AT521678B1

AT521678B1 - Längenverstellbare Pleuelstange mit masseoptimiertem Steuerschieber

Info

Publication number: AT521678B1
Application number: ATA50875/2018A
Authority: AT
Inventors: Heller Malte; Bezner Stefanie; Christian Gallob Ing; Ing Martin Rath Dipl; Ing Bernhard Kometter Dipl
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2018-10-08
Filing date: 2018-10-08
Publication date: 2020-04-15
Also published as: DE112019005034A5; WO2020073070A1; CN113227555A; CN113227555B; US11525392B2; US20210348552A1; AT521678A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (13) zum Bewirken einer Wirklängenveränderung der Pleuelstange (1). Die hydraulische Steuereinrichtung (13) weist ein hydraulisches Steuerventil (19) auf, das einen hydraulisch betätigbaren und mittels einer Steuerschieberfeder (34) vorgespannten Steuerschieber (26) und zwei von dem Steuerschieber (26) mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkonturen betätigbare Ablassventile (24, 25) umfasst. Der Steuerschieber (26) weist einen Niederdruckabschnitt (NA) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers (26) auf. Zur Optimierung des Steuerschiebers (26) für eine solche längenverstellbare Pleuelstange (1) sind die beiden Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt (HA) des Steuerschiebers (26) angeordnet, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (NA) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts (DA) getrennt ist. Die Steuerkonturen umfassen jeweils einen Verschlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocken (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50). Der Verschlussbereich (44, 49) weist einen kleineren Querschnitt auf als der Öffnungsbereich (46, 50). Die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) entspricht aufgrund von Materialwahl und/oder einer gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürenden Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3). Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen entsprechenden Steuerschieber (26) und einen Hubkolbenmotor.

Description

Beschreibung

LÄNGENVERSTELLBARE PLEUELSTANGE MIT MASSEOPTIMIERTEM STEUERSCHIEBER [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Bewirken einer Wirklängenveränderung der Pleuelstange, wobei die hydraulische Steuereinrichtung ein hydraulisches Steuerventil aufweist, das einen hydraulisch betätigbaren und mittels einer Steuerschieberfeder vorgespannten Steuerschieber und zwei von dem Steuerschieber mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkonturen betätigbare Ablassventile umfasst, wobei der Steuerschieber einen Niederdruckabschnitt mit Niederdruckkolben für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers aufweist.

[0002] Der thermische Wirkungsgrad η von Ottomotoren ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis ε, d.h. dem Verhältnis vom Gesamtvolumen vor der Verdichtung zum Kompressionsvolumen (ε = (Hubvolumen V_h + Kompressionsvolumen V_c) / Kompressionsvolumen V_c). Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu. Die Zunahme des thermischen Wirkungsgrades über das Verdichtungsverhältnis ist degressiv, allerdings im Bereich heute üblicher Werte für das Verdichtungsverhältnis (ε=10...14) noch relativ stark ausgeprägt.

[0003] In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden. Beispielsweise führt ein zu hohes Verdichtungsverhältnis bei Ottomotoren zum Klopfen. Hierbei entzündet sich das Gemisch durch die Druck- und Temperaturerhöhung bei der Verdichtung und nicht durch den Zündfunken. Diese frühzeitige Verbrennung führt nicht nur zu unruhigem Lauf, sondern kann Bauteilschäden verursachen.

[0004] Das Verdichtungsverhältnis, ab dem Klopfen eintritt, ist u.a. vom Betriebspunkt (n,T, Drosselklappenstellung) des Motors abhängig. Im Teillastbereich ist eine höhere Verdichtung möglich. Daher gibt es die Bestrebung, das Verdichtungsverhältnis dem jeweiligen Betriebspunkt anzupassen. Es gibt dazu verschiedene Entwicklungsansätze. Vorliegend soll das Verdichtungsverhältnis durch die Pleuellänge verstellt werden. Die Pleuellänge beeinflusst das Kompressionsvolumen. Das Hubvolumen ist durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylinderbohrung vorgegeben. Eine kurze Pleuelstange führt daher zu einem geringeren Verdichtungsverhältnis als eine lange Pleuelstange bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen (Kurbelwelle, Zylinderkopf, Ventilsteuerung etc.).

[0005] Vorliegend soll die Pleuellänge hydraulisch zwischen zwei Stellungen variieren. Die Funktionsweise wird im Folgenden kurz erläutert. Die gesamte Pleuelstange ist mehrteilig ausgeführt, wobei die Längenänderung durch einen Teleskopmechanismus erfolgt. Die Pleuelstange beinhaltet dazu einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder. Das kleine Pleuelauge (Kolbenbolzen) ist mit einer Kolbenstange verbunden. Der Kolben ist axial verschiebbar in einem Zylinder geführt, der in dem Pleuelteil mit dem großen Pleuelauge (Kurbelwellenzapfen) angeordnet ist. Der Kolben trennt den Zylinder in zwei Kammern (obere- und untere Druckkammer). Die beiden Kammern werden über Rückschlagventile mit Motoröl versorgt. Ist die Pleuelstange in der langen Position, befindet sich kein Öl in der oberen Druckkammer. Die untere Druckkammer hingegen ist vollständig mit Öl gefüllt. Während des Betriebs wird die Pleuelstange aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der Langstellung wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen Anschlag des Kolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die ölgefüllte untere Kammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Ölrücklauf unterbindet, steigt der Öldruck an. Die Pleuellänge ändert sich nicht. Die Pleuelstange ist in dieser Richtung hydraulisch gesperrt.

[0006] In der Kurzstellung drehen sich die Verhältnisse um. Die untere Kammer ist leer, die obere ist mit Öl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in der oberen Kammer. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen.

[0007] Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem eine der beiden Kammern entleert wird. Hierbei wird jeweils eines der beiden Zulaufrückschlagventile durch einen zuge1 /17

AT 521 678 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt ordneten Rücklaufkanal überbrückt. Durch diesen Rücklaufkanal kann Öl fließen, unabhängig von der Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und dem Versorgungsteil. Das jeweilige

Rückschlagventil verliert also seine Wirkung.

[0008] Die beiden Rücklaufkanäle werden durch ein Steuerventil geöffnet oder geschlossen, wobei immer ein Rücklaufkanal offen ist, der andere geschlossen. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert. Die Ölversorgung erfolgt durch die Schmierung des Pleuellagers. Hierzu ist eine Öldurchführung vom Kurbelwellenzapfen überdas Pleuellager zum Pleuel erforderlich.

[0009] Die Schaltung der längenverstellbaren Pleuelstange erfolgt durch gezieltes Entleeren einer der beiden Druckkammern unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Massenund Gaskräfte, wobei die jeweils andere Druckkammer durch einen Zulauf-RSV mit Öl versorgt und hydraulisch gesperrt wird.

[0010] Eine längenverstellbare Pleuelstange zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses im Verbrennungsmotor ist z.B. aus der WO 2016/203047 A1 bekannt. Dort wird ein Steuerschieber mit einem mittig angeordneten Niederdruckkolben verwendet, der von einer Steuerschieberfeder in eine Richtung vorgespannt ist. Bei bestimmten Varianten sind die Enden des Steuerschiebers mit einer konischen Steuerkontur versehen, die auf entsprechende Öffnungselemente, der quer zur Steuerschieberachse angeordneten Ablassventile wirken. Diese Art der Ausgestaltung erfordert relativ komplizierte Ölversorgungswege und eine saubere Trennung zwischen den mit den Ablassventilen agierenden Hochdruckbereichen des Steuerschiebers und dem Niederdruckbereich mit dem Niederdruckkolben. Der Steuerstößel ist zweiteilig aufgebaut und der Niederdruckkolben muss beide Anschlagstellungen aufnehmen. Der eigentliche Stößel des Steuerschiebers ist relativ massiv ausgestaltet und weist nur an den jeweiligen Enden die entsprechende Steuerkontur auf. Nach außen hin müssen zwei Hochdruckbereiche durch entsprechende Verschlusselemente abgedichtet werden.

[0011] Eine Pleuelstange ist naturgemäß sehr hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt. Diese Beschleunigungskräfte müssen auch bei der hydraulischen Steuereinrichtung bei einer längenverstellbaren Pleuelstange berücksichtigt werden. Es besteht daher ein Bestreben, Teile der hydraulischen Schaltung, hier der Steuerscheiber, so zu konstruieren, dass eine während es Betriebs des Verbrennungsmotors funktionsfähige Einheit geschaffen wird, die konstruktiv einfach aufgebaut ist.

[0012] Neben der Teleskopierung einer Pleuelstange, die zu einer tatsächlichen Längenveränderung führt, kann die Wirklängenveränderung auch durch die Verwendung eines Exzenters, bevorzugt am kleinen Pleuelauge, bewirkt werden. Ein solcher Exzenter kann ebenfalls hydraulisch angesteuert sein. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Längenverstellbarkeit auf die Abstandsveränderung zwischen den Pleuelaugen bezieht, fällt auch eine Exzenterlösung unter die Erfindung.

[0013] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine längenverstellbare Pleuelstange der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass selbst bei vorhandenem kleinen Bauraum ein voll funktionsfähiger und konstruktiv optimierter Steuerschieber geschaffen ist.

[0014] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt des Steuerschiebers angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts getrennt ist, dass die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich mit Steuernocken und einen an die Steuernocke angrenzenden Öffnungsbereich umfassen, dass der Verschlussbereich einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich, und dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen liegenden Abschnitts des Steuerschiebers aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen einschnürender Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht.

[0015] Unter der Hüllkontur des besagten Abschnitts des Steuerschiebers ist hier die kleinste

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Verpackungsgröße für diesen Abschnitt gemeint, die einen gleichbleibenden Querschnitt über die gesamte Länge des Abschnitts aufweist. Der größte Querschnitt dieses Abschnitts gibt die Querschnittsgröße der Hüllkontur vor. Zur Massereduktion können daher entweder leichtere Materialien und/oder Materialabtragungen in diesem Abschnitt erfolgen. Die auf den Steuerschieber einwirkenden Massekräfte, die im Wesentlichen abhängig sind von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der konkreten Anordnung des Steuerschiebers in der Pleuelstange, können mit diesen Maßnahmen nochmals reduziert werden. Von Vorteil ist auch die einseitige Anordnung der Hochdruckbereiche, weil eine Seite des Hochdruckbereichs von dem Steuerschieber selbst abgedichtet wird und an der Pleuelstange lediglich der Niederdruckbereich auf der einen Seite des Steuerschiebers abgedichtet werden muss. Es besteht bei dieser Ausformung auch die Möglichkeit, auf der gegenüberliegenden Seite auf eine Abdichtung komplett zu verzichten und mit einer nicht durchgehenden Bohrung zu arbeiten, wodurch die Abdichtung der Hochdruckbereiche mittels Verschlusselemente in der Pleuelstange zumindest hinsichtlich der den Steuerschieber aufnehmenden Bohrung entfallen kann.

[0016] Gemäß einer Variante ist vorgesehen, dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen liegenden Abschnitts des Steuerschiebers aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen einschnürender Konturierung maximal dem 0,85fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht. Es besteht demnach die Möglichkeit, die Masse noch weiter zu reduzieren in diesem Abschnitt und dennoch die Funktionsfähigkeit in diesem Abschnitt beizubehalten. Es sind daher gute Möglichkeiten zur Masseoptimierung gegeben.

[0017] Günstigerweise kann die Achse des Steuerschiebers in einer Ebene liegen, die im Wesentlichen senkrecht zur einer mit dem Pleuel wirkverbindbaren Kurbelwellenachse und geneigt zu einer Längsachse des Pleuels angeordnet ist. Aufgrund der Neigung innerhalb dieser Ebene lässt sich der Einfluss der Beschleunigung optimieren und auf die Masse des Steuerschiebers abstimmen. Bevorzugt wird eine Neigung von ca. 45° gewählt werden. Darüber hinaus besteht durch die Anordnung des Steuerschiebers die Möglichkeit, die Ventilachsen der Ablassventile parallel zur Kurbelwellenachse zu führen, weshalb auch der Beschleunigungseinfluss auf die Ablassventile sehr stark verringert werden kann. Darüber hinaus stehen in dieser Einbaulage auch die größten Längenabschnitte zum Unterbringen des Steuerschiebers zur Verfügung.

[0018] Prinzipiell gibt es die Möglichkeit, dass die Steuernocken entweder aufeinander zuweisende Flanken oder voneinander wegweisende Flanken haben. Dies hat insgesamt Einfluss auf die Konturierung des Steuerschiebers und auch Einfluss darauf, welches Ablassventil in der Grundstellung das geöffnete Ventil ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um das Ablassventil, welches am nächsten zum Niederdruckkolben positioniert ist. Welche Anordnung der Ablassventile gewählt wird, muss unter der Berücksichtigung der gesamten Baugruppe der Pleuelstange entschieden werden. Zurzeit bevorzugt ist jedoch eine Variante, bei der der zwischen den beiden Verschlussbereichen liegende Abschnitt des Steuerschiebers beide Öffnungsbereiche enthält. Die zu den Verschlussbereichen gehörenden Steuernocken weisen somit voneinander weg und das dem Niederdruckkolben nähere Ablassventil ist in der Grundstellung geöffnet. In einer Ausführungsvariante ist dies mit einer Druckkammer gekoppelt, die für die lange Schaltstellung der Pleuelstange sorgt, so dass bei Druckverlust auf der Niederdruckseite die längenverstellbare Pleuelstange immer die lange Schaltstellung einnimmt.

[0019] Damit trotz der Masseoptimierung dieses Abschnitts eine gute Stabilität bei gleichzeitiger hydraulischer Optimierung gewährt ist, wird gemäß einer weiteren Variante vorgesehen, dass auf den den Verschlussbereichen abgewandten Seiten der Öffnungsbereiche mindestens ein Abstützbereich vorgesehen ist, der jeweils von dem benachbarten Öffnungsbereich mittels einer Ablaufnut getrennt ist. Der Öffnungsbereich ist somit auf der einen Seite durch den Steuernocken begrenzt, der sowieso zu einem tiefer gelegenen Verschlussbereich führt und auf der anderen Seite durch eine Ablaufnut begrenzt ist. Hierdurch kann der Öffnungsbereich bei geöffnetem Ablassventil sehr gut umströmt werden und den Ablauf des Hydraulikfluids möglichst wenig behindern. Der dazwischenliegende Abstützbereich sorgt dann für die notwendige Abstützung der angrenzenden Öffnungsbereiche, auf die in der geöffneten Stellung eine entspre3/17

AT 521 678 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt chende Last ausgeübt wird.

[0020] Günstigerweise kann jedem Öffnungsbereich ein eigener Abstützbereich mit dazwischenliegender Ablaufnut zugeordnet sein, wobei die beiden Abstützbereiche mittels einer einschnürenden Nut voneinander getrennt sind. Die Abstützbereiche sind demnach relativ nah an den Öffnungsbereichen angeordnet; jedoch durch eine dazwischenliegende Nut voneinander getrennt, die nochmals zur Masseeinsparung führt.

[0021] Bevorzugt kann der Abstand von der Mitte des Öffnungsbereichs zur Mitte des zugeordneten Abstützbereichs im Bereich von 0,6- bis 0,9-mal dem größten Querschnittsmaß des Öffnungsbereichs liegen. Bei dem größten Querschnittsmaß des Öffnungsbereichs handelt es sich bevorzugt um einen Durchmesser, der dann den entsprechenden Abstand vorgibt und es somit zu einer optimierten Abstützung möglichst nahe an dem Öffnungsbereich kommt. Hierdurch wird trotz der Konturierung des Steuerschiebers in diesem Abschnitt eine ausreichende Stabilität erhalten.

[0022] Des Weiteren ist es gemäß einer Variante sinnvoll, wenn die Abstützbereiche so angeordnet sind, dass diese in jeder Stellung des Steuerschiebers abgestützt sind. Das bedeutet, dass die Abstützbereiche in einem Abschnitt der Pleuelstange geführt sind und unabhängig von der Steuerschieberstellung immer in diesem geführten Abschnitt verbleiben. Es kann sein, dass sich dann je nach Steuerschieberstellung ein Öffnungsbereich auch in diesem geführten Abschnitt zurückzieht und gegebenenfalls die Abstützung unterstützen kann. Bevorzugt weist deshalb der Öffnungsbereich den gleichen Durchmesser auf wie der Abstützbereich.

[0023] Der Bauraum für einen Steuerschieber in einer Pleuelstange ist üblicherweise sehr begrenzt, weshalb auch für die hydraulische Steuereinrichtung nur begrenzter Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann, ohne die Pleuelstange nachhaltig in ihrer Festigkeit zu beeinflussen. Deshalb ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der durch die Steuerkonturen bereitgestellte Öffnungshub in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,4, bevorzugt 0,2 bis 0,3, zu dem Steuerhub des Steuerschiebers steht. Der Steuerhub ist der durch den Niederdruckbereich verursachte Hub, d.h. die Längsverschiebung des Steuerschiebers. Der Öffnungshub ist der für die Betätigung der Ablassventile bereitgestellte Hub. Hier werden auf sehr kleinem Raum entsprechende Betätigungsmechanismen erzeugt, so dass auch mit relativ kleinen Elementen gearbeitet werden kann und daher der einzunehmende Bauraum innerhalb der Pleuelstange möglichst gering ist.

[0024] Eine weitere Maßnahme zur Bauraumverringerung besteht gemäß einer Variante darin, dass der Steuerhub des Steuerschiebers in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,3, bevorzugt 0,15 bis 0,25, zu dem Mittenabstand der beiden Ablassventile steht. Ein kleiner Steuerhub bei kleinem Abstand der Ablassventile führt zu den entsprechenden Bauraumoptimierungen.

[0025] Eine weitere konstruktive Maßnahme, die Masse des Steuerschiebers zu optimieren, besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung darin, dass der Steuerschieber vom Ende des Niederdruckabschnitts her teilweise hohlgebohrt ist und die Bohrung sich bis in den Dichtungsabschnitt hinein erstreckt. Hierdurch wird Gewicht im Niederdruckabschnitt und Dichtungsabschnitt eingespart.

[0026] Bevorzugt kann der Niederdruckabschnitt an seinem äußeren Ende den Niederdruckkolben aufweisen, an seinem anderen Ende einen Anschlagflansch aufweisen und zwischen den Niederdruckkolben und dem Anschlagflansch eine einschnürende Nut vorgesehen sein. Der Niederdruckbereich ist daher auch masseoptimiert und der Niederdruckkolben liegt ganz am Ende des Steuerschiebers. Der Aufbau des Steuerschiebers ist demnach so, dass dieser einseitig in eine entsprechend ausgeformte Bohrung eingeschoben werden kann, ohne dass zusätzliche Aufnahmebuchsen etc. verwendet werden müssen. Lediglich der Niederdruckbereich muss durch eine Verschlussschraube, die gleichzeitig auch den einseitigen Anschlag für den Kolben bereitstellen kann, verschlossen werden.

[0027] Des Weiteren ist es gemäß einer Variante von Vorteil, wenn am äußersten Ende des Hochdruckabschnitts der dort angeordnete Verschlussbereich als Fortsatz derart ausgebildet

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AT 521 678 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt ist, dass ein Durchfallschutz für einen Schließkörper des Ablassventils erzeugt ist. Der Verschlussbereich muss in aller Regel nur so ausgeformt sein, dass das Ablassventil entsprechend schließen kann. Deshalb soll der Verschlussbereich aus Toleranzgründen keine Interaktion mehr mit dem geschlossenen Ablassventil haben. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass für den vorliegenden Anwendungsfall Schließkörper von Vorteil sind, die auf den Ventilkörper einwirken. Diese können Bestandteil der Ventilkörper sein, oder aber auch separate Körper, z.B. eine Kugel, darstellen. Damit diese nicht verloren gehen bei geschlossenem Ablassventil, werden die Schließkörper durch einen Fortsatz am Durchfallen gehindert. In dieser Stellung übt jedoch der Schließkörper keine durch den Steuerschieber induzierte Kraft mehr auf den Ventilkörper aus. Der Schließkörper ist quasi durch den Fortsatz in der Ventilöffnung des Ablassventils gefangen.

[0028] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Steuerschieber für eine längenverstellbare Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13. Der Steuerschieber zeichnet sich durch einen Niederdruckabschnitt mit Niederdruckkolben für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers aus, wobei zwei Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt des Steuerschiebers angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts getrennt ist, wobei die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich mit Steuernocken und einen an die Steuernocke angrenzenden Öffnungsbereich umfassen, wobei der Verschlussbereich einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich, und dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen liegenden Abschnitts des Steuerschiebers aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen einschnürenden Konturierungen maximal dem 9,5fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht.

[0029] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motorzylinder, einem in dem Motorzylinder bewegbaren Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motorzylinder sowie einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

[0030] Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

[0031] Fig. 1 [0032] Fig. 2	die schematische Funktionsdarstellung einer längenverstellbaren Pleuelstange, eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer längenverstellbaren Pleuelstange,
[0033] Fig. 3	einen vergrößerten Ausschnitt der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 2 entlang der Linie lll-lll geschnitten und
[0034] Fig. 4	eine vergrößerte Darstellung des Steuerschiebers aus Fig. 3.

[0035] In Fig. 1 ist schematisch und beispielhaft eine längenverstellbare Pleuelstange (VCRPleuel) dargestellt. Die Pleuelstange 1 weist einen verschiebbar angeordneten Stangenteil 2 auf, an dessen oberen Ende ein kleines Pleuelauge 3 angeordnet ist. Das zweite Stangenteil 4 weist eine untere Lagerschale 5 auf, die zusammen mit dem unteren Bereich des zweiten Stangenteils 4 das große Pleuelauge 6 umgibt. Die untere Lagerschale 5 und der obere Bereich des zweiten Stangenteils 4 werden in üblicher Weise mittels Befestigungsmitteln 7 (siehe Fig. 2) miteinander verbunden. Das untere Ende des ersten Stangenteils 2 ist mit einem Verstellkolben 8 versehen, der in einer Kolbenbohrung 9 verschiebbar geführt ist. Am oberen Ende weist das zweite Stangenteil 4 einen Deckel 10 auf, durch den das erste Stangenteil 2 hindurchgeführt und abgedichtet ist. Somit dichtet der Deckel 10 insgesamt die Kolbenbohrung 9 ab. Unterhalb des Verstellkolbens 8 ist eine erste Druckkammer 11 von kreisförmigem Querschnitt gebildet und oberhalb des Verstellkolbens 8 ist eine kreisringförmige zweite Druckkammer 12 gebildet. Neben der Kreisform von Verstellkolben 8 und den damit gebildete Druckkammern 11,12 sind auch andere Querschnittsformen, z.B. Ellipsen, Vielecke bzw. Polygone, möglich. Der Verstellkolben 8 und die Kolbenbohrung 9 sind Bestandteil eines Verstellmechanismus zur Verände

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AT 521 678 B1 2020-04-15 österreichisches patentamt rung der Pleuellänge. Zu dem Verstellmechanismus gehört auch eine noch näher zu beschreibende hydraulische Steuereinrichtung 13, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf eines Hydraulikmediums bzw. -fluids in die bzw. aus den Druckkammern 11 und 12 und somit eine Bewegung des Verstellkolbens 8 sorgt oder den Verstellkolben 8 arretiert. Die hydraulische Steuereinrichtung 13 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Motoröl betrieben. Hierzu steht ein Ölversorgungskanal 14 mit dem großen Pleuelauge 6 in Verbindung, wodurch Motoröl der hydraulischen Steuereinrichtung 13 zugeführt werden kann oder gegebenenfalls aus dieser abfließt. Der Ölversorgungskanal 14 verzweigt sich in verschiedene Stränge (Teilkanäle). Ein erster Strang 15 steht mit der ersten Druckkammer 11 in Verbindung, um einen Zufluss in die erste Druckkammer zu gewährleisten. Zusätzlich befindet sich im ersten Strang 15 ein erstes Rückschlagventil 16, das einen unmittelbaren Abfluss des Öls aus der ersten Druckkammer 11 verhindern soll, aber einen Zufluss jederzeit ermöglicht. Ein zweiter Strang 17 steht mit der zweiten Druckkammer 12 in Verbindung, um einen Zulauf von Öl in die zweite Druckkammer 11 zu ermöglichen. Im zweiten Strang 17 befindet sich ein zweites Rückschlagventil 18, welches ein direktes Abfließen von Öl aus der zweiten Druckkammer 12 verhindert, aber einen Zufluss jederzeit ermöglicht.

[0036] Des Weiteren ist ein Steuerventil 19 vorgesehen, das zwei Schaltstellungen aufweist. Das Steuerventil 19 steht mit einem dritten Strang 20 des Ölversorgungskanals 14 unmittelbar in Verbindung. Das Steuerventil 19 wirkt in jeweils einer seiner beiden Schaltstellungen als Ablaufventil zum Abströmen von Hydraulikfluid aus der zweiten Druckkammer 12 oder in seiner zweiten Schaltstellung als Ablaufventil zum Abströmen von Hydraulikfluid aus der ersten Druckkammer 11. Die jeweils andere Druckkammer 11 und 12 ist in der jeweils zugehörigen Schaltstellung hydraulisch gesperrt, weshalb das erste Stangenteil 2 entweder die eingefahrene oder die ausgefahrene Stellung einnimmt. Die Bewegung des ersten Stangenteils 2 erfolgt dabei im Wesentlichen in Richtung der Längsachse L der Pleuelstange 1. Die Schaltung des Steuerventils 19 erfolgt mittels einer Steuerleitung 21, die mit der Ölversorgung der Pleuelstange 1 in Verbindung steht und einer Rückstellfeder 22, die das Steuerventil 19 in die in Fig. 1 dargestellte erste Schaltstellung drückt. Die zweite Schaltstellung wird erreicht, indem ein erhöhtes Druckniveau des Hydraulikmediums - hier Motoröl - in dem Ölversorgungskanal 14 erzeugt wird, so dass das Steuerventil 13 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 in die zweite Schaltstellung gedrückt wird. Entsprechende erste und zweite Rücklaufkanäle 23.1, 23.2 stehen mit dem Steuerventil 19 in den zugehörigen Strangabschnitten des ersten und des zweiten Stranges 15, 17 in Verbindung, um einen entsprechenden Ablauf aus der ersten Druckkammer 11 und der zweiten Druckkammer 12 zu ermöglichen.

[0037] Es sei angemerkt, dass die hydraulische Ansteuerschaltung 13 auch zusätzliche Elemente, Kanäle, Ventile, etc. oder weniger aufweisen oder andersartig konfiguriert sein kann, um die gewünschte Verstellfunktion bereitzustellen. Das hydraulische Schaltbild der hydraulischen Ansteuerschaltung 13 ist somit nur repräsentativ für die Funktionsweise zu verstehen und nicht für die konkrete Ausgestaltung. In einer nicht dargestellten Variante kann beispielweise der dritte Strang 20 entfallen bzw. als Drainagekanal, der das Hydraulikmedium in die Umgebung der Pleuelstange 1 ableitet, ausgeführt sein.

[0038] Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuerventils 19 näher erläutert.

[0039] Die Fig. 2 zeigt zunächst eine detaillierter ausgearbeitete längenverstellbare Pleuelstange 1 mit erstem Stangenteil 2 und zweitem Stangenteil 4. Die Pleuellänge, also im Wesentlichen der Abstand zwischen dem kleinen Pleuelauge 3 und dem großen Pleuelauge 6, ist durch Bewegung der Stangenteile 2, 4 relativ zueinander entlang der Längsachse der Pleuelstange A_Pverstellbar. Nachdem in der Folge nur auf die wesentlichen Unterschiede zur vorangegangenen schematisch dargestellten Pleuelstange 1 eingegangen werden soll, wird unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern auf die obige Beschreibung ergänzend Bezug genommen. Die Schnittlinie III gibt die Schnittebene wieder, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Hierdurch wird hauptsächlich der Aufbau des Steuerventils 19 näher gezeigt und beschrieben. Das Steuerventil 19 weist ein erstes Ablaufventil 24 und ein zweites Ablaufventil 25 auf. Des Weiteren ist ein Steuerschieber

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Bestandteil des Steuerventils 19.

[0040] Beide Ablassventile 24 und 25 sind gleich aufgebaut, weshalb die zugehörigen Elemente nur anhand des ersten Ablassventils 24 beschrieben werden. Das Ablassventil 24 umfasst eine Verschlussschraube 27, die in eine entsprechende, mit Gewinde versehene Aufnahmeöffnung im zweiten Stangenteil 4 eingeschraubt ist. In der Verschlussschraube 27 ist eine Ventilfeder (Schraubendruckfeder) 28 angeordnet, die auf den kugelförmigen Ventilkörper 29 wirkt. Der kugelförmige Ventilkörper 29 interagiert mit einem konischen Ventilsitz 30, der in eine Ventilöffnung 31 mündet. In der Ventilöffnung 31 ist ein ebenfalls kugelförmiger Schließkörper 32 angeordnet. Das erste Ablassventil 24 ist in Fig. 3 in der geschlossenen Stellung dargestellt und das zweite Ablassventil 25 ist in der geöffneten Stellung dargestellt. Das entspricht der Schaltstellung des Steuerventils 19 in Fig. 1.

[0041] Die Betätigung der Ablassventile 24 und 25 erfolgt mittels des Steuerschiebers 26. Der Steuerschieber 26 ist hydraulisch ansteuerbar und steht mit der Motorölhydraulik in Verbindung. Mittels Druckerhöhung durch die Ölpumpe wirkt einseitig Druck auf die Kolbenfläche 33.1 des Kolbens 33 des Steuerschiebers 26. Hierdurch wird der Steuerkolben 26 gegen die Wirkung der Steuerkolbenfeder 34 nach links (Fig. 3) bewegt. Hierzu weist der Steuerschieber 26 einen Anschlagflansch 35 auf, der die zweite Stellung vorgibt. Zum Abschließen des dem Kolben 33 zugeordneten Druckraums 36 ist eine Verschlussschraube 37 vorgesehen. Der Steuerschieber 26 weist einen ersten Schaltnocken 38 und einen zweiten Schaltnocken 39 auf. Die Schaltnocken 38 und 39 wirken jeweils auf den zugehörigen Schließkörper 32, der dann in der Folge den Ventilkörper 29 bewegt. In der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 26 ist so viel Spiel zwischen Steuerschieber 26 und dem Schließkörper 32 vorhanden, dass der Ventilkörper 29 sicher auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt und nicht von dem Schließkörper 32 beeinträchtigt wird. Der dem zweiten Ablassventil 25 zugeordnete Schließkörper 32 weist in der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 26 eine angehobene Stellung auf. Der Schließkörper 32 wirkt somit auf den Ventilkörper 29 und drückt in der Folge die Ventilfeder 28 zusammen und somit den Ventilkörper 29 vom Ventilsitz 30 weg. Das zweite Ablassventil 25 ist hierdurch geöffnet. Das Öl kann aus der zweiten Druckkammer 12 abfließen, während die erste Druckkammer 11 gesperrt ist.

[0042] Bewegt sich nunmehr der Steuerschieber 26 nach links, gleitet der Schließkörper 32 des zweiten Ablassventils 25 an der Steuernocke 39 nach unten in eine andere Position und gibt den Ventilkörper 29 frei, so dass die Ventilfeder 28 in der Folge den Ventilkörper 29 auf den Ventilsitz 30 drückt. Anschließend gleitet der Schließkörper 32 des ersten Ablassventils 24 an der Steuernocke 38 nach oben, wodurch auch der zugehörige Ventilkörper 29 von der Achse des Steuerschiebers 26 weggedrückt wird. Gleichzeitig drückt sich die zugehörige Ventilfeder 28 zusammen und der Ventilkörper 29 hebt vom Ventilsitz 30 ab. Hierdurch ist dann die zweite Ventilstellung des Steuerventils 19 eingenommen. Dies resultiert in der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1.

[0043] In der Folge soll der Aufbau des Steuerschiebers 26 anhand der Fig. 3 und 4 noch genauer beschrieben werden. Der Steuerschieber 26 ist unterteilt in einen Niederdruckabschnitt N_a, einen Hochdruckabschnitt H_A und einen dazwischenliegenden Dichtungsabschnitt D_A. Der Hochdruckabschnitt H_A ist der Betätigung der Ablassventile 24, 25 zugeordnet und der Niederdruckabschnitt N_a ist der Betätigung des Steuerschiebers 26 zugeordnet. Der Dichtungsabschnitt D_a trennt die beiden anderen Abschnitte H_A und N_A voneinander und dichtet diese gegeneinander ab. Der Niederdruckabschnitt N_A ist hohl gebohrt mittels einer Bohrung 40, die aber auch bis in den Dichtungsabschnitt D_A hineinragt. Im Bereich der Kolbenfläche 33.1 ist eine Senkvertiefung 41 vorgesehen, die eine Anschlagfläche zum Anschlägen an die Verschlussschraube 37 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung bereitstellt. In dieser Stellung wird der Steuerschieber 26 mittels der Steuerschieberfeder 34 gegen diesen Anschlag gedrückt und darf auch nicht durch Massekräfte bei der Bewegung der Pleuelstange 1 von dem Anschlag abheben, sofern die in Fig. 3 dargestellte Schaltstellung eingehalten werden soll. Nicht näher dargestellt ist die Tatsache, dass der Steuerschieberfeder 34 aufnehmende Raum eine Drainageöffnung zum Ableiten von Hydrauliköl aufweist. Zwischen dem Anschlagflansch 35 und dem im

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Durchmesser größeren Niederdruckkolben 33 ist eine Ringnut 42 vorhanden. Der Durchmesser im Bereich der Ringnut 42 ist geringer als der Durchmesser im Bereich des Dichtungsabschnitts

D_a. Insgesamt ergibt sich so ein leichtbauender Niederdruckabschnitt N_A und aufgrund der

Bohrung 40 auch ein leichtbauender Dichtungsabschnitt D_A.

[0044] Der Dichtungsabschnitt D_A ist in einer Bohrung 43 dichtend geführt. Die Bohrung 43 und der Durchmesser des Dichtungsabschnitts D_A sind in der Folge auch maßgeblich für die Ausgestaltung des Hochdruckabschnitts H_A. Zum Dichtungsabschnitt D_A zählt der unabhängig von den Schaltstellungen des Steuerschiebers 26 an der Abdichtung beteiligte Längenabschnitt.

[0045] Der Hochdruckabschnitt H_A weist angrenzend an den Dichtungsabschnitt D_A zunächst einen ersten Verschlussbereich 44 auf. Der Übergang zwischen Dichtungsabschnitt D_A und dem ersten Verschlussbereich 44 erfolgt mittels eines zum ersten Verschlussbereich 44 zählenden Konus 45. Zum ersten Verschlussbereich 44 zählt auch die ebenfalls als Konus ausgebildete Steuernocke 39. Der kleine Durchmesser des ersten Verschlussbereichs 44 ist an den Öffnungshub der Ablassventile 24, 25 angepasst. An den ersten Verschlussbereich 44 schließt sich der erste Öffnungsbereich 46 an. Der Durchmesser Do des ersten Öffnungsbereichs 46 ist identisch zum Durchmesser des Dichtungsabschnitts D_A. Der Unterschied zwischen dem Durchmesser Do des ersten Öffnungsbereichs 46 und des kleinen Durchmessers des ersten Verschlussbereichs 44 ist etwas größer als der zur Verfügung stehende Öffnungshub Ho für das zugehörige Ablassventil 25. Neben dem ersten Öffnungsbereich 46 ist ein erster Abstützbereich 47 angeordnet. Der Durchmesser des ersten Abstützbereichs 47 ist identisch zum Durchmesser des ersten Öffnungsbereichs 46. Der erste Öffnungsbereich 46 und der erste Abstützbereich 47 sind durch eine V-förmige Ablaufnut 48 voneinander getrennt. Wie anhand der Fig. 3 zu erkennen ist, unterstützt die Ablaufnut 48 das Abfließen des Hydrauliköls in der geöffneten Stellung des Ablassventils 25.

[0046] Am anderen Ende des Hochdruckabschnitts H_A befindet sich der zweite Verschlussbereich 49. Eigentlich könnte der zweite Verschlussbereich 49 auch lediglich von der Steuernocke 38, die ebenfalls konusförmig ausgebildet ist, erzeugt sein. Der als Fortsatz ausgebildete zylindrische Abschnitt des zweiten Verschlussbereichs 49 dient wie in Fig. 3 zu erkennen ist, als Durchfallsicherung für den Schließkörper 32 des Ablassventils 24. An den zweiten Verschlussbereich 49 grenzt der zweite Öffnungsbereich 50 an. Der Durchmesser des zweiten Öffnungsbereichs 50 entspricht wieder dem Durchmesser des ersten Öffnungsbereichs 46. Auch der Durchmesserunterschied zwischen dem zweiten Öffnungsbereich 50 und des zylindrischen Abschnitts des zweiten Verschlussbereichs 49 ist wieder etwas größer als der Öffnungshub Ho des Ablassventils 24. Neben dem zweiten Öffnungsbereich ist ein zweiter Abstützbereich 41 angeordnet, dessen Durchmesser wiederum dem Durchmesser Do des zweiten Öffnungsbereichs 50 entspricht. Der zweite Öffnungsbereich 50 und der zweite Abstützbereich 51 sind durch eine V-förmige Ablaufnut 52 voneinander getrennt. Auch diese unterstützt wieder den Ablauf von Hydrauliköl bei der Öffnung des Ablassventils 24. Zwischen den beiden Abstützbereichen 47 und 51 ist eine einschnürende Nut 53 angeordnet. Der Grunddurchmesser der Nut 53 entspricht in etwa dem kleinen Durchmesser der Verschlussbereiche 44 und 49. Der Übergang der Nut 53 zu den angrenzenden Abstützbereichen 47 und 51 erfolgt mittels eines Konus.

[0047] Der Mittenabstand M_v der beiden Ablassventile 24, 25 steht zu dem Steuerhub H_s des Steuerschiebers 26 in einem bestimmten Verhältnis. Die Größe des Steuerhubs H_s beträgt im vorliegenden Beispiel 0,2-mal den Mittenabstand M_v (und liegt somit im Bereich des 0,1 bis 0,3fachen von M_v. Der Abstand A_B zwischen der Mitte des ersten Öffnungsbereichs 46 und der Mitte des ersten Abstützbereichs 47 sowie der Mitte des zweiten Öffnungsbereichs 50 und der Mitte des zweiten Abstützbereichs 41 steht in einem bestimmten Verhältnis zum größten Querschnittsmaß des jeweiligen Öffnungsbereichs 46, 50 und das heißt im vorliegenden Fall dem Durchmesser Dq. Im vorliegenden Fall beträgt der Abstand A_B das 0,75-fache des Durchmessers Do (und liegt somit im Bereich des 0,6- bis 0,9-fachen des Durchmessers Do).

[0048] Auch der durch die Steuerkontur bereitgestellte Öffnungshub Ho steht in einem bestimmten Verhältnis zum Steuerhub H_s des Steuerschiebers 26. Im vorliegenden Fall beträgt der

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Öffnungshub Ho das 0,25-fache des Steuerhubs H_s (und liegt somit im Bereich des 0,1 bis 0,4fachen des Steuerhubs H_s).

[0049] Am höchsten belastet wird der Steuerschieber 26 im Hochdruckabschnitt H_A, weshalb dieser eine ausreichende Festigkeit aufweisen muss. Gleichzeitig steuert dieser Bereich die beiden Ablassventile 24 und 25 gegenläufig an in den beiden Schaltstellungen des Steuerschiebers 26. Aus diesen Gründen wird nach einer Masseoptimierung im Bereich des Hochdruckabschnitts H_a gesucht. Im Fokus steht hierbei der Abschnitt zwischen den beiden Verschlussabschnitten 44 und 49. Dabei handelt es sich also um den Abschnitt, der von dem ersten Öffnungsbereich 46, der Ablaufnut 48, dem ersten Abstützbereich 47, der Ringnut 53, dem zweiten Abstützbereich 51, der Ablaufnut 52 und dem zweiten Öffnungsbereich 50 gebildet ist. Im vorliegenden Beispiel weist dieser Abschnitt ein Hüllkontur H_K mit einer Länge L_K und einem Durchmesser auf, der dem Durchmesser Do entspricht. Das Volumen dieser Hüllkontur H_K ist demnach ein Zylinder und dient als Vergleichsvolumen. Das Volumen der Hüllkontur H_K wird mit der Masse von Stahl multipliziert. Diese Masse von Stahl entspricht für die Erfindung dem Wert von 7,85 g/mm³. Hieraus errechnet sich eine Vergleichsmasse für den besagten Abschnitt der Länge L_K. Nachdem der erste und zweite Öffnungsbereich 46 und 50 sowie der erste und zweite Abstützbereich 47 und 51 den gleichen Durchmesser Do aufweisen, erfolgt die Volumenreduktion maßgeblich durch die Ablaufnuten 48 und 52 sowie die Nut 53. Eine Massereduktion kann selbstverständlich auch durch die Verwendung eines Materials im Bereich dieses Abschnitts (oder für den Hochdruckabschnitt H_A oder den gesamten Steuerschieber 26), das eine geringere Dichte als Stahl aufweist, z.B. Titan, erreicht werden. Im vorliegenden Fall besteht der Steuerschieber 26 jedoch vollständig aus einem Stahlwerkstoff, der entsprechend in geeigneter Weise wärmebehandelt ist. Die Massereduktion erfolgt daher ausschließlich durch die Ausgestaltung der genannten Nuten 48, 52 und 53. Die Masse des Abschnitts mit der Länge L_K beträgt im vorliegenden Fall das 0,8-fache der zugehörigen Masse des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (und liegt somit unterhalb von dem 0,85-fachen der errechneten Masse des Hüllvolumens). Aufgrund dieser gezielt vorgenommenen Gewichtsreduktion lässt sich die Masse des Steuerschiebers 26 nicht nur deutlich reduzieren, sondern aufgrund der hier vorgenommenen Maßnahmen durch Einbringung von Nuten 48, 52 und 52 für die verschiedensten Anwendungsfälle einjustieren. Die Beschleunigungskräfte, die auf den Steuerschieber 26 wirken, sind nicht zu unterschätzen, weshalb aufgrund der Gesamtmasse des Steuerschiebers 26 erhebliche Kräfte auf die Steuerschieberfeder 34 wirken können. Auch der Öffnungsdruck, der im Niederdruckabschnitt N_A wirkt, muss so gewählt werden, dass eine Verschiebung des Steuerschiebers 26 trotz dieses Masseeinflusses gewährleistet ist. Bei einer Ausführungsform wird deshalb versucht, die Masse des Steuerschiebers 26 auf unter 1 g zu halten.

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BEZUGSZEICHENLISTE

Pleuelstange erstes Stangenteil kleine Pleuelauge zweites Stangenteil untere Lagerschale großes Pleuelauge

Befestigungsmittel

Verstellkolben

Kolbenbohrung

Deckel erste Druckkammer zweite Druckkammer hydraulische Steuereinrichtung

Ölversorgungskanal erster Strang erstes Rückschlagventil zweiter Strang zweites Rückschlagventil

Steuerventil dritter Strang

Steuerleitung

Rückstellfeder

23.1 erster Rücklaufkanal

23.2 zweiter Rücklaufkanal erstes Ablassventil zweites Ablassventil

Steuerschieber

Verschlussschraube

Ventilfeder

Ventilkörper

Ventilsitz

Ventilöffnung

Schließkörper

Niederdruckkolben

33.1 Kolbenfläche

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Steuerschieberfeder

Anschlagflansch

Druckraum

Verschlussschraube

Steuernocke

Bohrung

Senkvertiefung

Ringnut

Bohrung erster Verschlussbereich

Konus erster Öffnungsbereich erster Abstützbereich

V-förmige Ablaufnut zweiter Verschlussbereich zweiter Öffnungsbereich zweiter Abstützbereich

V-förmige Ablaufnut

Nut

A_B Mittenabstand des Öffnungsbereichs und des Abstützbereichs

A_K Achse der Kurbelwelle

A_P Längsachse der Pleuelstange

A_s Achse des Steuerschiebers

A_Vi Schließachse des ersten Ablassventils

Av2 Schließachse des zweiten Ablassventils

D_a Dichtungsabschnitt

H_a Hochdruckabschnitt

H_K Hüllkontur

Ho Öffnungshub der Ablassventile

H_s Steuerhub des Steuerschiebers

L_K Länge der Hüllkontur

M_v Mittenabstand der Ablassventile

N_a Niederdruckabschnitt /17

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Claims

Patentansprüche

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (13) zum Bewirken einer Wirklängenveränderung der Pleuelstange (1), wobei die hydraulische Steuereinrichtung (13) ein hydraulisches Steuerventil (19) aufweist, das einen hydraulisch betätigbaren und mittels einer Steuerschieberfeder (34) vorgespannten Steuerschieber (26) und zwei von dem Steuerschieber (26) mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkonturen betätigbare Ablassventile (24, 25) umfasst, wobei der Steuerschieber (26) einen Niederdruckabschnitt (N_A) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt (H_A) des Steuerschiebers (26) angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (N_A) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts (D_A) getrennt ist, dass die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocken (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50) umfassen, dass der Verschlussbereich (44, 49) einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich (46, 50), und dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürender Konturierung maximal dem 0,93fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht.
2. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürender Konturierung maximal dem 0,85fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht.
3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (A_s) des Steuerschiebers (26) in einer Ebene liegt, die im Wesentlichen senkrecht zu einer mit der Pleuelstange (1) Wirkverbundenen Kurbelwellenachse (A_K) und geneigt zu einer Längsachse (A_P) der Pleuelstange (1) angeordnet ist.
4. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegende Abschnitt des Steuerschiebers (26) beide Öffnungsbereiche (46, 50) enthält.
5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Verschlussbereichen (44, 49) abgewandten Seiten der Öffnungsbereiche (46, 50) mindestens ein Abstützbereich (47, 51) vorgesehen ist, der jeweils von den benachbarten Öffnungsbereichen (46, 50) mittels einer Ablaufnut (48, 52) getrennt ist.
6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass jedem Öffnungsbereich (46, 50) ein eigener Abstützbereich (47, 51) zugeordnet ist und die beiden Abstützbereiche (47, 51) mittels einer einschnürenden Nut (53) voneinander getrennt sind.
7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (A_B) von der Mitte des Öffnungsbereichs (46, 50) zur Mitte des zugeordneten Abstützbereichs (47, 51) im Bereich von 0,6 bis 0,9 mal dem größten Querschnittsmaß des Öffnungsbereichs (46, 50) liegt.
8. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützbereiche (47, 51) so angeordnet sind, dass diese in jeder Stellung des Steuerschiebers (26) abgestützt sind.

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9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Steuerkonturen bereitgestellte Öffnungshub (Ho) in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,4, bevorzugt 0,2 bis 0,3 zu dem Steuerhub (H_s) des Steuerschiebers (26) steht.
10. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhub (H_s) des Steuerschiebers (26) in einem Verhältnis von 0,1 bis 0,3, bevorzugt 0,15 bis 0,25, zu dem Mittelabstand (M_v) der beiden Ablassventile (24, 25) steht.
11. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (26) vom Ende des Niederdruckabschnitts (N_A) her teilweise hohlgebohrt ist und die Bohrung (43) sich bis in den Dichtungsabschnitt (D_A) hinein erstreckt.
12. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckabschnitt (N_A) an seinem äußersten Ende den Niederdruckkolben (33) aufweist, an seinem anderen Ende einen Anschlagflansch (35) aufweist und zwischen dem Niederdruckkolben (33) und dem Anschlagflansch (35) eine einschnürende Ringnut (42) vorgesehen ist.
13. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am äußersten Ende des Hochdruckabschnitts (H_A) der dort angeordnete Verschlussbereich (49) als Fortsatz derart ausgebildet ist, dass ein Durchfallschutz für einen Schließkörper (32) des Ablassventils (24) erzeugt ist.
14. Steuerschieber (26) für eine längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Niederdruckabschnitt (N_A) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers (26), wobei zwei im Abstand zueinander angeordnete Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt (H_A) des Steuerschiebers (26) angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (N_A) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts (D_A) getrennt ist, wobei die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocke (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50) umfassen, wobei der Verschlussbereich (44, 49) einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich (46, 50) und wobei die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürender Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens (H_K) dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm³) entspricht.
15. Kolbenmotor mit mindestens einem Motorzylinder, einem in dem Motorzylinder bewegbaren Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motorzylinder, sowie einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.