DE102010016037A1

DE102010016037A1 - Umschaltventil und Verbrennungsmotor mit einem derartigen Umschaltventil

Info

Publication number: DE102010016037A1
Application number: DE102010016037A
Authority: DE
Inventors: Michael Paul
Original assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Current assignee: Dr Ing HCF Porsche AG
Priority date: 2010-03-19
Filing date: 2010-03-19
Publication date: 2011-09-22
Anticipated expiration: 2030-03-20
Also published as: JP5260698B2; JP2011196549A; DE102010016037B4; FR2957648A1; CN102213332B; FR2957648B1; CN102213332A

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Umschaltventil (1), insbesondere zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms, mit einer Kugelschreibermechanik (2), welche durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses (I) auf ein Betätigungsmittel (3) der Kugelschreibermechanik (2) wechselweise in einer ersten oder in einer zweiten Raststellung einrastbar und derart mit dem Umschaltventil (1) gekoppelt ist, dass die erste oder die zweite Raststellung einer jeweiligen ersten oder zweiten Schaltstellung eines Steuerkolbens (6) des Umschaltventils (1) entspricht. Die vorliegende Erfindung betrifft ferner einen Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit: einem derartigen Umschaltventil (1); und einer Pleuelstangenanordnung (33) mit einer in einem Pleuellagerauge (34) und/oder einem Hublagerauge (35) angeordneten hydraulisch verstellbaren Exzentereinrichtung (36) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge (leff), wobei ein Verstellweg der Exzentereinrichtung (36) mittels des Umschaltventils (1) steuerbar ist.

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Umschaltventil, insbesondere zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms, und auf einen Verbrennungsmotor mit einem derartigen Umschaltventil.
Obwohl auf beliebige Fahrzeuge anwendbar, wird die vorliegende Erfindung sowie die ihr zugrunde liegende Problematik in Bezug auf ein Personenkraftfahrzeug näher erläutert.
Bei Verbrennungsmotoren wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Verbrennungsmotoren mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein so genanntes ”Klopfen” des Verbrennungsmotors vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich des Verbrennungsmotors, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein ”Klopfen” auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich eines Verbrennungsmotors kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind verschiedene Systeme beschrieben.
Die DE 10 2005 055 199 beschreibt ein System, bei dem die Pleuellänge variabel einstellbar ist. Die Variation der Pleuellänge erfolgt durch eine Verdrehung eines exzentrischen Pleuelauges. Die Verdrehung des Pleuelauges wird durch Einwirken von Massen- und Gaskräften des Verbrennungsmotors initiiert, wobei die Drehbewegung durch mit Motoröl beaufschlagte Kolben im Pleuel unterstützt wird. Zur Regelung der Drehbewegung des exzentrischen Pleuelauges wird jeweils einer der Kolben mit Motoröl druckbeaufschlagt, während der andere Kolben drucklos geschaltet ist. Die Ansteuerung der Kolben erfolgt über ein 3/2-Wegeventil. Zur Umschaltung des 3/2-Wegeventils muss dieses mechanisch betätigt werden. Hierzu ist eine aufwändige Lösung aus Kulissenbahnen, Schalt- und Schiebestangen, die beispielsweise von außen elektromotorisch angesteuert werden, vorgesehen. Dies erfordert jedoch umfangreiche Änderungen am Verbrennungsmotor.
Somit liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein verbessertes Umschaltventil zu schaffen, welches die oben genannten Nachteile beseitigt.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch ein Umschaltventil mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und/oder durch einen Verbrennungsmotor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 13 gelöst.
Demgemäß sind vorgesehen:
Ein Umschaltventil, insbesondere zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms, mit einer Kugelschreibermechanik, welche durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses auf ein Betätigungsmittel der Kugelschreibermechanik wechselweise in einer ersten oder in einer zweiten Raststellung einrastbar und derart mit dem Umschaltventil gekoppelt ist, dass die erste oder die zweite Raststellung einer jeweiligen ersten oder zweiten Schaltstellung eines Steuerkolbens des Umschaltventils entspricht.
Ein Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit: einem derartigen Umschaltventil; und einer Pleuelstangenanordnung mit einer in einem Pleuellagerauge und/oder einem Hublagerauge angeordneten hydraulisch verstellbaren Exzentereinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei ein Verstellweg der Exzentereinrichtung mittels des Umschaltventils steuerbar ist.
Die Grundidee der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Umschaltventil vorzusehen, welches mit einer Kugelschreibermechanik versehen ist, die durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses das Umschaltventil wechselweise von einer ersten in eine zweite Schaltstellung und umgekehrt schaltet.
In den Unteransprüchen finden sich vorteilhafte Ausgestaltungen und Verbesserungen des im Patentanspruch 1 angegebenen Umschaltventils bzw. des im Patentanspruch 13 angegebenen Verbrennungsmotors.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist zum Schalten des Umschaltventils von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung durch Aufbringen des Betätigungsimpulses auf das Betätigungsmittel der Kugelschreibermechanik der Steuerkolben des Umschaltventils in etwa entgegen einer Richtung des Betätigungsimpulses um einen vorbestimmten Weg verlagerbar. Dies ermöglicht vorteilhaft ein einfaches Umschalten des Umschaltventils von der ersten Schaltstellung in die zweite Schaltstellung.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel ist zum Schalten des Umschaltventils von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung durch Aufbringen des Betätigungsimpulses auf das Betätigungsmittel der Kugelschreibermechanik der Steuerkolben des Umschaltventils in etwa in der Richtung des Betätigungsimpulses um den vorbestimmten Weg verlagerbar. Dies ermöglicht vorteilhaft ein einfaches Umschalten des Umschaltventils von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kugelschreibermechanik nach Art einer Securit^TM-Mechanik ausgebildet, insbesondere mit: einer Steuerhülse zur axialen Führung des Betätigungsmittels und einer Verdrehhülse; und einer Federeinrichtung, welche den Steuerkolben, die Verdrehhülse und das Betätigungsmittel gegen den Betätigungsimpuls axial federvorverspannt, wobei die Verdrehhülse mit der Steuerhülse und dem Betätigungsmittel derart in Wirkverbindung steht, dass bei dem Aufbringen des Betätigungsimpulses auf das Betätigungsmittel dieses bezüglich der Steuerhülse mitsamt der Verdrehhülse derart axial verlagerbar ist, dass die Verdrehhülse wechselweise von der ersten in die zweite Raststellung bringbar ist. Hierdurch ist bei einer Betätigung des Umschaltventils aus nur einer Betätigungsrichtung dieses zuverlässig in die beiden Schaltstellungen bringbar, wodurch sich die Anwendung des Umschaltventils vereinfacht.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist das Umschaltventil gekennzeichnet durch eine Steuerhülse, welche auf einer Innenwand angeordnete bezüglich einer Längsrichtung der Steuerhülse axial verlaufende Steuerhülsenrippen, einer Stirnseite der Steuerhülse zugeordnete schräge Steuerhülsenrippen-Stirnflächen und zwischen jeweils zwei benachbarten Steuerhülsenrippen angeordnete Steuerhülsennuten aufweist, welche bezüglich der Längsrichtung der Steuerhülse abwechselnd verschiedene Steuerhülsennuten-Tiefen aufweisen; eine zumindest abschnittsweise in der Steuerhülse angeordnete Verdrehhülse, welche zu den Steuerhülsennuten komplementäre Verdrehhülsenrippen und den schrägen Steuerhülsenrippen-Stirnflächen zugewandte schräge Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen aufweist; den Steuerkolben, welcher in Wirkkontakt mit einer Stirnfläche der Verdrehhülse steht; das Betätigungsmittel, welches mittels Betätigungsmittelrippen in den Steuerhülsennuten führbar ist und eine gezahnte Ringfläche aufweist, welche in Wirkkontakt mit den Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen steht; und eine Federeinrichtung, welche den Steuerkolben, die Verdrehhülse und das Betätigungsmittel gegen den Betätigungsimpuls federvorverspannt. Hierdurch ist eine einfache Herstellbarkeit des Umschaltventils gewährleistet.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist bei einem Aufbringen des Betätigungsimpulses auf das Betätigungsmittel dieses mit der Verdrehhülse in die Steuerhülse hinein gegen eine Federkraft der Federeinrichtung derart verlagerbar, dass die Verdrehhülsenrippen außer Eingriff mit den zugeordneten Steuerhülsennuten mit einer ersten Steuerhülsennuten-Tiefe gelangen, wobei die verzahnte Ringfläche und die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen derart in Wirkkontakt stehen, dass die Verdrehhülse eine erste Rotationsbewegung vollzieht, wobei die Steuerhülsenrippen-Stirnflächen und die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen derart aufeinander abgleiten, dass die Verdrehhülse eine zweite Rotationsbewegung vollzieht, wobei die Verdrehhülsenrippen in Steuerhülsennuten mit einer zweiten Steuerhülsennuten-Tiefe eingreifen, wobei die Verdrehhülse in einer der Raststellungen einrastet, und wobei der Steuerkolben aufgrund der Wirkverbindung mit der Verdrehhülse in eine der Schaltstellungen verbringbar ist. Dies ermöglicht ein zuverlässiges und sicheres Umschalten von der ersten in die zweite Schaltstellung und umgekehrt, wodurch sich die Zuverlässigkeit des Umschaltventils erhöht.
Gemäß einem weiteren bevorzugten Ausführungsbeispiel entspricht eine Anzahl der Verdrehhülsenrippen der Hälfte einer Anzahl der Steuerhülsennuten. Hierdurch wird zuverlässig gewährleistet, dass die Verdrehhülse in der Steuerhülse geführt ist.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Kugelschreibermechanik nach Art einer Kugel-Mechanik ausgebildet, insbesondere mit: einer Steuerhülse zur axialen Führung des Betätigungsmittels; einer Kugel, welche verschieblich in einer Radialnut der Steuerhülse angeordnet ist; und einer Federeinrichtung, welche den Steuerkolben und das Betätigungsmittel gegen den Betätigungsimpuls axial federvorverspannt, wobei die Kugel mit einer in dem Betätigungsmittel vorgesehenen Nut derart in Wirkverbindung steht, dass bei dem Aufbringen des Betätigungsimpulses auf das Betätigungsmittel dieses bezüglich der Steuerhülse derart axial verlagerbar ist, dass das Betätigungsmittel aufgrund der Wirkverbindung mit der Kugel wechselweise von der ersten in die zweite Raststellung bringbar ist. Dies ermöglicht eine besonders einfache Herstellbarkeit des Umschaltventils.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist die Nut als herzförmige Nut ausgebildet. Dies ermöglicht eine zuverlässige Führung der Kugel in die beiden Raststellungen der Kugelschreibermechanik.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist die Steuerhülse als Ventilbohrung ausgebildet, insbesondere als Ventilbohrung in einem Ventilblock mit jeweiligen Fluidnuten des Steuerkolbens zugeordneten die Ventilbohrung durchbrechenden Fluidleitungen. Hierdurch wird der Einsatzbereich des Umschaltventils vorteilhaft erweitert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Betätigungsimpuls durch einen Fluiddruck aufbringbar, wodurch die Bedienung des Umschaltventils vereinfacht wird und dessen Einsatzbereich erweitert wird.
Gemäß einer bevorzugten Weiterbildung ist die Federeinrichtung derart ausgebildet, dass ein Betätigen des Umschaltventils erst bei einem Betätigungsimpuls oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes erfolgt. Dies verhindert zuverlässig ein ungewolltes Schalten des Umschaltventils, wodurch dessen Zuverlässigkeit erhöht wird.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Weiterbildung ist das Umschaltventil in die Pleuelstangenanordnung, insbesondere in einen Bereich des Hublagerauges, integriert, wodurch das Umschaltventil nur geringen Bauraum einnimmt. Hierdurch wird der Einsatzbereich des Umschaltventils vorteilhaft erweitert.
Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform ist der Betätigungsimpuls durch einen Motoröldruck aufbringbar, wobei der Verbrennungsmotor Mittel, beispielsweise eine regelbare Ölpumpe oder einen Druckspeicher, zum kurzzeitigen Erhöhen des Motoröldrucks aufweist. Dies ermöglicht vorteilhaft eine Integration des Umschaltventils in vorhandene Motorölsysteme, wodurch der Einsatzbereich des Umschaltventils erweitert wird.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beiliegenden schematischen Figuren der Zeichnung näher erläutert.
Von den Figuren zeigen:
1 eine Teilschnittansicht eines Umschaltventils gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Schaltstellung;
2 eine Teilansicht des Umschaltventils der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der 1;
3 eine Schnittansicht des Umschaltventils der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der Schnittlinie III-III der 1;
4 eine weitere Teilansicht des Umschaltventils der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der 1 in einer Zwischenschaltstellung;
5 eine Teilschnittansicht des Umschaltventils der bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der 1 in einer zweiten Schaltstellung;
6 eine Teilschnittansicht eines Umschaltventils gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Schaltstellung;
7 eine Teilschnittansicht des Umschaltventils der weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der 6 in einer zweiten Schaltstellung;
8 eine Teilschnittansicht eines Umschaltventils gemäß einer noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung in einer ersten Schaltstellung;
9 eine Teilschnittansicht des Umschaltventils der noch weiteren bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung gemäß der 8 in einer zweiten Schaltstellung;
10 eine Seitenansicht eines beispielhaften Anwendungsfall eines Umschaltventils in einem ersten Betriebszustand;
11 eine weitere Seitenansicht des beispielhaften Anwendungsfall eines Umschaltventils gemäß der 10 in einem zweiten Betriebszustand; und
12 einen beispielhaften Öldruckverlauf zum Ansteuern eines Umschaltventils.
In den Figuren der Zeichnung bezeichnen dieselben Bezugszeichen gleiche oder funktionsgleiche Komponenten, soweit nichts Gegenteiliges angegeben ist.
Die 1 bis 5, auf die im Folgenden gleichzeitig Bezug genommen wird, zeigen eine erste beispielhafte Ausführungsform eines Umschaltventils 1 mit einer Kugelschreibermechanik 2, insbesondere zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms, in einer ersten Schaltstellung. Das Umschaltventil 1 weist einen Steuerkolben 6 mit einer Fluidnut 28 auf. Der Steuerkolben 6 weist eine zylindrische Grundform auf, wobei in einer Mantelfläche des Steuerkolbens 6 die Fluidnut 28 in Form einer Ringnut 28 vorgesehen ist. Der Steuerkolben 6 ist beispielsweise in einer Ventilbohrung 26 des Umschaltventils 1 bevorzugt axial verschieblich gelagert. Die Ventilbohrung 26 ist bevorzugt in einen Ventilblock 27 eingebracht. In dem Ventilblock 27 sind Fluidleitungen 30, 31 vorgesehen, welche durch die Ventilbohrung 26 durchbrochen werden. Die Fluidleitungen 30, 31 sind dabei bezüglich einer Mittelachse 39 der Ventilbohrung 26 in axialer Richtung bevorzugt voneinander beabstandet angeordnet. Die Ventilbohrung 26 ist bevorzugt als Sacklochbohrung ausgebildet. Alternativ dazu kann die Ventilbohrung auch als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Zwischen einer Stirnfläche 40 der Ventilbohrung 26 und einer Stirnfläche 41 des Steuerkolbens 6 ist eine Federeinrichtung 10, insbesondere in Form einer Druckfeder 10 angeordnet. Die Federeinrichtung 10 kann anstatt gegen die Stirnfläche 40 auch gegen einen in einer entsprechenden Ringnut der Ventilbohrung 26 montierten Sicherungsring gespannt sein. Die Ventilbohrung 26 kann dann beispielsweise als Durchgangsbohrung ausgebildet sein. Die Fluidleitungen 30, 31 sind derart in Axialrichtung der Ventilbohrung 26 angeordnet, dass durch ein axiales Verschieben des Steuerkolbens 6 in der Ventilbohrung 26 immer eine der Fluidleitungen 30, 31 durch den Steuerkolben 6 verschlossen ist. In 1 ist beispielhaft die Fluidleitung 31 mittels des Steuerkolbens 6 verschlossen. Durch die Fluidleitung 30 kann ein Fluid strömen, was mittels der Pfeile 4, 5 angedeutet ist.
An einer zweiten Stirnfläche 42 des Steuerkolbens 6 anliegend ist die Kugelschreibermechanik 2 angeordnet, welche beispielsweise nach Art einer so genannten Securit^TM-Mechanik ausgeführt sein kann. Die Kugelschreibermechanik 2 weist eine an der Stirnfläche 42 des Steuerkolbens 6 anliegende Verdrehhülse 9 und ein mit der Verdrehhülse 9 in Wirkverbindung stehendes Betätigungsmittel 3 auf. Vorzugsweise ist der Steuerkolben 6 mit der Verdrehhülse 9 einstückig ausgebildet. Das Betätigungsmittel 3 ist bevorzugt als Druckstempel 3 ausgebildet. Die Verdrehhülse 9 und das Betätigungsmittel 3 sind zumindest abschnittsweise von einer Steuerhülse 8 der Kugelschreibermechanik 2 umgeben. Die Steuerhülse 8 kann beispielsweise integraler Bestandteil der Ventilbohrung 26 sein. Die Steuerhülse 8 kann in der Ventilbohrung 26 verdrehfest aber axial frei verschieblich, beispielsweise radialspielbehaftet, aufgenommen sein.
Die 2 illustriert das Umschaltventil 1 gemäß der 1, wobei zur besseren Erläuterung die Steuerhülse 8 und der Ventilblock 27 mit den Fluidleitungen 30, 31 nicht dargestellt ist. Die Verdrehhülse 9 weist einen ersten Zylinderabschnitt 43 auf, dessen eine Stirnfläche 44 an der Stirnfläche 42 des Steuerkolbens 6 anliegt. Der erste Zylinderabschnitt 43 weist auf seiner Mantelfläche Verdrehhülsenrippen 16 auf, welche bezüglich eines Umfangs des ersten Zylinderabschnitts 43 regelmäßig beabstandet voneinander angeordnet sind. Mindestens weist die Verdrehhülse 9 eine Verdrehhülsenrippe 16 auf. Beispielsweise weist die Verdrehhülse 9 jedoch vier Verdrehhülsenrippen 16 auf. Die Verdrehhülsenrippen 16 weisen an ihren der Stirnfläche 44 des ersten Zylinderabschnitts 43 abgewandten Stirnfläche 46 schräge Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 auf. Die Verdrehhülse 9 weist einen zweiten Zylinderabschnitt 45 auf, der sich aus der Stirnfläche 46 des ersten Zylinderabschnitts 43 erstreckt. Der zweite Zylinderabschnitt 45 weist bevorzugt einen kleineren Außendurchmesser als der erste Zylinderabschnitt 43 auf.
Der zweite Zylinderabschnitt 45 wird zumindest abschnittsweise von dem Betätigungsmittel 3 aufgenommen, welches beispielsweise als Hülse mit einer bevorzugt geschlossenen Stirnfläche 47 ausgebildet ist. Parallel beabstandet von der Stirnfläche 47 ist eine gezahnte Ringfläche 20 des Betätigungsmittels 3 vorgesehen, welche in Wirkeingriff mit den schrägen Verdrehhülsen-Stirnflächen 17 der Verdrehhülse 9 steht. Auf einer Außenfläche des Betätigungsmittels 3 sind Betätigungsmittelrippen 19 vorgesehen, welche auf einem Umfang des Betätigungsmittels 3 vorzugsweise gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind. Die Betätigungsmittelrippen 19 weisen bevorzugt einen geringfügig kleineren Außendurchmesser auf als die Verdrehhülsenrippen 16. Das Betätigungsmittel 3 weist weiterhin einen Absatz 48 auf, welcher sich ausgehend von der Stirnfläche 47 in Richtung der gezahnten Ringfläche 20 erstreckt. Vorzugsweise umfasst der Absatz 48 dabei in etwa ein Drittel einer Länge des Betätigungsmittels 3. Ein Außendurchmesser des Absatzes 48 des Betätigungsmittels 3 entspricht in etwa einem Bohrungsdurchmesser der Ventilbohrung 26, oder einem Wert größer als der Bohrungsdurchmesser der Ventilbohrung 26, wobei der Außendurchmesser des Absatzes 48 derart ausgestaltet ist, dass das Betätigungsmittel 3 in der Ventilbohrung 26 bevorzugt dichtend verschieblich ist. Das Betätigungsmittel 3 kann mittels der Federeinrichtung 10 gegen einen Axialanschlag, beispielsweise in Form eines in einer Ringnut der Ventilbohrung 26 angeordneten Sicherungsring, vorgespannt sein.
Die Steuerhülse 8 umschließt, wie bereits ausgeführt, das Betätigungsmittel 3 und die Verdrehhülse 9 zumindest abschnittsweise. Die 3 zeigt das Umschaltventil 1 in einer Schnittansicht entlang der Schnittlinie III-III gemäß der 1. Zur vereinfachten Darstellung ist nur die Steuerhülse 8 dargestellt. Auf einer Innenwand 11 der Steuerhülse 8 sind bezüglich einer Längsrichtung der Steuerhülse 8 axial verlaufende Steuerhülsenrippen 12 angeordnet, welche schräge Steuerhülsenrippen-Stirnflächen 14 aufweisen, welche einer Stirnseite 13 der Steuerhülse 8 zugeordnet sind. Zwischen jeweils zwei benachbarten Steuerhülsenrippen 12 sind Steuerhülsennuten 15 ausgebildet, welche bezüglich der Längsrichtung der Steuerhülse 8 abwechselnd verschiedene Steuerhülsennuten-Tiefen t1, t2 aufweisen. Die Steuerhülsennuten 15 sind dabei derart ausgebildet, dass jeweils eine die gesamte Steuerhülse 8 durchlaufende Steuerhülsennut 15 mit der Tiefe t1, wobei die Tiefe t1 beispielsweise der Axiallänge der Steuerhülse 8 entspricht, im Wechsel mit einer Steuerhülsennut 15, welche die Steuerhülse 8 axial nur bis zu einer Tiefe t2 durchläuft, angeordnet ist. Die Verdrehhülsenrippen 16 und die Betätigungsmittelrippen 19 sind bevorzugt im Wirkeingriff mit den Steuerhülsennuten 15 und werden von diesen in einer Axialrichtung geführt. Eine Anzahl der Steuerhülsennuten 15 entspricht beispielsweise mindestens einer doppelten Anzahl der Verdrehhülsenrippen 16.
Die Funktionsweise des Umschaltventils 1 mit der Kugelschreibermechanik 2 nach Art der Securit^TM-Mechanik wird im Folgenden erläutert. Die 1 bis 3 stellen die Kugelschreibermechanik 2 in der ersten Raststellung bzw. das Umschaltventil 1 in der ersten Schaltstellung dar. In der ersten Schaltstellung ist die die Ventilbohrung 26 durchbrechende Fluidleitung 30 über die Fluidnut 28 des Steuerkolbens 6 geöffnet und die zweite Fluidleitung 31 ist durch den Steuerkolben 6 blockiert. In der ersten Raststellung der Kugelschreibermechanik befinden sich die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 zumindest punktförmig in Anlage mit Stirnflächen 49 derjenigen Steuerhülsennuten 15, welche die Steuerhülse 8 nur bis zu der Steuerhülsennuten-Tiefe t2 durchlaufen. Die Verdrehhülse 9 steht in axialer Richtung über die Steuerhülse 8 über.
Zum Überführen der Kugelschreibermechanik 2 aus der ersten Raststellung in eine zweite Raststellung bzw. zum Überführen des Umschaltventils 1 von der ersten in dessen zweite Schaltstellung wird auf die Stirnfläche 47 des Betätigungsmittels 3 ein Betätigungsimpuls I aufgebracht. Hierzu wird kurzzeitig eine Kraft aufgebracht, welche gegen eine von der Federeinrichtung 10 verursachte Federkraft wirkt. Dieser Betätigungsimpuls kann beispielsweise über einen Öldruckimpuls auf das Betätigungsmittel 3 aufgebracht werden. Durch den Betätigungsimpuls I wird das Betätigungsmittel 3 mit der Verdrehhülse 9 und dem Steuerkolben 6 gegen die Federkraft der Federeinrichtung 10 in die Ventilbohrung 26 hinein verlagert. Dabei werden die Betätigungsmittelrippen 19 und die Verdrehhülsenrippen 16 in den Steuerhülsennuten 15 axial geführt. Die Verdrehhülse 9 wird dabei wie in 4 illustriert, axial soweit verlagert, dass die Verdrehhülsenrippen 16 außer Eingriff mit den entsprechenden Steuerhülsennuten 15 gelangen. Die Verdrehhülse 9 wird dann mittels des Betätigungsmittels 3 über die Steuerhülsennuten 15 heraus geschoben. Die Verdrehhülse 9 wird beispielsweise axial vollständig aus der Steuerhülse 8 herausgedrückt. Die Verdrehhülsenrippen 16 und die Betätigungsmittelrippen 19 sind derart zueinander umfänglich versetzt auf der Verdrehhülse 9 bzw. dem Betätigungsmittel 3 angeordnet, dass solange die Rippen 16 und 19 in den Führungshülsennuten 15 geführt sind, ein Abgleiten der schrägen Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 auf Zahnflanken der verzahnten Ringfläche 20 von der in 2 dargestellten Zwischenposition in die in 4 dargestellte stabile Endposition aufgrund der axialen Führung mittels der Steuerhülse 8 unterdrückt wird. In der in 2 dargestellten Position befinden sich die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 sozusagen in einer instabilen Zwischenposition auf den Zahnflanken der verzahnten Ringfläche 20. Befinden sich die Verdrehhülsenrippen 16 nicht mehr im Eingriff mit den Steuerhülsennuten 15 gleiten die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 auf den Zahnflanken der verzahnten Ringfläche 20, wodurch die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 die in 4 dargestellte stabile Endposition einnehmen. Dabei führt die Verdrehhülse 9 bezüglich der Steuerhülse 8 eine geringfügige erste Rotationsbewegung durch. Bei einer Beendung des Betätigungsimpulses I bewegt sich die Verdrehhülse 9 aufgrund der Federkraft der Federeinrichtung 10 entgegen der Betätigungsrichtung des Betätigungsmittels 3 zurück. Da die Verdrehhülse 9 aufgrund des Abgleitens der Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 auf den Zahnflanken der gezahnten Ringfläche 20 des Betätigungsmittels 3 eine Rotationsbewegung durchgeführt hat, kommen die Verdrehhülsenrippen 16 nicht mehr mit den entsprechenden Steuerhülsennuten 15 mit der Tiefe t2 in Eingriff, sondern die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 kommen mit den Steuerhülsenrippen-Stirnflächen 14 in Kontakt. Dadurch gleiten die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen 17 auf den Steuerhülsenrippen-Stirnflächen 14 ab und die Verdrehhülse 9 vollzieht eine weitere zweite geringfügige Rotationsbewegung, wobei die Verdrehhülsenrippen 16 in Steuerhülsennuten 15 mit der Tiefe t1 eingeführt werden, welche die Steuerhülse 8 auf ihrer gesamten Axiallänge durchlaufen. Dadurch wird der erste Zylinderabschnitt 43 der Verdrehhülse 9 bevorzugt vollständig in der Steuerhülse 8 aufgenommen. Aufgrund der Federkraft der Federeinrichtung 10 wird der Steuerkolben 6 mit seiner Stirnfläche 42 gegen die Stirnfläche 13 der Steuerhülse 8 gepresst. Die Kugelschreibermechanik 2 befindet sich nun in der in 5 illustrierten zweiten Raststellung, welche der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils 1 entspricht. In der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils 1 ist der Fluidkanal 30 blockiert und durch den Fluidkanal 31 kann ein Fluid strömen. Durch ein erneutes Aufbringen des Betätigungsimpulses I rotiert die Verdrehhülse 9 weiter und das Umschaltventil 1 wird wieder in seine erste Schaltstellung überführt.
Die 6 und 7 auf die im Folgenden gleichzeitig Bezug genommen wird zeigen eine alternative aber ebenso bevorzugte Ausführungsform des Umschaltventils 1 mit der Kugelschreibermechanik 2. Funktionell entspricht die Ausführungsform des Umschaltventils 1 gemäß der 6 und 7 der zuvor erläuterten Ausführungsform des Umschaltventils 1. Die Ausführungsform des Umschaltventils 1 gemäß der 6 und 7 unterscheidet von der Ausführungsform des Umschaltventils 1 gemäß der 1 bis 5 zunächst durch die Ausbildung der Ventilbohrung 26. Die Ventilbohrung 26 ist als abgestufte Durchgangsbohrung 26 ausgebildet, wobei die Federeinrichtung 10 gegen einen in einer Radialnut 61 montierten Sicherungsring 62 verspannt ist. Die Federeinrichtung 10 verspannt den Steuerkolben 6, der die Fluidnut 28 und eine weitere von der Fluidnut 28 axial beabstandete Fluidnut 29 aufweist, und die Kugelschreibermechanik 2 gegen einen Absatz 64 der Ventilbohrung 26. Die Fluidleitung 30 ist der Fluidnut 28 und die Fluidleitung 31 ist der Fluidnut 29 zugeordnet. In dem Ventilblock 27 ist eine Steuerleitung 63 vorgesehen, welche dem Zuführen eines Fluides zu dem Betätigungsmittel 3 zum Beaufschlagen desselben mit dem Betätigungsimpuls I dient. Die 6 zeigt die erste Schaltstellung des Umschaltventils 1, in der die Fluidleitung 31 durch den Steuerkolben 6 blockiert ist und die Fluidleitung 30, wie mittels der Pfeile 4, 5 dargestellt, von einem Fluid durchströmt wird. Die 7 zeigt die zweite Schaltstellung des Umschaltventils 1, in der die Fluidleitung 30 durch den Steuerkolben 6 blockiert ist und die Fluidleitung 31, wie mittels der Pfeile 4, 5 dargestellt, von einem Fluid durchströmt wird.
Die 8 und 9 zeigen ein weiteres alternatives aber ebenso bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines Umschaltventils 1 mit einer Kugelschreibermechanik 2. In diesem beispielhaften Ausführungsbeispiel ist die Kugelschreibermechanik 2 als so genannte Kugelmechanik ausgebildet. In der Ventilbohrung 26 sind die Federeinrichtung 10, der Steuerkolben 6 und die Kugelschreibermechanik 2 angeordnet. In Kontakt mit der Stirnfläche 42 des Steuerkolbens 6 befindet sich das Betätigungsmittel 3. Das Betätigungsmittel 3 ist zumindest abschnittsweise von der Steuerhülse 8 umgeben und in dieser verschieblich gelagert. Die Steuerhülse 8 ist beispielsweise integraler Bestandteil der Ventilbohrung 26. Wie in 8 dargestellt, kann die Steuerhülse 8 in der Ventilbohrung 26 auch mittels zweier Sicherungsringe 65, 66 in axialer Richtung der Ventilbohrung 26 gegen ein Verrutschen gesichert sein. In der Steuerhülse 8 ist bevorzugt umlaufend eine Radialnut 24 vorgesehen, die zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme einer Kugel 23, insbesondere einer Stahlkugel 23 dient. An einer Umfangsfläche des Betätigungsmittels 3 ist eine Nut 25, insbesondere eine herzförmige Nut 25 vorgesehen, welche ebenfalls zur zumindest abschnittsweisen Aufnahme der Kugel 23 dient. Das Betätigungsmittel 3 befindet sich über die Kugel 23 in Wirkeingriff mit der Radialnut 24 der Steuerhülse 8. In der in 8 illustrierten ersten Raststellung der Kugelschreibermechanik 2, welche der ersten Schaltstellung des Umschaltventils 1 entspricht, wird die Kugel 23 in einem oberen Rastpunkt der herzförmigen Nut 25 gehalten. Dort wird sie durch die Federkraft der Federeinrichtung 10 in Position gehalten. Die Fluidleitung 31 ist blockiert, die Fluidleitung 30 kann von einem Fluid durchströmt werden, wie mittels der Pfeile 4, 5 angedeutet.
Beim Wirken des Betätigungsimpulses I auf die Stirnfläche 47 des Betätigungsmittels 3 wird dieses axial in die Ventilbohrung 26 verlagert und die Kugel 23 gleitet entlang der herzförmigen Nut 25 bevorzugt im Uhrzeigersinn von der in 8 dargestellten ersten Raststellung in die in 9 dargestellte zweite Raststellung der Kugelschreibermechanik 2, die der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils 1 entspricht. Gleichzeitig bewegt sich die Kugel in der Radialnut 24 der Steuerhülse 8. In der zweiten Raststellung wird die Kugel 23 wieder durch die Federeinrichtung 10 in Position gehalten. Die Fluidleitung 30 ist in der zweiten Schaltstellung des Umschaltventils 1 blockiert und die Fluidleitung 31 ist durchströmbar. Bei einem erneuten Aufbringen des Betätigungsimpulses I gleitet die Kugel 23 weiter im Uhrzeigersinn zurück in die erste Raststellung der Kugelschreibermechanik 2.
Die 10 und 11 illustrieren einen beispielhaften Anwendungsfall für ein Umschaltventil 1 gemäß einer der beispielhaften Ausführungsformen der 1 bis 9. Die 10 und 11 zeigen eine Pleuelstangenanordnung 33 für einen Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist. Die Pleuelstangenanordnung 33 weist eine Pleuelstange 56 und eine in einem Pleuellagerauge 34 der Pleuelstange 56 angeordnete bevorzugt hydraulisch verstellbare Exzentereinrichtung 36 auf. Alternativ oder zusätzlich kann die Exzentereinrichtung 36 auch in einem Hublagerauge 35 angeordnet sein. Die Exzentereinrichtung 36 weist eine exzentrisch zu einem Mittelpunkt 37 des Pleuelauges 34 angeordnete Kolbenbolzenbohrung mit einem Mittelpunkt 38 auf, die einen Kolbenbolzen aufnimmt. Die Exzentereinrichtung 36 dient zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge l_eff. Als Pleuelstangenlänge l_eff ist der Abstand eines Mittelpunktes 32 des Hublagerauges 35 zu dem Mittelpunkt 38 der Kolbenbolzenbohrung definiert.
Die Verdrehung der verstellbaren Exzentereinrichtung 36 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzentereinrichtung 36 wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzentereinrichtung 35 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung wird durch mit Motoröl beaufschlagte in der Pleuelstangenanordnung 33 integrierte Kolben 50, 51 unterstützt, bzw. die Kolben verhindern ein Rückstellen der Exzentereinrichtung 36 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzentereinrichtung wirkenden Kräfte. Die Kolben 50, 51 sind mittels Exzenterstangen 67, 68 beidseitig mit einem Exzenterkörper 69 der Exzentereinrichtung 36 wirkverbunden. Die Kolben 50, 51 sind über Ölleitungen 52, 53 von dem Hublagerauge 35 aus mit Motoröl beaufschlagbar. Rückschlagventile 54, 55 verhindern dabei ein Rückfließen des Motoröls aus den Kolbenvolumina der Kolben 50, 51 zurück in die Hydraulikleitungen 52, 53 bzw. in einen Motorinnenraum des Verbrennungsmotors.
Bevorzugt im Bereich des Hublagerauges 35 ist das Umschaltventil 1 mit der Kugelschreibermechanik 2 vorgesehen. Das Umschaltventil 1 ist vorzugsweise als vormontierte Baugruppe ausgebildet, die beliebig an unterschiedlichen Positionen und für unterschiedliche Motoren verwendet werden kann. Die Pleuelstange 56 stellt also den Ventilblock 27 des Umschaltventils 1 dar. Die Ventilbohrung 26 erstreckt sich beispielsweise ausgehend von dem Hublagerauge 35 als stufenförmige Sacklochbohrung in die Pleuelstange 56 hinein. Das Betätigungsmittel 3 wird mit dem gleichen Öldruck beaufschlagt, mit dem auch die Ölleitungen 52, 53 beaufschlagt werden. Um ein Herausrutschen des Betätigungsmittels 3 aus der Ventilbohrung 26 zu verhindern, ist beispielsweise ein Sicherungsring 57 in einer entsprechenden Nut der Ventilbohrung 26 vorgesehen. Die Fluidleitung 30 verbindet den Druckraum des Kolbens 50 und die Fluidleitung 31 verbindet den Druckraum des Kolbens 51 mit dem Motorinnenraum. Der Eintritt der Fluidleitungen 30, 31 in den Motorinnenraum ist in den 10 und 11 nicht dargestellt, er erfolgt beispielsweise durch jeweils eine Entlüftungsbohrung senkrecht zur Zeichnungsebene auf den Steuerkolben 6 hin. Die Verbindung jeweils einer der Fluidleitungen 30, 31 zum Motorinnenraum hin ist mittels des Umschaltventils 1 entweder blockierbar oder freigebbar. Fertigungstechnisch werden die Fluidleitungen 30, 31 beispielsweise durch von einer Außenseite der Pleuelstange 56 die Kolbenräume der Kolben 50, 51 und die Ventilbohrung 26 durchbrechende Bohrungen ausgeführt, deren dem Motorinnenraum zugewandte Enden beispielsweise mittels Verschlusskugeln 70, 71 öldicht abgedichtet werden.
Die 10 zeigt die Kugelschreibermechanik 2 in der zweiten Raststellung bzw. das Umschaltventil 1 in der zweiten Schaltstellung. Der Kolben 51 ist über die Fluidleitung 31 mit dem Motorinnenraum des Verbrennungsmotors fluidisch verbunden. Der Kolben 51 ist also mittels des Umschaltventils 1 drucklos geschaltet. Durch die Hydraulikleitung 53 zugeführtes Öl wird über die Fluidleitung 31 dem Motorinnenraum zugeführt. Die Druckentlastung der Fluidleitung 30 des Kolbens 50 ist durch den Steuerkolben 6 des Umschaltventils 1 gesperrt. Das heißt, der Kolben 50 wird über die Hydraulikleitung 52 mit Motoröldruck beaufschlagt, wohingegen der Kolben 51 drucklos ist.
Bei einem kurzzeitigen Erhöhen des Motoröldrucks, beispielsweise über eine regelbare Ölversorgungspumpe des Verbrennungsmotors oder über einen Hydraulikspeicher wird das Betätigungsmittel 3 des Umschaltventils 1 mit einem entsprechenden Betätigungsimpuls I beaufschlagt. Das Umschaltventil 1 wird dadurch von der zweiten in die in 11 dargestellte erste Schaltstellung überführt. In der ersten Schaltstellung des Umschaltventils 1 ist die Fluidleitung 31 zwischen dem Kolben 51 und dem Motorinnenraum durch den Steuerkolben 6 gesperrt, wodurch der Kolben 51 über die Ölleitung 53 mit Motoröldruck beaufschlagt wird. Der Kolben 50 ist über die Fluidleitung 30, die durch das Umschaltventil 1 freigeschaltet ist, mit dem Motorinnenraum verbunden, das heißt, der Kolben 50 ist in der ersten Schaltstellung des Umschaltventils 1 drucklos. Der Kolben 51 wird also kontinuierlich mit Motoröl befüllt, wohingegen aus dem Kolben 50 das Motoröl über die Fluidleitung 30 und das Umschaltventil 1 in den Motorinnenraum fließt. Die verstellbare Exzentereinrichtung 36 wird sich dadurch aufgrund der auf sie wirkenden Massen- und Lastkräfte des Verbrennungsmotors unterstützt durch den mit Druck beaufschlagten Kolben 51 im Uhrzeigersinn nach rechts verdrehen, wie mittels des Pfeils 72 angedeutet ist. Durch das Verdrehen der Exzentereinrichtung 36 vergrößert sich die effektive Pleuelstangenlänge l_eff, wodurch sich das Verdichtungsverhältnis des Verbrennungsmotors ändert. Durch ein erneutes Aufbringen des Betätigungsimpulses I auf das Betätigungsmittel 3 wird das Umschaltventil von dem ersten in den zweiten Schaltzustand überführt, wodurch sich die Exzentereinrichtung 36 entgegen dem Pfeil 72 nach links bewegt, wobei die effektive Pleuelstangenlänge l_eff wieder reduziert wird.
Die 12 illustriert beispielhaft den Verlauf des Motoröldrucks zur Beaufschlagung des Betätigungsmittels 3 des Umschaltventils 1 mit dem Betätigungsimpuls I. Auf der y-Achse des Diagramms ist der Druck p aufgetragen und auf der x-Achse die Zeit t. Das Umschaltventil 1 befindet sich zunächst beispielsweise in seiner ersten Schaltstellung. Die Schaltstellungen des Umschaltventils 1 werden mittels der Kurve 74 dargestellt, wobei der gestrichelt dargestellte Anteil der Kurve 74 die erste und der durchgezogen dargestellte Anteil die zweite Schaltstellung symbolisiert. Der Motoröldruckverlauf ist mittels der Kurve 73 dargestellt. Der Motoröldruck verläuft zunächst auf einem Normalniveau, um dann für einen kurzen Zeitpunkt auf ein erstes Druckplateau 58 angehoben zu werden. Hierbei erfolgt die Umschaltung des Umschaltventils 1 von der ersten in die zweite Schaltstellung. Die Anhebung des Motoröldrucks auf den Druck des Druckplateaus 58 ist nur solange erforderlich, bis die Kugelschreibermechanik 2 von der ersten in die zweite Raststellung bzw. von der zweiten in die erste Raststellung verrastet ist. Nach dem Verrasten der Kugelschreibermechanik 2 kann der Motoröldruck wieder auf das Ursprungsniveau abgesenkt werden. Durch ein erneutes Anheben des Motoröldrucks auf ein zweites Druckplateau 75 ist eine erneute Betätigung des Umschaltventils 1 möglich, wobei dieses von dem zweiten in den ersten Schaltzustand zurückgeschaltet wird.

Das Umschaltventil 1 ist also ohne eine aufwändige äußere Aktuierung ansteuerbar. Die Steuerung der Umschaltung von der ersten in die zweite Schaltstellung oder umgekehrt erfolgt durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses I, beispielsweise durch kurzzeitiges Anheben des Motoröldrucks eines Verbrennungsmotors. Daher ist das Umschaltventil 1 leicht in vorhandene Motorölsysteme integrierbar. Bezugszeichenliste

1	Umschaltventil
2	Kugelschreibermechanik
3	Betätigungsmittel/Druckstempel
4	Pfeil
5	Pfeil
6	Steuerkolben
8	Steuerhülse
9	Verdrehhülse
10	Federeinrichtung
11	Innenwand
12	Steuerhülsenrippen
13	Stirnseite
14	Stirnflächen der Steuerhülsenrippen
15	Steuerhülsennuten
16	Verdrehhülsenrippen
17	Stirnflächen der Verdrehhülsenrippen
19	Betätigungsmittelrippen
20	Gezahnte Ringfläche
23	Kugel
24	Radialnut
25	Nut/herzförmige Nut
26	Ventilbohrung
27	Ventilblock
28	Fluidnut
29	Fluidnut
30	Fluidleitung
31	Fluidleitung
32	Mittelpunkt des Hublagerauges
33	Pleuelstangenanordnung
34	Pleuellagerauge
35	Hublagerauge
36	Exzentereinrichtung
37	Mittelpunkt des Pleuelauges
38	Mittelpunkt der Kolbenbolzenbohrung
39	Mittelachse
40	Stirnfläche
41	Stirnfläche
42	Stirnfläche
43	Erster Zylinderabschnitt
44	Stirnfläche
45	Zweiter Zylinderabschnitt
46	Stirnfläche
47	Stirnfläche
48	Absatz
49	Stirnfläche
50	Kolben
51	Kolben
52	Hydraulikleitung/Ölleitung
53	Hydraulikleitung/Ölleitung
54	Rückschlagventil
55	Rückschlagventil
56	Pleuelstange
57	Sicherungsring
58	Druckplateau
61	Radialnut
62	Sicherungsring
63	Steuerleitung
64	Absatz
65	Sicherungsring
66	Sicherungsring
67	Exzenterstange
68	Exzenterstange
69	Exzenterkörper
70	Verschlusskugel
71	Verschlusskugel
72	Pfeil
73	Motoröldruckverlauf
74	Schaltstellungskurve
75	Druckplateau
I	Betätigungsimpuls
l_eff	Effektive Pleuelstangenlänge
t	Zeit
p	Druck
t1	Tiefe der Steuerhülsennuten
t2	Tiefe der Steuerhülsennuten

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102005055199 [0004]

Claims

Umschaltventil (1), insbesondere zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms, mit einer Kugelschreibermechanik (2), welche durch Aufbringen eines Betätigungsimpulses (I) auf ein Betätigungsmittel (3) der Kugelschreibermechanik (2) wechselweise in einer ersten oder in einer zweiten Raststellung einrastbar und derart mit dem Umschaltventil (1) gekoppelt ist, dass die erste oder die zweite Raststellung einer jeweiligen ersten oder zweiten Schaltstellung eines Steuerkolbens (6) des Umschaltventils (1) entspricht.
Umschaltventil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Umschaltventils (1) von der ersten Schaltstellung (4) in die zweite Schaltstellung (5) durch Aufbringen des Betätigungsimpulses (I) auf das Betätigungsmittel (3) der Kugelschreibermechanik (2) der Steuerkolben (6) des Umschaltventils (1) in etwa entgegen einer Richtung des Betätigungsimpulses (I) um einen vorbestimmten Weg verlagerbar ist.
Umschaltventil nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zum Schalten des Umschaltventils (1) von der zweiten Schaltstellung (5) in die erste Schaltstellung (4) durch Aufbringen des Betätigungsimpulses (I) auf das Betätigungsmittel (3) der Kugelschreibermechanik (2) der Steuerkolben (6) des Umschaltventils in etwa in der Richtung des Betätigungsimpulses (I) um den vorbestimmten Weg verlagerbar ist.
Umschaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschreibermechanik (2) nach Art einer Securit^TM-Mechanik ausgebildet ist, insbesondere mit: einer Steuerhülse (8) zur axialen Führung des Betätigungsmittels (3) und einer Verdrehhülse (9); und einer Federeinrichtung (10), welche den Steuerkolben (6), die Verdrehhülse (9) und das Betätigungsmittel (3) gegen den Betätigungsimpuls (I) axial federvorverspannt, wobei die Verdrehhülse (9) mit der Steuerhülse (8) und dem Betätigungsmittel (3) derart in Wirkverbindung steht, dass bei dem Aufbringen des Betätigungsimpulses (I) auf das Betätigungsmittel (3) dieses bezüglich der Steuerhülse (8) mitsamt der Verdrehhülse (9) derart axial verlagerbar ist, dass die Verdrehhülse (9) wechselweise von der ersten in die zweite Raststellung bringbar ist.
Umschaltventil nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass eine Steuerhülse (8), welche auf einer Innenwand (11) angeordnete bezüglich einer Längsrichtung der Steuerhülse (8) axial verlaufende Steuerhülsenrippen (12), einer Stirnseite (13) der Steuerhülse (8) zugeordnete schräge Steuerhülsenrippen-Stirnflächen (14) und zwischen jeweils zwei benachbarten Steuerhülsenrippen (12) angeordnete Steuerhülsennuten (15) aufweist, welche bezüglich der Längsrichtung der Steuerhülse (8) abwechselnd verschiedene Steuerhülsennuten-Tiefen aufweisen; eine zumindest abschnittsweise in der Steuerhülse (8) angeordnete Verdrehhülse (9), welche zu den Steuerhülsennuten (15) komplementäre Verdrehhülsenrippen (16) und den schrägen Steuerhülsenrippen-Stirnflächen (14) zugewandte schräge Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen (17) aufweist; den Steuerkolben (6), welcher in Wirkkontakt mit einer Stirnfläche (44) der Verdrehhülse (9) steht; das Betätigungsmittel (3), welches mittels Betätigungsmittelrippen (19) in den Steuerhülsennuten (15) führbar ist und eine gezahnte Ringfläche (20) aufweist, welche in Wirkkontakt mit den Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen (17) steht; und eine Federeinrichtung (10), welche den Steuerkolben (6), die Verdrehhülse (9) und das Betätigungsmittel (3) gegen den Betätigungsimpuls (I) federvorverspannt.
Umschaltventil nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei einem Aufbringen des Betätigungsimpulses (I) auf das Betätigungsmittel (3) dieses mit der Verdrehhülse (9) in die Steuerhülse (8) hinein gegen eine Federkraft der Federeinrichtung (10) derart verlagerbar ist, dass die Verdrehhülsenrippen (16) außer Eingriff mit den zugeordneten Steuerhülsennuten (15) mit einer ersten Steuerhülsennuten-Tiefe gelangen, wobei die verzahnte Ringfläche (20) und die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen (17) derart in Wirkkontakt stehen, dass die Verdrehhülse (9) eine erste Rotationsbewegung vollzieht, wobei die Steuerhülsenrippen-Stirnflächen (14) und die Verdrehhülsenrippen-Stirnflächen (17) derart aufeinander abgleiten, dass die Verdrehhülse (9) eine zweite Rotationsbewegung vollzieht, wobei die Verdrehhülsenrippen (16) in Steuerhülsennuten (15) mit einer zweiten Steuerhülsennuten-Tiefe eingreifen, wobei die Verdrehhülse (8) in einer der Raststellungen einrastet, und wobei der Steuerkolben (6) aufgrund der Wirkverbindung mit der Verdrehhülse (9) in eine der Schaltstellungen verbringbar ist.
Umschaltventil nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass eine Anzahl der Verdrehhülsenrippen (16) der Hälfte einer Anzahl der Steuerhülsennuten (15) entspricht.
Umschaltventil nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kugelschreibermechanik (2) nach Art einer Kugel-Mechanik ausgebildet ist, insbesondere mit: einer Steuerhülse (8) zur axialen Führung des Betätigungsmittels (3); einer Kugel (23), welche verschieblich in einer Radialnut (24) der Steuerhülse (8) angeordnet ist; und einer Federeinrichtung (10), welche den Steuerkolben (6) und das Betätigungsmittel (3) gegen den Betätigungsimpuls (I) axial federvorverspannt, wobei die Kugel (23) mit einer in dem Betätigungsmittel (3) vorgesehenen Nut (25) derart in Wirkverbindung steht, dass bei dem Aufbringen des Betätigungsimpulses (I) auf das Betätigungsmittel (3) dieses bezüglich der Steuerhülse (8) derart axial verlagerbar ist, dass das Betätigungsmittel (3) aufgrund der Wirkverbindung mit der Kugel (23) wechselweise von der ersten in die zweite Raststellung bringbar ist.
Umschaltventil nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Nut (25) als herzförmige Nut (25) ausgebildet ist.
Umschaltventil nach einem der Ansprüche 5 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerhülse (8) als Ventilbohrung (26) ausgebildet ist, insbesondere als Ventilbohrung (26) in einem Ventilblock (27) mit jeweiligen Fluidnuten (28, 29) des Steuerkolbens (6) zugeordneten die Ventilbohrung (26) durchbrechenden Fluidleitungen (30, 31).
Umschaltventil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsimpuls (I) durch einen Fluiddruck aufbringbar ist.
Umschaltventil nach einem der Ansprüche 5 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Federeinrichtung (10) derart ausgebildet ist, dass ein Betätigen des Umschaltventils (1) erst bei einem Betätigungsimpuls (I) oberhalb eines vorbestimmten Schwellwertes erfolgt.
Verbrennungsmotor, welcher ein einstellbares Verdichtungsverhältnis aufweist, mit: einem Umschaltventil (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche; und einer Pleuelstangenanordnung (33) mit einer in einem Pleuellagerauge (34) und/oder einem Hublagerauge (35) angeordneten hydraulisch verstellbaren Exzentereinrichtung (36) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge (l_eff), wobei ein Verstellweg der Exzentereinrichtung (36) mittels des Umschaltventils (1) steuerbar ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltventil (1) in die Pleuelstangenanordnung (33), insbesondere in einen Bereich des Hublagerauges (35), integriert ist.
Verbrennungsmotor nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass der Betätigungsimpuls (I) durch einen Motoröldruck aufbringbar ist, wobei der Verbrennungsmotor Mittel, beispielsweise eine regelbare Ölpumpe oder einen Druckspeicher, zum kurzzeitigen Erhöhen des Motoröldrucks aufweist.