CN102213332B - 换向阀以及具有此种换向阀的内燃发动机 - Google Patents

换向阀以及具有此种换向阀的内燃发动机 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用于调节液压流体流的换向阀(1)，具有一圆珠笔式机构(2)，通过向该圆珠笔式机构(2)的操作装置(3)施加操作脉冲(I)，该圆珠笔式机构能够交替地啮合入第一或者第二停止位置中并且与该换向阀(1)相联接，使得该第一或第二停止位置分别对应于该换向阀(1)的控制活塞(6)的第一或第二开关位置。本发明还涉及一种内燃发动机，该内燃发动机具有可调节的压缩比并且具有一上述换向阀(1)以及一连杆安排(33)，该连杆安排具有安置在一连杆轴承孔(34)和/或一起重轴承孔(35)中、能够以液压方式进行调节的偏心装置(36)，用以调节有效的连杆长度(1eff)，该偏心装置(36)的调节行程能够借助于该换向阀(1)来控制。

Description

换向阀以及具有此种换向阀的内燃发动机
技术领域
本发明涉及一种换向阀，尤其是用于控制液压流体流的换向阀，并且涉及一种具有一个此种换向阀的内燃发动机。
背景技术
尽管本发明以及作为本发明基础的疑难问题可以应用于任意车辆，但是在此是参考轿车对其进行详细说明的。
在内燃发动机中，高压缩比对内燃发动机的效率起着积极的影响。术语“压缩比”通常应理解为，压缩前总的汽缸容积与压缩后剩余的汽缸容积之比。然而在具有固定的压缩比的外源点火的内燃发动机(特别是奥托发动机)中，该压缩比的大小只能按下述方式选择，即使得在满负荷运行时避免发生所谓的内燃发动机的“爆燃”。但是对内燃发动机的常见得多的部分负荷范围而言，也就是在汽缸充气少的情况下，可以选择较高的压缩比值而可能不会出现“爆燃”。当能够可变地调节该压缩比时，内燃发动机的重要的部分负荷范围可以得到改善。为了调整该压缩比，说明了不同的系统。
DE 102005055199说明了一种其连杆长度能够可变地调整的系统。该连杆长度的改变是通过旋转一个偏心连杆孔而实现的。该连杆孔的旋转是通过内燃发动机的惯性力和燃气压力的作用而启动的，其中通过在该连杆中的由发动机油推动的活塞对该旋转运动进行支持。为调整该偏心连杆孔的旋转运动，总有一个活塞由发动机油来加载压力，同时其他活塞被切换到无压力状态。这些活塞的控制是通过3/2换向阀实现的。为了切换该3/2换向阀，必须以机械方式操作该换向阀。为此需要高成本的解决方案，该方案由滑槽轨道以及例如由外部电动机控制的转接杆和滑杆组成。但是这种方案需要对内燃发动机进行大规模的改变。
发明内容
因此，本发明的基本目的是创造能够克服上述缺点的一种改进的换向阀。
根据本发明，这一目的是通过一种换向阀和/或通过一种内燃发动机得以实现的。
相应地，设置有：
一种换向阀，尤其用于调节液压流体流，该换向阀具有一种圆珠笔式机构，通过将一个操作脉冲施加到该圆珠笔式机构的一个操作装置上该圆珠笔式机构能够交替地啮合入一个第一或者一个第二停止位置中、并且是以这样的方式与该换向阀相联接的，即，使得该第一或者第二停止位置分别对应于该换向阀的控制活塞的一个第一或者一个第二开关位置。
一种内燃发动机，该内燃发动机具有可调节的压缩比并且具有：一个此类的换向阀；以及一种连杆装置，该连杆装置具有安置在一个连杆轴承孔(Pleuellagerauge)和/或一个起重轴承孔(Hublagerauge)中并且能够以液压方式进行调节的一个偏心装置，用以调节有效的连杆长度，其中该偏心装置的调节行程能够借助该换向阀来控制。
本发明的基本想法在于设计配置有一种圆珠笔式机构的一个换向阀，通过施加一个操作脉冲该圆珠笔式机构交替地从一个第一开关位置切换到一个第二开关位置中或者相反。
根据一个优选的改进方案，为了将该换向阀从该第一开关位置切换到该第二开关位置，通过将该操作脉冲施加到该圆珠笔式机构的操作装置上，该换向阀的控制活塞能够在与该操作脉冲方向大致相反的方向上移动一段预定的行程。这有利地使得该换向阀能够从该第一开关位置简单地转换到该第二开关位置。
根据另一个优选的实施例，为了将该换向阀从该第二开关位置切换到该第一开关位置，通过将该操作脉冲施加到该圆珠笔式机构的操作装置上该换向阀的控制活塞能够大致在该操作脉冲的方向上移动一段预定的行程。这有利地使得该换向阀能够从该第二开关位置简单地转换到该第一开关位置。
根据另一个优选的改进方案，该圆珠笔式机构是按照SecuritTM机构的类型构造的，尤其是该圆珠笔式机构具有：一个用于轴向地引导该操作装置的控制套筒以及一个旋转套筒；以及一个弹簧装置，该弹簧装置用于反抗该操作脉冲而轴向地弹性预紧该控制活塞、该旋转套筒以及该操作装置，其中该旋转套筒与该控制套筒和该操作脉冲以下述方式处于有效连接中，即在向该操作装置施加该操作脉冲时该操作装置能够相对于该控制套筒以及该旋转套筒进行轴向移动，从而能够将该旋转套筒交替地从该第一停止位置带入到该第二停止位置中。因此，在仅从一个操作方向上对该换向阀进行操作的情况下，该换向阀可以被可靠地带入到这两个开关位置，由此简化了该换向阀的应用。
根据另一个优选的实施方案，该换向阀的特征在于：一个控制套筒，该控制套筒具有安置在一个内壁之上并且相对于该控制套筒的纵向轴向延伸的多个控制套筒肋、附属于该控制套筒的一个端面的多个斜向的控制套筒肋端面、以及安置在每两个相邻的控制套筒肋之间的多个控制套筒槽，这些控制套筒槽相对该控制套筒的纵向具有交替变化地不同的控制套筒槽深度；一个旋转套筒，该旋转套筒至少部分地安置在该控制套筒中、并且具有与这些控制套筒槽互补的多个旋转套筒肋以及朝向这些斜向的控制套筒肋端面的多个斜向的旋转套筒肋端面；与该旋转套筒的一个端面处于有效接触中的控制活塞；借助多个操作装置肋而能够导入这些控制套筒槽中的操作装置，并且该操作装置具有一个齿状的环形面，该环形面与这些旋转套筒肋端面处于有效接触中；以及一个弹簧装置，该弹簧装置反抗该操作脉冲而弹性预紧该控制活塞、该旋转套筒以及该操作装置。由此确保能够简单地制造该换向阀。
根据另一个优选的改进方案，在向该操作装置施加该操作脉冲时，该操作装置连同该旋转套筒能够反抗该弹簧装置的弹簧力以下述方式移入到该控制套筒中，即这些旋转套筒肋脱开与配属的、具有第一控制套筒槽深度的控制套筒槽的啮合，其中该齿状环形面和旋转套筒肋端面处于有效接触中以使该旋转套筒执行第一旋转运动，其中控制套筒肋端面和旋转套筒肋端面彼此相对滑动以使该旋转套筒执行第二旋转运动，其中旋转套筒肋啮合进入具有第二控制套筒槽深度的控制套筒槽中，其中该旋转套筒啮合在其中一个停止位置中，并且其中由于与该旋转套筒的有效连接该控制活塞能够被带入这些开关位置之一中。这使得能够从该第一开关位置可靠并且确定地转换到该第二开关位置，由此提高了该换向阀的可靠性。
根据另一个优选的实施例，旋转套筒肋的数量对应于控制套筒槽数量的一半。由此可靠地保证了旋转套筒能够被引导到该控制套筒中。
根据另一个优选的改进方案，该圆珠笔式机构是按照球形机构的类型构造的、并且尤其具有：用于轴向地引导该操作装置的一个控制套筒；以可移动的方式安置在该控制套筒的一个径向槽中的一个球形件；以及一个弹簧装置，该弹簧装置反抗该操作脉冲而轴向地弹性预紧该控制活塞以及该操作装置，其中该球形件与设置在该操作装置中的一个槽以这样的方式处于有效连接中，即在向该操作装置施加该操作脉冲时使得该操作装置相对于该控制套筒是如此轴向可移动的，即由于与球形件存在有效连接该操作装置能够交替地从该第一停止位置被带入到该第二停止位置中。这使得该换向阀能够以特别简单的方式来制造。
根据另一种优选的实施方式，该槽被构造成心形槽。这使得该球形件能够被可靠地引导到该圆珠笔式机构的两个停止位置中。
根据另一个优选的改进方案，该控制套筒被构造成阀孔，尤其是作为阀孔被构造在一个阀体中，该阀体具有归属于该控制活塞的各个流体槽的、贯穿该阀孔的多个流体导管。由此有利地扩展了该换向阀的应用范围。
根据一个优选的实施方案，该操作脉冲可以通过一种流体压力来施加，由此简化了该换向阀的运行并且扩展了其应用范围。
根据一个优选的改进方案，该弹簧装置被这样构造，即使得该换向阀的操作只有在操作脉冲大于预先设定的一个阈值时才会执行。这可靠地防止了该换向阀出现无意的切换，由此提高了该换向阀的可靠性。
根据另一个优选的改进方案，该换向阀集成在该连杆安排中，尤其是集成在该起重轴承孔的区域内，由此使得该换向阀仅占据少量的结构空间。因此就有利地扩展了该换向阀的应用范围。
根据一个优选的实施方案，该操作脉冲可以通过发动机油压力来施加，其中该内燃发动机具有用于在短时间内提高发动机油压力的装置，例如可调节的油泵或者蓄压器。这使得能够有利地将该换向阀集成到现有的发动机油系统中，由此扩展了该换向阀的应用范围。
附图说明
下面结合实施例并且参考所附的示意图，对本发明进行详细说明。
在附图中：
图1根据本发明的一个优选实施方案的换向阀的局部剖视图，该换向阀处于一个第一开关位置中；
图2根据图1的本发明的该优选实施方式的换向阀的部分示图；
图3本发明的该优选实施方案的换向阀根据图1中的切割线III-III的剖视图；
图4根据图1的本发明的该优选实施方案的换向阀的另一个部分示图，该换向阀处于一个过渡开关位置上；
图5根据图1的本发明的该优选实施方案的换向阀的部分剖视图，该换向阀处于一个第二开关位置中；
图6根据本发明的另一个优选的实施方案的换向阀的局部剖视图，该换向阀处于一个第一开关位置中；
图7根据图6的本发明的另一个优选的实施方案的换向阀的部分剖视图，该换向阀处于一个第二开关位置中；
图8根据本发明的又另一个优选的实施方案的换向阀的局部剖视图，该换向阀处于一个第一开关位置中；
图9根据图8的本发明的又另一个优选的实施方案的换向阀的部分剖视图，该换向阀处于一个第二开关位置中；
图10一个换向阀的一种示例性应用情况的侧视图，该换向阀处于一个第一工作状态中；
图11根据图10的一个换向阀的示例性应用情况的另一侧视图，该换向阀处于一个第二工作状态中；并且
图12用于控制一个换向阀的一个示例性的油压曲线图。
在附图中，如未给出相反的说明，则同一附图标记所标识的均为相同或者功能相同的部件。
具体实施方式
以下同时用来参考的图1至图5示出了尤其用于控制液压流体流的具有一种圆珠笔式机构2的一个换向阀1的一个第一示例性实施方案，该换向阀处于一个第一开关位置中。换向阀1具有一个控制活塞6，该控制活塞带有一个流体槽28。控制活塞6具有一个圆柱形的基本形状，其中在控制活塞6的一个外罩面中设置有处于一个环形槽28形式的流体槽28。控制活塞6例如优选地轴向可移动地安置在换向阀1的一个阀孔26中。阀孔26优选地设置在一个阀体27中。阀体27中设置有贯穿阀孔26的多个流体导管30、31。在此流体导管30、31沿着阀孔26的一个中轴线39在轴线方向上优选以彼此间隔开的方式安置。阀孔26优选地构造成盲孔。可替代于此的是，该阀孔也可以构造成贯通孔。在阀孔26的一个端面40与控制活塞6的一个端面41之间安置有尤其是处于一个压力弹簧10的形式的一种弹簧装置10。弹簧装置10可以不是抵着端面40、而是抵着安装在阀孔26的一个对应的环形槽中的一个保险环而张紧的。于是阀孔26就可以被构造成例如贯通孔。流体导管30、31以下述方式在阀孔26的轴线方向上安置，即通过在阀孔26中轴向地移动控制活塞6使流体导管30、31中始终有一条被控制活塞6关闭。在图1中示例性地将流体导管31借助控制活塞6关闭。如借助箭头4、5所指示的，流体可流通穿过流体导管30。
在控制活塞6的一个第二端面42的毗邻处安置有圆珠笔式机构2，该圆珠笔式机构可以例如按照所谓的SecuritTM机构的类型进行实施。圆珠笔式机构2具有在控制活塞6的端面42的毗邻处的一个旋转套筒9以及与该旋转套筒9处于有效连接的一个操作装置3。控制活塞6与旋转套筒9优选是一体地构成的。操作装置3优选地构造成柱塞3。旋转套筒9和操作装置3至少部分地被圆珠笔式机构2的一个控制套筒8所包围。控制套筒8可以是例如阀孔26的集成构件。控制套筒8能够以扭转意义上固定但在轴向上可以自由移动(例如带有径向间隙)的方式容纳在阀孔26中。
图2展示了根据图1的换向阀1，其中为了利于解释，在这里没有显示控制套筒8和具有流体导管30、31的阀体27。旋转套筒9具有一个第一圆柱体段43，该圆柱体段的一个端面44毗连控制活塞6的端面42。第一圆柱体段43在其外罩面上具有多个旋转套筒肋16，这些旋转套筒肋以彼此有规律地间隔开的方式安置在第一圆柱体段43的周围。旋转套筒9至少具有一条旋转套筒肋16。但是作为示例，旋转套筒9具有四条旋转套筒肋16。旋转套筒肋16在其背向第一圆柱体段43的端面44的端面46上具有多个斜向的旋转套筒肋端面17。旋转套筒9具有一个第二圆柱体段45，该第二圆柱体段从第一圆柱体段43的端面46伸出。第二圆柱体段45优选具有比第一圆柱体段43更小的外径。
第二圆柱体段45至少部分地被容纳在操作装置3中，该操作装置构造成例如具有(优选地)一个封闭的端面47的套筒。操作装置3的一个齿状环形面20被设置成与端面47平行地间隔开，该环形面与旋转套筒9的多个斜向的旋转套筒端面17处于有效的啮合中。在操作装置3的一个外表面上设置有多个操作装置肋19，这些操作装置肋优选以彼此均匀隔开的方式安置在操作装置3的周围。操作装置肋19优选具有比旋转套筒肋16稍小的外径。操作装置3进一步具有一个凸肩48，该凸肩从端面47出发，在齿状环形面20的方向上延伸。在此凸肩48优选地包括操作装置3的大约三分之一的长度。操作装置3的凸肩48的外径大致对应于阀孔26的孔径，或者稍大于阀孔26的孔径，其中凸肩48的外径被设计成这样，即使得操作装置3在阀孔26中优选能够密封地移动。借助于弹簧装置10可以使操作装置3抵着一个轴向止动件而被预紧，该轴向止动件可以是例如处于安置在阀孔26的一个环形槽中的一个保险环的形式。
如已实现的那样，控制套筒8至少部分地包围操作装置3以及旋转套筒9。图3以根据图1的沿切割线III-III的剖视图的形式示出了换向阀1。为简化示图，这里仅显示了控制套筒8。在控制套筒8的一个内壁11上安置有相对控制套筒8的纵向在轴向上延伸的控制套筒肋12，这些控制套筒肋具有多个斜向的控制套筒肋端面14，这些端面归属于控制套筒8的一个端面13。在每两个相邻的控制套筒肋12之间构造有控制套筒槽15，这些控制套筒槽相对控制套筒8的纵向具有交替变化地不同的控制套筒槽深度t1、t2。在此控制套筒槽15是这样构造的，即以深度t1穿过整个控制套筒8的一个控制套筒槽15与至多仅以深度t2在轴向上穿过控制套筒8的一个控制套筒槽15分别交替地进行安置，其中深度t1对应于例如控制套筒8的轴向长度。旋转套筒肋16和操作装置肋19优选与控制套筒槽15处于有效啮合中、并且在轴线方向上被控制套筒槽15引导。控制套筒槽15的数量对应于例如旋转套筒肋16数量的至少两倍。
下面阐述按照SecuritTM机构类型、具有圆珠笔式机构2的换向阀1的工作原理。图1至图3显示了处于该第一停止位置中的圆珠笔式机构2以及处于该第一开关位置中的换向阀1。在该第一开关位置中，贯通阀孔26的流体导管30通过控制活塞6的流体槽28被打开，并且第二流体导管31被控制活塞6封闭。在该圆珠笔式机构的第一停止位置中，旋转套筒肋端面17至少以点状形式与控制套筒槽15的多个端面49靠置在一起，这些控制套筒槽至多以控制套筒槽深度t2穿过控制套筒8。旋转套筒9在轴线方向上是凸出在控制套筒8之外的。
为将圆珠笔式机构2从该第一停止位置转变到一个第二停止位置，或者为将换向阀1从该第一开关位置转变到其第二开关位置，需要向操作装置3的端面47施加一个操作脉冲I。为此，需要在短时间内施加一个对抗由弹簧装置10产生的弹力的力。这个操作脉冲可以通过例如油压脉冲施加到操作装置3上。通过操作脉冲I，操作装置3连同旋转套筒9以及控制活塞6得以对抗弹簧装置10的弹力朝向阀孔26内移动。在此操作装置肋19和旋转套筒肋16在控制套筒槽15中被轴向地引导。如图4中展示的，旋转套筒9被轴向地移动，直至旋转套筒肋16与对应的控制套筒槽15脱离啮合。之后借助操作装置3将旋转套筒9推出控制套筒槽15。例如，旋转套筒9在轴向上被完全推到控制套筒8之外。旋转套筒肋16与操作装置肋19以在很大程度上互相错开的方式安置在旋转套筒9以及操作装置3上，这样只要肋16和19在引导套筒槽15中被引导，那么由于借助控制套筒8进行的轴向上的引导，斜向的旋转套筒槽端面17就被阻止在齿状环形面20的齿面上由如图2中所示的过渡位置滑动进入到如图4所示的稳定的最终位置中。在图2所示的位置中，旋转套筒肋端面17在齿状环形面20的齿面上可以说是处于一个不稳定的过渡位置中。如果旋转套筒肋16与控制套筒槽15不再处于啮合，那么旋转套筒肋端面17就会在齿状环形面20的齿面上滑移，由此旋转套筒肋端面17占据图4中所示的稳定的最终位置。此时旋转套筒9相对于控制套筒8执行一种微小的第一旋转运动。在操作脉冲I结束时，由于弹簧装置10的弹力，旋转套筒9将逆着操作装置3的操作方向回移。由于旋转套筒肋端面17在操作装置3的齿状环形面20的齿面上滑动，旋转套筒9已经执行了一种旋转运动，因此旋转套筒肋16不再与具有深度t2的对应控制套筒槽15相啮合，而是使旋转套筒肋端面17与控制套筒肋端面14相接触。因此，旋转套筒肋端面17在控制套筒肋端面14上滑动，并且旋转套筒9执行另一种微小的第二旋转运动，其中旋转套筒肋16插入具有深度t1的控制套筒槽15中，这些控制套筒槽穿过控制套筒8的整个轴向长度。因此，旋转套筒9的第一圆柱体段43优选完全地被容纳在控制套筒8中。由于弹簧装置10的弹力，控制活塞6连同其端面42被压向控制套筒8的端面13。此时圆珠笔式机构2位于图5中展示的第二停止位置中，该第二停止位置对应于换向阀1的第二开关位置。在换向阀1的第二开关位置中流体通道30被封闭，并且流体可以流过流体通道31。通过重新施加操作脉冲I，旋转套筒9继续转动，并且换向阀1被再次转换到其第一开关位置中。
下文同时参考的图6和图7显示了具有圆珠笔式机构2的换向阀1的一种替代性的但是同样优选的实施方案。根据图6和图7所示的换向阀1的实施方案在功能上与之前解释的换向阀1的实施方案相对应。根据图6和图7的换向阀1的实施方案与图1至图5所示的换向阀1的实施方案的区别首先在于阀孔26的构造。阀孔26被构造成阶梯型的通孔26，其中弹簧装置10抵着安装在径向槽61中的一个保险环62而被压紧。弹簧装置10将控制活塞6以及圆珠笔式机构2向阀孔26的一个凸肩64上压紧，该控制活塞具有流体槽28以及与此流体槽28轴向地间隔开的另一个流体槽29。流体通道30归属于流体槽28，并且流体通道31归属于流体槽29。在阀体27中设置有一个控制导管63，该控制导管用于将流体送入到操作装置3中以便向该操作装置施加操作脉冲I。图6示出了换向阀1的第一开关位置，在该开关位置中流体导管31被控制活塞6封闭，并且如借助箭头4、5所示出的，流体流过流体导管30。图7示出了换向阀1的第二开关位置，在该开关位置中流体导管30被控制活塞6封闭，并且如借助箭头4、5所示出的，流体流过流体导管31。
图8和图9示出了具有一种圆珠笔式机构2的一个换向阀1的另一个替代性的但是同样优选的实施例。在这一示例性的实施例中，圆珠笔式机构2被构造成所谓的球形机构。在阀孔26中安置有弹簧装置10、控制活塞6以及圆珠笔式机构2。操作装置3与控制活塞6的端面42处于接触中。操作装置3至少部分地被控制套筒8包围、并且以可移动的方式安置在该控制套筒中。控制套筒8例如是阀孔26的集成构件。如图8所示，也可以借助两个保险环65、66来将阀孔26中的控制套筒8在阀孔26的轴向上抗滑动地进行固定。在控制套筒8中优选设置有环绕的一个径向槽24，该径向槽用于至少部分地容纳一个球形件23，特别是一个钢球形件23。在操作装置3的一个周面上设置有一个槽25，尤其是一个心形槽25，该槽也同样用于至少部分地容纳球形件23。操作装置3通过球形件23而与控制套筒8的径向槽24处于有效啮合中。在图8展示的圆珠笔式机构2的第一停止位置(对应于换向阀1的第一开关位置)中，球形件23保持在心形槽25的一个上卡锁点上。在此处该球形件被弹簧装置10的弹力保持在位。流体导管31被封闭，如借助箭头4、5所指示的，流体可以流过流体导管30。
当操作脉冲I作用到操作装置3的端面47上时，该操作装置轴向向阀孔26内移动，并且球形件23沿着心形槽25优选以顺时针方向从图8所示的圆珠笔式机构2的第一停止位置滑动到如图9所示的第二停止位置中，该第二停止位置对应于换向阀1的第二开关位置。同时该球形件在控制套筒8的径向槽24中运动。在该第二停止位置中，球形件23再次被弹簧装置10保持在位。流体导管30在换向阀1的第二开关位置中被封闭，并且流体导管31是可通流的。当重新施加操作脉冲I时，球形件23继续以顺时针方向滑回圆珠笔式机构2的第一停止位置中。
图10和图11展示了根据图1至图9的换向阀1的一个示例性实施方案的示例性应用情况。图10和图11示出了用于一种具有可调压缩比的内燃发动机的一种连杆安排33。连杆安排33具有一个连杆56以及安置在连杆56的一个连杆轴承孔34中、并且优选能够以液压方式调节的偏心装置36。偏心装置36也可以替代性地或者附加性地安置在一个起重轴承孔35中。偏心装置36具有对连杆孔34的一个中心点37偏心地安置的一个活塞销孔，该活塞销孔具有一个中心点38并且容纳一个活塞销。偏心装置36用于调节有效的连杆长度leff。连杆长度leff被定义为从起重轴承孔35的一个中心点32到该活塞销孔的一个中心点38的距离。
可调节的偏心装置36的旋转是通过内燃发动机的惯性力和负载力启动的，内燃发动机的惯性力和负载力是在内燃发动机的工作冲程中作用到偏心装置36上的。在工作冲程期间，作用在偏心装置36上的力的作用方向连续地发生变化。旋转运动由使用发动机油推动并且集成在连杆装置33中的活塞50、51进行协助，或者该活塞防止了偏心装置36的(由于作用在该偏心装置上的力的作用方向发生变化而导致的)复位。借助偏心轮杆67、68，活塞50、51在两侧上均与偏心装置36的偏心体69处于有效连接中。活塞50、51能够通过从起重轴承孔35中引出的导油管52、53而受到发动机油的冲击。在此止回阀54、55防止了发动机油从活塞50、51的活塞容积回流进液压导管52、53或者内燃发动机的发动机舱中。
优选在起重轴承孔35的区域内设置具有圆珠笔式机构2的换向阀1。换向阀1优选构造成能够任意应用在不同位置上并且应用于不同发动机的预装配件。这就是说，连杆56形成了换向阀1的阀体27。阀孔26例如从起重轴承孔35出发，作为阶梯状盲孔延伸到连杆56中。以相同的油压来冲击操作装置3，导油管52、53同样受到该油压的冲击。为了防止操作装置3从阀孔26中滑出，在阀孔26的一个对应的槽中设置有例如一个保险环57。流体导管30连接活塞50的压力室，并且流体导管31将活塞51的压力室与发动机舱连接起来。流体导管30、31在发动机舱中的入口在图10和图11中未显示，这是例如通过穿过控制活塞6上的垂直于绘图平面的各自一个通风口来实现的。流体导管30、31之一各自通向发动机舱的连接通过换向阀1是可以封闭或者可以打开的。在制造工艺上，流体导管30、31例如是由从连杆56的一个外侧面贯穿活塞50、51的活塞腔以及阀孔26的多个穿孔实现的，这些穿孔朝向发动机舱的端部可以借助例如锁紧球形件70、71不漏油地加以密封。
图10显示了处于该第二停止位置中的圆珠笔式机构2以及处于该第二开关位置中的换向阀1。活塞51是通过流体导管31与内燃发动机的发动机舱以流体流通的方式相连接的。于是活塞51可以借助换向阀1无压力地接通。通过液压导管53送入的油通过流体导管31被送入到发动机舱中。活塞50的流体导管30的降压是通过换向阀1的控制活塞6阻止的。这就是说，活塞50通过液压导管52而受到发动机油压力的冲击，与此相反，活塞51则是无压力的。
在例如通过内燃发动机的可调节供油泵或通过液压蓄能器在短时间内提高发动机油压力时，换向阀1的操作装置3会受到一个对应的操作脉冲I的冲击。因此，换向阀1将从该第二开关位置转变到如图11所示的第一开关位置。在换向阀1的第一开关位置中，位于活塞51与该发动机舱之间的流体导管31被控制活塞6封闭，由此活塞51通过导油管53而受到发动机油压力的冲击。活塞50通过由换向阀1开通的流体导管30与该发动机舱相连接，这就是说，活塞50在换向阀1的第一开关位置中是无压力的。于是活塞51被持续地充入发动机油，与此相反，发动机油通过流体导管30和换向阀1从活塞50流入到该发动机舱中。可调节的偏心装置36由于得到内燃发动机作用于其上的惯性力和负载力的协助，在被压力冲击的活塞51的作用下，如借助箭头72所指示的，以顺时针方向向右旋转。通过偏心装置36的旋转，有效连杆长度leff增加，由此内燃发动机的压缩比发生变化。通过重新向操作装置3施加操作脉冲I，该换向阀将从该第一开关状态转换到该第二开关状态，由此偏心装置36逆着箭头72向左运动，此时有效连杆长度leff再次减小。
图12示例性地显示了用于向换向阀1的操作装置3施加操作脉冲I的发动机油压力的曲线。在图中，y轴表示的是压力p，x轴表示的是时间t。例如，换向阀1首先处于其第一开关位置中。换向阀1的开关位置是借助于曲线74显示的，其中曲线74中以虚线显示的部分表示该第一开关位置，并且以线条显示的部分表示该第二开关位置。发动机油压力曲线是借助于曲线73显示的。发动机油压力曲线首先在一个标准水平上延伸，以便随后在短时间内提高到一个第一压坪(Druckplateau)58。在此换向阀1实现了从该第一开关位置到该第二开关位置的切换。发动机油压力仅在此期间需要被提高到压坪58的压力，直至圆珠笔式机构2从该第一停止位置卡入该第二停止位置或者从该第二停止位置卡入该第一停止位置中为止。在圆珠笔式机构2卡入之后，发动机油压力可以再次降低到原始水平。通过将发动机油压力重新提高到一个第二压坪75，使得有可能重新操作换向阀1，此时该换向阀从该第二开关状态返回到该第一开关状态。
也就是说，换向阀1无需高成本的外部驱动就能够得到控制。对于从该第一开关位置到该第二开关位置(或相反)的切换的控制是通过施加一个操作脉冲I来实现的，例如通过短时间地提高内燃发动机的发动机油压力。因此，换向阀1能够容易地集成到现有的发动机油系统中。
参考标号清单
1换向阀
2圆珠笔式机构
3操作装置/柱塞
4箭头
5箭头
6控制活塞
8控制套筒
9旋转套筒
10弹簧装置
11内壁
12控制套筒肋
13端面
14控制套筒肋端面
15控制套筒槽
16旋转套筒肋
17旋转套筒肋端面
19操作装置肋
20齿状环形面
23球形件
24径向槽
25槽/心形槽
26阀孔
27阀体
28流体槽
29流体槽
30流体导管
31流体导管
32起重轴承孔的中心点
33连杆安排
34连杆轴承孔
35起重轴承孔
36偏心装置
37连杆孔的中心点
38活塞销孔的中心点
39中轴线
40端面
41端面
42端面
43第一圆柱体段
44端面
45第二圆柱体段
46端面
47端面
48凸肩
49端面
50活塞
51活塞
52液压导管/导油管
53液压导管/导油管
54止回阀
55止回阀
56连杆
57保险环
58压坪
61径向槽
62保险环
63控制导管
64凸肩
65保险环
66保险环
67偏心杆
68偏心杆
69偏心体
70锁紧球形件
71锁紧球形件
72箭头
73发动机油压力曲线
74开关位置曲线
75压坪
I操作脉冲
leff有效连杆长度
t时间
p压力
t1控制套筒槽深度
t2控制套筒槽深度

Claims (17)

1.换向阀（1），该换向阀具有一种圆珠笔式机构（2），通过向该圆珠笔式机构（2）的一个操作装置（3）施加一个操作脉冲（I），该圆珠笔式机构能够交替地啮合在一个第一或者一个第二停止位置中、并且是以这样的方式与该换向阀（1）相耦合的，即，使得该第一或者该第二停止位置分别对应于该换向阀（1）的一个控制活塞（6）的一个第一或者一个第二开关位置，该圆珠笔式机构（2）具有：
一个用于轴向地引导该操作装置（3）以及一个旋转套筒（9）的控制套筒（8）；以及
一个弹簧装置（10），该弹簧装置反抗该操作脉冲（I）而在轴向上弹性预紧该控制活塞（6）、该旋转套筒（9）以及该操作装置（3），其中该旋转套筒（9）与该控制套筒（8）以及该操作装置（3）以这样的方式处于有效连接中，即在向该操作装置（3）施加该操作脉冲（I）时，该操作装置能够相对于该控制套筒（8）与该旋转套筒（9）一起做轴向移动，从而该旋转套筒（9）能够被交替地从该第一停止位置带入到该第二停止位置中；并且，
所述换向阀还具有：
一个控制套筒（8），该控制套筒具有：安置在一个内壁（11）上并且相对于该控制套筒（8）的纵向在轴向上延伸的多个控制套筒肋（12）、配置给该控制套筒（8）的一个端面（13）、的斜向的多个控制套筒肋端面（14）、以及安置在每两个相邻的控制套筒肋（12）之间的多个控制套筒槽（15），这些控制套筒槽相对于该控制套筒（8）的纵向具有交替地不同的控制套筒槽深度；
一个旋转套筒（9），该旋转套筒至少部分地安置在该控制套筒（8）中、并且具有与这些控制套筒槽（15）互补的多个旋转套筒肋（16）以及朝向这些斜向的控制套筒肋端面（14）的、斜向的多个旋转套筒肋端面（17）；
与该旋转套筒（9）的一个端面（44）处于有效接触中的该控制活塞（6）；
能够借助多个操作装置肋（19）导入到这些控制套筒槽（15）中、并且具有一个齿状的环形面（20）的该操作装置（3），该环形面与这些旋转套筒肋端面（17）处于有效接触中；以及
一个弹簧装置（10），该弹簧装置用于反抗该操作脉冲（I）而弹性预紧该控制活塞（6）、该旋转套筒（9）以及该操作装置（3）。
2.根据权利要求1所述的换向阀，其特征在于，为了将该换向阀（1）从该第一开关位置（4）切换到该第二开关位置（5）中，通过向该圆珠笔式机构（2）的操作装置（3）施加该操作脉冲（I），该换向阀（1）的控制活塞（6）能够在与该操作脉冲（I）的方向大致相反的方向上移动一段预定的行程。
3.根据权利要求2所述的换向阀，其特征在于，为了将该换向阀（1）从该第二开关位置（5）切换到该第一开关位置（4），通过向该圆珠笔式机构（2）的操作装置（3）施加该操作脉冲（I），该换向阀的控制活塞（6）能够在与该操作脉冲（I）的方向大致相同的方向上移动一段预定的行程。
4.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，在向该操作装置（3）施加该操作脉冲（I）时，该操作装置能够连同该旋转套筒（9）反抗该弹簧装置（10）的弹力而进入到该控制套筒（8）中，从而使这些旋转套筒肋（16）脱开与配属的、具有第一控制套筒槽深度的控制套筒槽（15）的啮合，其中该齿状环形面（20）和这些旋转套筒肋端面（17）以使该旋转套筒（9）执行第一旋转运动的方式处于有效连接中，其中这些控制套筒肋端面（14）和这些旋转套筒肋端面（17）以使该旋转套筒（9）执行第二旋转运动的方式彼此相对滑动，其中这些旋转套筒肋（16）与具有第二控制套筒槽深度的控制套筒槽（15）啮合，其中该旋转套筒（8）啮合进停止位置之一，并且其中该控制活塞（6）由于与该旋转套筒（9）的有效连接而能够被带入开关位置之一。
5.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，这些旋转套筒肋（16）的数量对应于这些控制套筒槽（15）数量的一半。
6.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，该圆珠笔式机构（2）是按照一种球形机构的类型构造的、并且具有：
用于轴向地引导该操作装置（3）的一个控制套筒（8）；
一个球形件（23），该球形件以可移动的方式安置在该控制套筒（8）的一个径向槽（24）中；以及
一个弹簧装置（10），该弹簧装置反抗该操作脉冲（I）而在轴向上弹性预紧该控制活塞（6）以及该操作装置（3），其中该球形件（23）与设置在该操作装置（3）中的一个槽（25）以这样的方式处于有效连接，即，在向该操作装置（3）施加该操作脉冲（I）时，该操作装置（3）能够相对于该控制套筒（8）做轴向移动，这样由于与该球形件（23）之间的有效连接，该操作装置（3）能够被交替地从该第一停止位置带入该第二停止位置中。
7.根据权利要求6所述的换向阀，其特征在于，该槽（25）被构造成心形槽（25）。
8.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，该控制套筒（8）构造成阀孔（26）。
9.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，该操作脉冲（I）可以通过流体压力来施加。
10.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，该弹簧装置（10）以下述方式构造，即只有在该操作脉冲（I）大于一个预先设定的阈值时才对该换向阀（1）进行操作。
11.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，所述换向阀（1）用于控制液压流体流。
12.根据权利要求1至3之一所述的换向阀，其特征在于，该控制套筒（8）构造成一个阀体（27）中的阀孔（26），该阀体具有归属于该控制活塞（6）的各个流体槽（28，29）、以及贯穿该阀孔（26）的多个流体导管（30，31）。
13.具有可调节的压缩比的内燃发动机，该内燃发动机具有：
如以上权利要求之一所述的一种换向阀（1）；以及
一种连杆安排（33），该连杆安排具有安置在一个连杆轴承孔（34）和/或一个起重轴承孔（35）中并且能够以液压方式进行调节的偏心装置（36），用以调节有效连杆长度（leff），其中该偏心装置（36）的调节行程能够借助该换向阀（1）来控制。
14.根据权利要求13所述的内燃发动机，其特征在于，该换向阀（1）被集成在该连杆安排（33）中。
15.根据权利要求13或14所述的内燃发动机，其特征在于，该操作脉冲（I）可以通过发动机油压力来施加，其中该内燃发动机具有用于在短时间内提高该发动机油压力的装置。
16.根据权利要求14所述的内燃发动机，其特征在于，所述换向阀（1）被集成在该起重轴承孔（35）的区域内。
17.根据权利要求15所述的内燃发动机，其特征在于，所述用于在短时间内提高该发动机油压力的装置是一个可调节的油泵或者一个蓄压器。
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