DE102013225990A1

DE102013225990A1 - Kolben für eine ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisende Brennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102013225990A1
Application number: DE102013225990.5A
Authority: DE
Inventors: Markus POPP; Andreas Möller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2013-12-16
Filing date: 2013-12-16
Publication date: 2015-06-18

Abstract

Vorgeschlagen ist ein Kolben für eine ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten Kolbenteil (1) und mit einem zweiten Kolbenteil (2), welche unter Ausbildung zumindest einer mit einem Druckfluid beaufschlagbaren und in ihrem Volumen veränderbaren Kammer (3) relativ zueinander bewegbar gekoppelt sind, wobei das erste Kolbenteil (1) den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine begrenzt und am zweiten Kolbenteil (2) dichtend geführt und in seiner Bewegung durch die Kammerwände und einen Anschlagring (12) begrenzt ist, wobei das zweite Kolbenteil (2) an einem Pleuel (5) angelenkt ist, durch das das Druckfluid zuführbar ist, und ein Steuerventil aufweist, das zumindest eine Fluidleitung (10) zur Kammer (3) beherrscht und wobei das Steuerventil als 3/2-Wege Schaltventil (8, 8a) ausgebildet ist und das Schaltventil (8, 8a) mittels zweier Fluidleitungen (10) mit der Kammer (3) in Verbindung steht.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf einen Kolben für eine ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten Kolbenteil und mit einem zweiten Kolbenteil, welche unter Ausbildung zumindest einer mit einem Druckfluid beaufschlagbaren und in ihrem Volumen veränderbaren Kammer relativ zueinander bewegbar gekoppelt sind, wobei das erste Kolbenteil den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine begrenzt und am zweiten Kolbenteil dichtend geführt und in seiner Bewegung durch die Kammerwände und einen Anschlagring begrenzt ist und wobei das zweite Kolbenteil an einem Pleuel angelenkt ist, durch das das Druckfluid zuführbar ist, und ein Steuerventil aufweist, das zumindest eine Fluidleitung zur Kammer beherrscht.
Ein derartiger gattungsbildender Kolben ist durch die DE 19 25 743 C3 bekannt. An der Kammer zwischen den beiden Kolbenteilen ist das Steuerventil angeschlossen, das über eine weitere Leitung eine Ringkammer beherrscht, die mit dem Anschlagring in Verbindung steht, so dass über das Steuerventil das Fluid in der Kammer und der Ringkammer gesteuert werden kann, wodurch das Kompressionsverhältnis variiert wird. Der Aufwand für eine Kammer und eine Ringkammer einschließlich getrennter Leitungen mit aufwändigem Steuerventil sowie das Gewicht dieser Bauteile wird als zu hoch empfunden.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Kolben für eine ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisende Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verbessern und zu vereinfachen und dies sowohl bezüglich des Gewichts als auch des Herstellungsaufwandes.
Erfindungsgemäß wird die Aufgabe dadurch gelöst, dass das Steuerventil als 3/2-Wege Schaltventil ausgebildet ist und dass das Schaltventil mittels zweier Fluidleitungen mit der Kammer in Verbindung steht.
Dadurch, dass in den Fluidleitungen je ein Rückschlagventil eingebaut ist, deren Schaltfunktionen in Gegenrichtung eingestellt sind, wird die eine Fluidleitung als Zufuhrleitung für Druckfluid genutzt, während die andere Leitung als Rückführleitung und Fluidabflußleitung für die Kammer vorgesehen ist. Dadurch kann ein einfaches Schaltventil, das vorzugsweise einerseits durch ein Federelement und andererseits durch das Druckfluid beherrscht ist, die Fluidzufuhr und den Fluidabfluss zu der Kammer beherrschen. Da in den meisten Fällen eine zweistufige Änderung der Verdichtung ausreicht, bewegt sich der erste Kolbenteil auf dem zweiten Kolbenteil so, dass einerseits die Kammerwände anliegen und andererseits der Anschlagring die zweite Begrenzung bildet. Dadurch, dass eine der Wände der Kammern eine Mulde aufweist, wird sichergestellt, dass kein Anhaften des ersten Kolbenteils auf dem zweiten Kolbenteil erfolgt.
Die Fluidzufuhr zu dem Schaltventil erfolgt weiterhin über eine Fluidförderleitung im Kolbenbolzen, die die Fluidzufuhr vom Pleuel zu dem zweiten Kolbenteil sicherstellt.
Die Erfindung ist in den Zeichnungen beschrieben:
1 zeigt einen Längsschnitt durch das erste und zweite Kolbenteil einschließlich Kolbenbolzen,
2 zeigt einen Längsschnitt entsprechend 1, der aber um 90° zu dem Längsschnitt in 1 verdreht ist,
3 und 4 zeigen Längsschnitte gemäß 1 mit den beiden Endstellungen des ersten Kolbenteils auf dem zweiten Kolbenteil und dem Schaltventil in Stellung I,
5 und 6 zeigen Längsschnitte entsprechend den 3 und 4 mit dem Schaltventil in Stellung II und
7 zeigt einen Schnitt durch ein zweites Kolbenteil mit modifiziertem Schaltventil.
In den 1 bis 7 ist, soweit im Einzelnen dargestellt, mit 1 ein erstes Kolbenteil bezeichnet, das, wie üblich, in einer Zylinderlaufbuchse einer Hubkolbenbrennkraftmaschine dichtend geführt ist und den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine begrenzt. Das erste Kolbenteil 1 ist auf einem zweiten Kolbenteil 2 axial verschiebbar geführt und abgedichtet und bildet mit dem zweiten Kolbenteil 2 eine Kammer 3. Das zweite Kolbenteil 2 ist unter Zwischenschaltung eines Kolbenbolzens 4 an einem Pleuel 5 angelenkt, das nicht dargestellt, an einem Hubzapfen einer Kurbelwelle geführt ist. In dem Pleuel 5 ist eine Fluidzuleitung 6 vorgesehen, in der von der Kurbelwelle aus Druckfluid zugeführt wird. Die Fluidzuleitung 6 steht mit einer Fluidförderleitung 7 in dem Kolbenbolzen 4 in Verbindung, wobei die Fluidförderleitung 7 mit einer Fluidleitung in dem zweiten Kolbenteil 2 in Verbindung steht, so dass Druckfluid zu einem Schaltventil 8 gelangen kann. Das Schaltventil 8 ist als 3/2-Wege Schaltventil ausgebildet, wobei das Druckfluid einerseits zu einer Zufuhröffnung am Schaltventil 8 und weiterhin zu einer Stirnseite des Schaltventils 8 führt, so dass das Druckfluid auch die Stellungen des Schaltventils 8 beherrscht, an dem weiterhin auf der gegenüberliegenden Stirnseite ein Federelement 9 angebaut ist. Das Schaltventil 8 steuert zwei Fluidleitungen 10, die im zweiten Kolbenteil 2 angeordnet sind und zur Kammer 3 führen. In den Fluidleitungen 10 sind Rückschlagventile 11 eingebaut, deren Schaltfunktionen gegensinnig eingestellt sind, so dass das eine Rückschlagventil den Zufluss von Druckfluid zur Kammer zulässt und das andere Rückschlagventil den Zufluss absperrt. Am unteren Rand des ersten Kolbenteils 1 ist ein Anschlagring 12 befestigt, der die Ausdehnung des Druckfluides in der Kammer 3 begrenzt und eine weitere Schaltstellung des ersten Kolbenteils 1 auf dem zweiten Kolbenteil 2 definiert.
In 7 ist ein modifiziertes Schaltventil dargestellt, das mit 8a bezeichnet ist.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich, kann in der Stellung I des Schaltventils 8 Druckfluid in die Kammer 3 einströmen, so dass hervorgerufen durch die Massenkräfte des ersten Kolbenteils 1 das Volumen der Kammer 3 zunimmt und das erste Kolbenteil 1 letztlich durch den Anschlagring 12 in seiner Auswärtsbewegung begrenzt wird. In der Stellung II des Schaltventils 8 gemäß den 5 und 6 kann das Druckfluid bedingt durch die Gaskräfte im Arbeitsraum der Brennkraftmaschine aus der Kammer abfließen und entweder in die Fluidzuleitung 6 des Pleuels 5 zurückströmen oder frei in das Kurbelgehäuse abströmen, so dass das Volumen in der Kammer 3 abnimmt und ein geringeres Kompressionsverhältnis eingestellt wird.
Bezugszeichenliste

1: erstes Kolbenteil
2: zweites Kolbenteil
3: Kammer
4: Kolbenbolzen
5: Pleuel
6: Fluidzuleitung
7: Fluidförderleitung
8: Schaltventil
8a: Schaltventil
9: Federelement
10: Fluidleitungen
11: Rückschlagventile
12: Anschlagring

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 1925743 C3 [0002]

Claims

Kolben für eine ein veränderbares Kompressionsverhältnis aufweisende Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem ersten Kolbenteil (1) und mit einem zweiten Kolbenteil (2), welche unter Ausbildung zumindest einer mit einem Druckfluid beaufschlagbaren und in ihrem Volumen veränderbaren Kammer (3) relativ zueinander bewegbar gekoppelt sind, wobei das erste Kolbenteil (1) den Arbeitsraum der Brennkraftmaschine begrenzt und am zweiten Kolbenteil (2) dichtend geführt und in seiner Bewegung durch die Kammerwände und einen Anschlagring (12) begrenzt ist und wobei das zweite Kolbenteil (2) an einem Pleuel (5) angelenkt ist, durch das das Druckfluid zuführbar ist, und ein Steuerventil aufweist, das zumindest eine Fluidleitung (10) zur Kammer (3) beherrscht, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerventil als 3/2-Wege Schaltventil (8, 8a) ausgebildet ist und dass das Schaltventil (8, 8a) mittels zweier Fluidleitungen (10) mit der Kammer (3) in Verbindung steht.
Kolben nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass in den Fluidleitungen (10) je ein Rückschlagventil (11) eingebaut ist, deren Schaltfunktionen in Gegenrichtung ausgebildet sind.
Kolben nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Schaltventil (8, 8a) einerseits durch ein Federelement (9) und andererseits durch das Druckfluid beherrscht ist.
Kolben nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Pleuel (5) und dem Schaltventil (8, 8a) eine Fluidförderleitung (7) vorgesehen ist, die im Kolbenbolzen (4) angeordnet ist.