in umgekehrter Richtung, betätigt werden, indem der Lagerhalter über ein hydraulisches oder elektromechanisches System betätigt wird, das mit der Pleuelstange gekoppelt ist und/oder darin angebracht ist. Ein hydraulisches System mit Öffnungen 612 und Leitungen 614 ist derart ausgebildet, dass der Fluss von Öl oder einer anderen geeigneten Flüssigkeit zu oder von den Stielabschnitten ermöglicht ist, so dass der gesamte Lagerhalter von einer Position in eine andere bewegt wird. Ferner ist ein Kontrollventil 616 vorgesehen, das dazu verwendet wird, den Ölfluss so zu steuern, dass die Pleuelstange relativ zu dem Lagerhalter wie gewünscht positioniert wird.

Um die Pleuelstange von einem Auszugs-Zustand zu einem Zustand an der Grundlinie zu bewegen, muss die Pleuelstange einer Kompression ausgesetzt sein, beispielsweise während eines Arbeitshubs eines Viertaktverbrennungsmotors, und das Kontrollventil 620 muss so eingestellt sein, dass es einen Ölfluss in ein unteres Reservoir 632 zulässt, das zwischen der Innenseite der Pleuelstange und dem Lagerhalter ausgebildet ist. Mittels des Kontrollventils wird es ermöglicht, dass Öl von dem oberen Reservoir 634 zu dem unteren Reservoir 632 fließt. Auf diese Weise ist die Pleuelstange in der Grundlinien-Position verriegelt, bis das Kontrollventil bewegt wird.

Um die Pleuelstange des Verbrennungsmotors mit variablem Kompressionsverhältnis in die Auszugs-Position zurückzubewegen, muss die Pleuelstange unter Zug stehen, beispielsweise während dem Ansaughub in einem Viertakt-Verbrennungsmotor, und das Kontrollventil 620 muss so eingestellt sein, dass es den Fluss von Öl von dem unteren Reservoir 632 zu dem oberen Reservoir 634 zulässt. Auf diese Weise ist die Pleuelstange in der Auszugs-Position mit einem hohen Kompressionsverhältnis verriegelt.

In diesem Ausführungsbeispiel wird ein positiver Öldruck kombiniert mit einer auf die Pleuelstange wirkenden Trägheitskraft verwendet, um die Pleuelstange aus- oder einzuziehen, wie dies erforderlich ist, um das gewünschte Kompressionsverhältnis zu erreichen. Ferner wird der positive Öldruck verwendet, um die Pleuelstange in der gewünschten Position aufrechtzuerhalten oder zu halten. In den unten beschriebenen Fig. 7 bis 10 sind alternative Ausführungsbeispiele des Kompressionsverhältnis-Mechanismus mit einem oder mehreren hydraulisch oder elektromechanisch betätigten Verriegelungsmechanismen zum Aufrechterhalten einer effektiven Länge der Pleuelstange beschrieben, wie dies erforderlich ist.

Fig. 7 ist ein Diagramm, in dem der Betrieb einer exemplarischen Kompressionsverhältnis-Vorrichtung mit zwei Verriegelungsmechanismen 722 und 732 gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung gezeigt ist. Der Mechanismus weist ferner einen Lagerhalter auf, der einen Hauptkörper- Abschnitt 702 in Kontakt mit einem zugehörigen Kurbelzapfen, einen oberen Stielabschnitt 708, einen unteren Stielabschnitt 710, Ölleitungen 704 und 706 zum Bereitstellen von Durchgängen für eine Hochdruckölleitung 740 und eine Niederdruckölleitung 750 aufweist. Die Elemente oder Abschnitte der Ölleitungen, die im Inneren der Kästen 720 und 730 gezeigt sind, sind vorzugsweise im Inneren des kurbelzapfenseitigen Endabschnitts der Pleuelstange benachbart zu den zugehörigen Stielabschnitten 708 und 710 des Lagehalters angeordnet.

Die in Fig. 7 gezeigten Verriegelungsmechanismen werden unter Verwendung der Nieder-"Schmier"-Öldruckleitung 750 in ihrer gegenwärtigen Position gehalten und werden unter Verwendung der Hochdruckölleitung 740 in die nächste Position überführt. Die Hochdruckölleitung 740, die in Fig. 7 als durchgezogene Linie dargestellt ist, wird dafür verwendet, die Pleuelstange in die nächste Position überzuführen. Dies wird unter Verwendung von Hochdruckpulsen auf die Leitung 740 erreicht, welche Pulse die Elemente der Verriegelungsmechanismen 722 und 732 dazu bringt, entweder komprimiert zu werden oder voneinander wegbewegt zu werden, um so Kompressions- oder Zugkräfte auf die Pleuelstange auszuüben, um einen Übergang der Pleuelstange in eine Position mit einem hohen Kompressionsverhältnis oder in eine Position mit einem geringen Kompressionsverhältnis zu ermöglichen. Die Niederdruckölleitung 750 wird im Gegensatz dazu verwendet, die Positionen der Verriegelungsstifte 722 und 732 aufrechtzuerhalten, nachdem entsprechende Hochdruckpulse bereitgestellt worden sind, um die Zentralachse der Pleuelstange zu verschieben. Vorzugsweise bewirkt ein einziger Hochdruckpuls auf der Hochdruckleitung 740, dass ein bereits in der "Verriegelungs"-Position befindlicher Verriegelungsstift, beispielsweise Mechanismus 722 aus Fig. 7, expandiert und dadurch entriegelt wird, wohingegen der entgegengesetzte Verriegelungsmechanismus 732 dazu gebracht wird, komprimiert zu werden und in der verriegelten Position zu verbleiben, nachdem die Pleuelstange in einer Richtung weg von dem Kolben verschoben worden ist. Wie in Fig. 7 gezeigt, entspricht daher der Betrieb der Kompressionsverhältnis-Vorrichtung einem Übergang von einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis.

Es ist zu beachten, dass mit allen bevorzugten Ausführungsbeispielen der Erfindung die Kompressionsverhältnis- Vorrichtung selbstverständlich derart eingerichtet sein kann, dass ein Übergang zwischen mehr als zwei Zuständen mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen möglich ist. Beispielsweise kann die Vorrichtung zum Steuern des Kompressionsverhältnisses derart eingerichtet sein, dass Übergänge zwischen drei oder mehr Zuständen mit unterschiedlichen Kompressionsverhältnissen, d. h. mit einem hohen, einem mittleren bzw. einem niedrigen Kompressionsverhältnis eingestellt werden können.

In Fig. 8 bis 10 sind alternative Ausführungsbeispiele des Verriegelungsmechanismus für die Kompressionsverhältnis- Vorrichtung der Erfindung gezeigt. In Fig. 8 ist eine exemplarische Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung mit zwei einander gegenüberliegenden Verriegelungsmechanismen 824 und 826 und mit zugehörigen Durchgangslöchern 814 und 816 gezeigt, die in Stielabschnitte 804 und 806 eingebracht sind. Der Verriegelungsmechanismus 824, der in Fig. 8 als schattierter Bereich gezeigt ist, ist in einem verriegelten Zustand gezeigt. Vorzugsweise sind beide Mechanismen zylindrisch geformte Stifte, die geeignet ausgebildet sind, um die Trägheitskräfte auszuhalten, die während des Betriebs des Motors über die Pleuelstange ausgeübt werden.

Fig. 9A zeigt ein ähnliches Ausführungsbeispiel wie das in Fig. 8 gezeigte, abgesehen davon, dass die Verriegelungsmechanismen 924 und 926 so ausgebildet und angeordnet sind, dass sie mit zugehörigen Leitungen 914 und 916 zusammenwirken, die an den oberen bzw. unteren Randabschnitten der Stielabschnitte 904 und 906 ausgebildet sind. Ein zusätzliches Ausführungsbeispiel ist auch in Fig. 9B gezeigt, abgesehen davon, dass die Verriegelungsmechanismen abgeflachte zylindrische Stifte 974 und 976 sind, die entsprechend geformte Leitungen 964 und 966 aufweisen, die an Stielabschnitten 954 und 956 ausgebildet sind. Fig. 10 zeigt ein Ausführungsbeispiel, das dem Ausführungsbeispiel von Fig. 9B ähnelt, abgesehen davon, dass nur ein einziger Stiel 1004 mit einem zugehörigen Verriegelungsmechanismus 1024 und einer zugehörigen Leitung 1014 vorgesehen ist.

Fig. 11 ist ein Diagramm, das eine exemplarische Kompressionsverhältnis-Karte 1100 zur Verwendung mit den oben beschriebenen Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtungen zeigt. Auf der Karte 1100 ist die Betriebsstrategie für einen Verbrennungsmotor mit einem veränderbaren Kompressionsverhältnis gezeigt, und die Karte 1100 ist gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel der Erfindung in der elektronischen Motorsteuer-Einrichtung aus Fig. 1 implementiert. Die in der Karte 1100 enthaltene Information, die in dem von einem Computer lesbaren Programmcode und in einem zugehörigen Speichermittel enthalten ist, wird verwendet, um einen Verbrennungsmotor in einen Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis 1102 bzw. in einen Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis 1104 zu betreiben, in Abhängigkeit von der detektierten Betriebszahl und Betriebslast des Verbrennungsmotors. Mittels der Karte ist festgelegt, wann zwischen unterschiedlichen Kompressionsmodi umgeschaltet wird, wobei die gezeigte Karte lediglich exemplarisch zu verstehen ist und nicht den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung in irgendeiner Weise begrenzt.

Fig. 12 bis 15 sind Diagramme, in denen der Zylinder- bzw. Öldruck in Abhängigkeit von dem Winkelstand der Kurbelwelle für einen dreizylindrigen Viertaktbenzinverbrennungsmotor mit variablem Kompressionsverhältnis aufgetragen ist. Fig. 12 und 13 beziehen sich auf einen Übergang von einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis bzw. von einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis und zeigen Diagramme des Zylinder- und Öldrucks während des Normalbetriebs ("motoring") des Motors. Fig. 14 und 15 beziehen sich ebenfalls auf einen Übergang von einen Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis bzw. von einem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis und zeigen Darstellungen des Zylinder- und Öldrucks während des Lastbetriebs ("firing"). In Fig. 12 bis 15 sind für alle drei Zylinder (mit "1", "2" bzw. "3" bezeichnet) Druckkurven 1201 bis 1203, 1301 bis 1303, 1401 bis 1403 und 1501 bis 1503 gezeigt und es sind Kammer-Öldruckkurven 1204, 1304, 1404 und 1504 gezeigt. Die Betriebsbedingungen entsprechen einer nominalen Drehzahl von 1500 Umdrehungen pro Minute (1500 Umdrehungen pro Minute, 2.62 bar mittlerer Brems-Arbeitsdruck [BMEP, brake mean effect pressure] zum Zünden der Zylinder) mit einer Öltemperatur von 48.888°C und mit einer Motorkühlmitteltemperatur von ungefähr 65.555°C.

Die Diagramme 1200 bis 1500, die in den Fig. 12 bis 15 gezeigt sind, entsprechen einem Motor mit einer Kompressionsverhältnis-Vorrichtung, die einen relativ hohen Öldruck erfordert, nominal größer als 100 psi, zum Aufrechterhalten der Pleuelstangen in dem Betriebszustand mit einem geringen Kompressionsverhältnis, und mit einem relativ geringen Öldruck, nominal weniger als 100 psi, zum Aufrechterhalten der Pleuelstange in einem Betriebszustand mit einem hohen Kompressionsverhältnis. Die tatsächlichen Werte der Öldrucke und das Verhältnis zu den Betriebszuständen mit unterschiedlichem Kompressionsverhältnissen begrenzt jedoch nicht den Schutzumfang der Erfindung. Aus den Kurven ist ersichtlich, dass, wenn der Kammer-Öldruck einen Schwellwert erreicht, die Pleuelstangen innerhalb eines einzigen Motorzyklus einen Übergang in die vorgegebene neue Position vollführen. Die Übergänge in Fig. 12 und 14 führen dazu, dass der Betrieb in dem Modus mit einem hohen Kompressionsverhältnis fortgesetzt wird, und die Übergänge in den Fig. 13 und 15 führen dazu, dass der Betrieb in einem Modus mit einem geringen Kompressionsverhältnis fortgesetzt wird.

Zusammenfassend ist eine Vorrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors beschrieben, das einen Lagerhalter aufweist, der mit einer Pleuelstange zusammenwirkt, wobei die Zentralachse der Pleuelstange schnell und zuverlässig bezüglich der Zentralachse des Lagerhalters verschoben wird, um eine Veränderung der Länge der Pleuelstange zu bewirken, dadurch wird selektiv eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt. Der Übergang von einem Modus mit einem ersten Kompressionsverhältnis zu einem Modus mit einem zweiten Kompressionsverhältnis erfolgt in linearer Weise, ohne dass es, wie gemäß dem Stand der Technik, erforderlich ist, einen exzentrischen Ring zu rotieren.

Claims (12)

1. Vorrichtung zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten Hubkolben (112), eine Kurbelwelle (116) mit einem Kurbelzapfen (117) und eine mit dem Kurbelzapfen (117) und dem Kolben (112) gekoppelte Pleuelstange (114) einer festen Länge aufweist, wobei die Vorrichtung aufweist:
mindestens einen Sensor (130, 140, 150) zum Erfassen eines Betriebszustands des Verbrennungsmotors;
eine Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung (170) zum Verändern der effektiven Länge der Pleuelstange (114), wobei die Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung (170) einen Lagerhalter (220) aufweist, der zwischen der Pleuelstange (114) und dem Kurbelzapfen (117) angeordnet ist, wobei der Lagerhalter (220) eine Innenfläche in Verbindung mit dem Kurbelzapfen (117) und eine Außenfläche aufweist, die relativ zu der Pleuelstange (114) entlang einer Längsachse der Pleuelstange (114) axial bewegbar ist, um ein selektives Verschieben der Pleuelstange (114) relativ zu dem Lagerhalter (220) zu bewirken, so dass infolge der Verschiebung eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange (114) und daher ein gewünschtes Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors bewirkt wird; und
eine Motorsteuer-Einrichtung (160) die mit dem Verbrennungsmotor, dem mindestens einen Sensor (130, 140, 150) und der Kompressionsverhältnis-Veränderungsvorrichtung (170) gekoppelt ist, zum Erzeugen eines Steuersignals basierend auf dem erfassten Betriebszustand des Verbrennungsmotors, welches Steuersignal erforderlich ist, um den Lagerhalter (220) entsprechend des gewünschten Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors zu verschieben.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Sensor (130, 140, 150) einen Drehzahlsensor (150) zum Erfassen der Drehzahl des Verbrennungsmotors aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher der Sensor (130, 140, 150) einen Lastsensor (130, 140) zum Erfassen der Last des Verbrennungsmotors aufweist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Motorsteuer- Einrichtung (160) mindestens eine Kompressionsverhältnis-Karte (1100) zum Definieren von Kompressionsmodus-Übergängen für den Verbrennungsmotor aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die mindestens eine Kompressionsverhältnis-Karte (1100) zumindest teilweise auf der Drehzahl des Verbrennungsmotors basiert.

6. Vorrichtung nach Anspruch 4, bei der die mindestens eine Kompressionsverhältnis-Karte (1100) zumindest teilweise auf der Betriebslast des Verbrennungsmotors basiert.

7. Vorrichtung nach Anspruch 1, die ferner mindestens einen Verriegelungsmechanismus (722, 732) in Zusammenwirkung mit dem Lagerhalter (220) und der Pleuelstange (114) aufweist, zum Aufrechterhalten der Pleuelstange (114) in einer gewählten Position relativ zu dem Lagerhalter (220), wobei die gewählte Position einem gewählten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors entspricht.

8. Verfahren zum Verändern eines Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten Hubkolben (112), eine Kurbelwelle (116) mit einem Kurbelzapfen (117) und eine mit dem Kurbelzapfen (117) und dem Kolben (112) gekoppelte Pleuelstange (114) einer festen Länge aufweist, wobei gemäß dem Verfahren:
mindestens ein Betriebszustand des Verbrennungsmotors erfasst wird; und
die Pleuelstange (114) relativ zu einem Lagerhalter (220) entlang der Längsachse der Pleuelstange (114) axial bewegt wird, wobei der Lagerhalter (220) zwischen der Pleuelstange (114) und dem Kurbelzapfen (117) des Verbrennungsmotors angeordnet ist, so dass infolge des Verschiebens eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange (114) und des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt wird.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei dem axialen Bewegen der Pleuelstange (114) relativ zu dem Lagerhalter (220) die Pleuelstange (114) bewegt wird, während die Pleuelstange (114) unter Kompression ist, um eine Verkürzung der Pleuelstange (114) zu bewirken.

10. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem bei dem axialen Bewegen der Pleuelstange (114) relativ zu dem Lagerhalter (220) die Pleuelstange (114) bewegt wird, während die Pleuelstange (114) unter Zug ist, um eine Verlängerung der Pleuelstange (114) zu bewirken.

11. Verfahren nach Anspruch 8, bei dem ferner die Pleuelstange (114) in Position verriegelt wird, um die Pleuelstange (114) an einer gewählten Position relativ zu dem Lagerhalter (220) zu halten, wobei die gewählte Position einem gewählten Kompressionsverhältnis des Verbrennungsmotors entspricht.

12. Einrichtung zum Verändern des Kompressionsverhältnisses eines Verbrennungsmotors, wobei der Verbrennungsmotor einen Zylinder, einen im Inneren des Zylinders angeordneten Hubkolben (112), eine Kurbelwelle (116) mit einem Kurbelzapfen (117) und eine mit dem Kurbelzapfen (117) und mit dem Kolben (112) gekoppelte Pleuelstange (114) einer festen Länge aufweist, wobei die Einrichtung aufweist:
ein von einem Computer nutzbares Medium; und
einen von einem Computer lesbaren Programmcode, der in dem von dem Computer nutzbaren Medium enthalten ist, zum Anweisen eines Computers, ein axiales Bewegen der Pleuelstange (114) relativ zu einem Lagerhalter (220) entlang der Längsachse der Pleuelstange (114) zu steuern, wobei der Lagerhalter (220) zwischen der Pleuelstange (114) und dem Kurbelzapfen (117) des Verbrennungsmotors angeordnet ist, so dass infolge der Verschiebung eine Veränderung der effektiven Länge der Pleuelstange (114) und eine Veränderung des Kompressionsverhältnisses des Verbrennungsmotors bewirkt wird.