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Die Erfindung betrifft eine Maschine nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und bevorzugt eine Verbrennungskraftmaschine mit mindestens einem Zylinder, in dem ein Kolben über ein Pleuel bewegbar ist.
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Um bei Bedarf ein veränderbares Verdichtungsverhältnis einstellen zu können, sind Pleuel bekannt, bei denen der effektive Abstand zwischen großem und kleinem Pleuelauge einstellbar ist. Solche Pleuel werden auch als VCR-Pleuel (variable compression ratio) bezeichnet.
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Die
DE 10 2005 055 199 A1 zeigt ein solches VCR-Pleuel. Eine Änderung der effektiven Pleuellänge wird durch Verdrehen eines in einem kleinen Pleuelauge gelagerten Exzenters herbeigeführt. Die Ursache für eine Exzenterdrehung sind im Wesentlichen die am Kolbenbolzen wirkenden Kräfte. Um den Exzenter von einer Position in eine andere zu überführen, ist der Exzenter mit einer Abstützmechanik verbunden, die als ein Hebelsystem ausgebildet ist. Die Abstützmechanik limitiert einerseits die Drehgeschwindigkeit des Exzenters und verhindert andererseits ein ungewolltes Zurückdrehen des Exzenters in seine Ausgangsposition. Eine Steuerung der Pleuellänge geschieht mechanisch. Nachteilig bei der bekannten Lösung ist, dass sie viel Bauraum benötigt und, dass die mechanische Betätigung für jede Motoranwendung individuell ausgelegt werden muss.
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Aus der nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2013 225 063 A1 der gleichen Anmelderin ist ein VCR-Pleuel bekannt, bei dem die Drehbewegung des Exzenters im kleinen Pleuelauge hydraulisch gesteuert wird. Das zugehörige Schaltventil ist auf dem Pleuel montiert und führt daher eine oszillierende Bewegung während des Betriebs der Brennkraftmaschine aus. Genau genommen ist es eine gemischte Bewegung. Die Bahn hängt vom Einbauort des Ventils im Pleuel ab. Befände sich das Ventil genau in Kolbenbolzenmitte, wäre die Bewegung eine reine Oszillation. Befände sich das Ventil in Hubzapfenmitte, wäre die Bewegung eine reine Rotation.
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Außerdem zeigt die
DE 10 2012 014 917 A1 eine Öldruckimpulssteuerung eines VCR-Pleuels, wobei in dem Pleuel eine Ölzufuhrleitung angeordnet ist. In der Ölzufuhrleitung wird der Öldruck verändert, womit ein Betätigungssystem zur Pleuellängenveränderung gesteuert wird.
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Aus der
DE 37 14 762 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit variabler Kolbenhöhe bekannt. In den Kolbenbolzen dieser Brennkraftmaschine ist ein Ventil integriert. Dieses Ventil wird über eine im Pleuel verlaufend Druckölleitung gesteuert.
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Aus der
DE 10 2010 037 199 A1 ist eine Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis bekannt. Durch Drehen eines Exzenterstücks im kleinen Pleuelauge wird der Abstand zwischen Kolbenbolzen und Hubzapfen der Kurbelwelle und damit das Verdichtungsverhältnis eingestellt. In den Kolbenbolzen dieser Brennkraftmaschine ist ein Ventil integriert. Dieses Ventil wird über ein stationär im Kurbelgehäuse angeordnetes Betätigungssystem betätigt und steuert das Verdichtungsverhältnis.
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Ein weitere Brennkraftmaschine mit variablem Verdichtungsverhältnis ist aus der
EP 0 297 903 A2 bekannt. Bei ihr wird die Höhe des Kolbenbodens gesteuert. Ein dazu vorgesehenes Ventil ist in die Pleuelstange integriert. Es wird über ein stationär im Kurbelgehäuse angeordnetes Betätigungssystem betätigt.
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Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein Vorsteuer- Ventil bereitzustellen, das an einem bewegten (Motor-)Bauteil angeordnet ist und während des Betriebs, d. h. während der Bewegung, betätigt werden kann.
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Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Brennkraftmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Das Betätigungssystem zum Verstellen des Ventils erfüllt im Wesentlichen zwei Teilfunktionen. Einerseits wird das Steuersignal von einer ruhenden bzw. stationären (Motor-)Struktur auf ein bewegtes System, z.B. ein VCR-Pleuel, übertragen. Andererseits hat das Betätigungssystem die Aufgabe, durch eine geeignete Vorrichtung das Steuersignal in eine entsprechende Betätigungskraft zum Betätigen des Ventils zu transformieren. Das Steuersignal wird in der vorliegenden Erfindung dadurch übertragen, dass eine Kraftwirkung bzw. ein Impuls des Steuersignals, z.B. über einen Luftspalt hinweg, auf ein auf dem bewegten System befindliches Abgriffselement ausgeübt wird.
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Die auf das Abgriffselement wirkende Kraft kann im einfachsten Fall direkt auf das zu betätigende Ventil einwirken (Direktbetätigung). Alternativ kann die am Abgriffselement wirkende Kraft auch unter Nutzung einer Hilfsenergie in der Art einer Vorsteuerung gewandelt werden, vorzugsweise in eine größere Kraft, welche auf das zu betätigende Ventil einwirkt (indirekte Betätigung).
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Das Betätigungssystem der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine ist dazu vorgesehen, das Ventil berührungslos bzw. ohne Berührung mit einem (orts-)festen Körper oder Bauteil zu betätigen. Dadurch werden der Verschleiß und die Geräuschemissionen drastisch verringert.
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Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass eine hydraulisch oder magnetisch arbeitende Einrichtung an der (ruhenden) Verbrennungsmotorstruktur angeordnet ist und das Steuersignal erzeugt. Eine durch das Steuersignal erzeugte Kraftwirkung kann dabei durch ein magnetisches Kraftfeld erzeugt werden. Dabei muss das Abgriffselement ferro- magnetische Eigenschaften aufweisen.
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Alternativ kann die Kraftwirkung auch durch einen auf das Abgriffselement gerichteten Fluidstrahl, z.B. aus Schmieröl, erzeugt werden. Dabei wird bspw. der Fluidstrahl am Abgriffselement umgelenkt, wodurch eine Impulsänderung herbeigeführt wird, die die gewünschte Kraftwirkung zur Folge hat. Das Abgriffselement kann dazu vorzugsweise wie eine Prallplatte ausgestaltet sein, um die Strahlumlenkung zu bewirken. In beiden Fällen geschieht die Verstellung kraftgesteuert.
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Außerdem ist vorgesehen, dass das Ventil die Funktion eines Vorsteuerventils zur Betätigung eines Hauptsteuerventils aufweist (indirekte Betätigung). Dadurch reicht eine relativ kleine Kraft mit der das oder die Abgriffselemente beaufschlagt werden aus, um das Vorsteuerventil zu betätigen. Mit Hilfe eines bevorzugt im Pleuel angeordneten zusätzlichen hydraulischen Antriebs kann anschließend eine Kraft erzeugt werden, die ausreicht, um das Hauptsteuerventil zu betätigen. Das Vorsteuerventil hat dabei also lediglich die Funktion eines Relais.
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Dabei bildet das Vorsteuerventil und das Hauptsteuerventil eine integrale Einheit. Vorzugsweise ist die integrale Einheit im Bereich des Kolbens angeordnet. Dabei kann das Hauptsteuerventil z.B. über am Hauptsteuerventil angeordnete Abgriffselemente direkt betätigt werden.
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In einer bevorzugten Ausführungsform wird vorgeschlagen, dass das bewegliche Bauteil ein Pleuel, insbesondere ein längenverstellbares Pleuel ist. Die Erfindung kann dazu dienen, z.B. über die Ventilverstellung eine Länge des Pleuels zu verändern.
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Ferner ist vorgesehen, dass das Ventil im Bereich eines Kolbens einer Brennkraftmaschine oder dergleichen angeordnet ist und dass das Ventil in einer Endposition (Oberer oder Unterer Totpunkt) des Kolbens verstellbar ist. Das Abgriffselement kann in unterschiedliche Positionen auf dem bewegten Bauteil angeordnet werden. Voraussetzung ist, dass der Fluidstrahl das Abgriffselement treffen kann bzw. die magnetische Kraft auf das Abgriffselement wirken kann.
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Ein weiterer Aspekt bei der Wahl der Einbauposition des Abgriffselementes ist die Dauer der Krafteinwirkung. Befindet sich das Abgriffselement auf einem Pleuel z.B. im Bereich des Kolbens (also üblicherweise im Bereich des kleinen Pleuelauges), so ist die Bahngeschwindigkeit an dieser Stelle von der momentanen Kurbelstellung abhängig und erreicht ein Minimum in der Nähe der Totpunkte. Befindet sich dabei das Abgriffselement exakt im Zentrum des kleinen Pleuelauges, so ist die Bahngeschwindigkeit in den Totpunkten genau Null, was das Betätigen des Ventils vereinfacht. Ist z.B. eine Ölspritzdüse zur Erzeugung des Fluidstrahls auf einer Höhe im Kurbelraum derart angeordnet, dass der Fluidstrahl genau im unteren Totpunkt des Kolbens mit der Achse des kleinen Pleuelauges bzw. mit dem Abgriffselement zusammenfällt, so ist die Zeitspanne einer möglichen Krafteinwirkung bei einem kontinuierlichen Fluidstrahl maximal.
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Wäre dagegen das Abgriffselement an einem Ort im Bereich des großen Pleuelauges angeordnet, nähert sich die Bahnkurve, die das Abgriffselement bei Drehung der Kurbelwelle beschreibt einer Kreisbahn und die Bahngeschwindigkeit ist näherungsweise unabhängig von der momentanen Kurbelstellung gleich groß. Vor diesem Hintergrund ist die Einbauposition im Bereich des kleinen Pleuelauges bevorzugt.
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Bei der Betätigung des Ventils ist ferner vorgesehen, dass das Ventil in zwei definierten Schalt-Stellungen verharrt, wobei ein Ventilelement des Ventils durch die Federkraft mindestens eines Federelements beaufschlagt wird. Das mindestens eine Federelement nimmt dabei zwei stabile Zustände ein. Dazu weist das mindestens eine Federelement vorzugsweise eine „FlipFlop“-Charakteristik auf. In den stabilen Zuständen ist bspw. ein als Tellerfeder ausgebildetes das Federelement gewölbt, also nicht plan. Um von einem ersten stabilen Zustand in den anderen stabilen Zustand zu gelangen, muss der plane Zustand durchschritten werden. Der plane Zustand ist dabei also ein labiler Zustand. Zur Betätigung des Ventils werden vorzugsweise zwei Federelemente verwendet, die nicht mit der gleichen Feder-Charakteristik ausgestattet sein müssen.
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Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand der nachfolgenden Figuren näher erläutert. Es zeigen:
- 1 eine Seitenansicht eines Pleuels mit einem Kolben und einem Kolbenbolzen;
- 2 eine Schnittansicht des Pleuels entlang einer Schnittlinie A-A in 4 in einer ersten Ventilstellung;
- 3 eine Schnittansicht des Pleuels entlang einer Schnittlinie A-A in 4 in einer zweiten Ventilstellung;
- 4 einen Schnitt B - B aus 2;
- 5 einen Schnitt C - C aus 4;
- 6 ein Hydraulikschema zur indirekten Betätigung eines Ventils in der erfindungsgemäßen Verbrennungskraftmaschine; und
- 7 den möglichen Verlauf der Federkraft einer Tellerfeder als Funktion eines Federweges.
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Die 1 bis 7 zeigen ein und dasselbe Ausführungsbeispiel, sodass die Bezugszeichen in den verschiedenen Figuren jeweils die gleiche Bedeutung haben und zur Erläuterung der Erfindung zwischen den verschiedenen Figuren gewechselt wird.
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Die
1 zeigt eine Seitenansicht eines in der nachveröffentlichten Patentanmeldung
DE 10 2013 225 063.0 beschriebenen VCR-Pleuels 1 auf die hiermit Bezug genommen wird und deren Inhalt durch diese Bezugnahme in die vorliegende Patentanmeldung aufgenommen wird.
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In der 1 sind ein kleines Pleuelauge 21 oben und ein großes Pleuelauge 22 unten angeordnet. Das kleine Pleuelauge 21 nimmt einen Kolbenbolzen 3.1 auf, wobei der Kolbenbolzen 3.1 bspw. mit einem Kolben 12 einer nicht dargestellten Verbrennungskraftmaschine in bekannter Weise verbunden ist. Der Kolben 12 wird in einem Zylinder (nicht dargestellt in 1) geführt. In dem kleinen Pleuelauge 21 ist ein Exzenter 1.2 angeordnet (siehe 4), der durch ein Betätigungssystem 14 (siehe 6) eingestellt bzw. gedreht werden kann (in 1 nicht sichtbar).
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Sowohl das kleine Pleuelauge 21 als auch das große Pleuelauge 22 sind Teil eines Pleuelgrundkörpers 1.1.
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Wie sich insbesondere aus den 2 und 3 ergibt, ist in den Kolbenbolzen 3.1 ein Vorsteuerventil 4 des Betätigungssystems 14 angeordnet.
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Im Kolbenbolzen 3.1 wird eine Stange 4.1 als Ventilelement eines Vorsteuerventils 4 des Betätigungssystems 14 durch zwei Tellerfedern 4.3.1 und 4.3.2 radial gelagert (siehe z.B. 2). An den beiden freien Enden der Stange 4.1 sind jeweils Prallplatten 4.2.1 und 4.2.2 angeordnet. Die Prallplatten 4.2.1, 4.2.2 dienen bspw. als Abgriffselemente für eine Krafteinwirkung zum Betätigen des Vorsteuerventils 4. Durch diese Art der Lagerung der Stange 4.1 verfügt die Stange 4.1 nur noch über einen Freiheitsgrad, nämlich eine axiale Verschiebung. Die Stange 4.1, die Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 und die Prallplatten 4.2.1, 4.2.2 sind Teil des Vorsteuerventils 4, das vorzugsweise ein Hauptsteuerventil 6 vorsteuert. Das Hauptsteuerventil 6 ist bspw. im Bereich des großen Pleuelauges 22 angeordnet (siehe 1). Das Hauptsteuerventil 6 könnte aber auch woanders an dem Pleuel 1 angeordnet sein.
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Bei der in den 1 bis 7 gezeigten Vorrichtung handelt es sich um eine indirekte Betätigung des Hauptsteuerventils 6 über das Vorsteuerventil 4.
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Die beiden Tellerfedern 4.3.1 und 4.3.2 sind so ausgebildet, dass die Stange 4.1 zwei stabile (Schalt-)Stellungen einnehmen kann. In 2 hat die Stange 4.1 eine erste stabile Stellung eingenommen und in 3 hat die Stange 4.1 eine zweite stabile Stellung eingenommen.
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Bspw. durch einen Fluidstrahl aus Schmieröl, der in Richtung des Pfeils 5.1 auf die Prallplatte 4.2.2 trifft (siehe 3), wird die Stange 4.1 in die erste Stellung gebracht. Durch einen Fluidstrahl, der in Richtung des Pfeils 5.2 auf die Prallplatte 4.2.1 trifft, wird die Stange 4.1 in die zweite Stellung gebracht.
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Alternativ kann die Bewegung der Stange 4.1 auch auf andere Weise, z.B. durch magnetische Kräfte von ein- oder beidseitig der Stange 4.1 angeordneten Elektromagneten, realisiert werden, wobei je ein Elektromagnet die ihm zugeordnete Platte 4.2.1 oder 4.2.2 wie gewünscht anzieht. Dabei müssen die Platten 4.2.1 und/oder 4.2.2 geeignete ferro-magnetische Eigenschaften aufweisen. Diese elektro-magnetische Betätigung ist in den Figuren nicht dargestellt, weil der einschlägige Fachmann in Kenntnis der anhängigen Patentanmeldung diese Betätigung ohne weiteres realisieren kann.
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Eine Vorrichtung, aus der der Fluidstrahl austritt (z.B. eine Ölspritzdüse), bzw. die Elektromagneten sind dabei an einer ruhenden stationären Verbrennungsmotorstruktur, bspw. einem Motorgehäuse, angeordnet.
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Ein Dichtkörper 4.4 ist auf der Stange 4.1 angeordnet und mit der Stange 4.1 verbunden. In der ersten Stellung der Stange 4.1 gibt der Dichtkörper 4.4 Austrittsöffnungen 4.5.1 für das Schmieröl in einem Vorsteuerventilkörper 4.5 frei (siehe 2). In der zweiten Stellung der Stange 4.1 verschließt der Dichtkörper 4.4 die Austrittsöffnungen 4.5.1 im Vorsteuerventilkörper 4.5 (siehe 3).
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Das durch das Vorsteuerventil 4 vorgesteuerte Hauptsteuerventil 6 steht über Fluidleitungen 6.5 und 8 mit dem Vorsteuerventil 4 in Verbindung (siehe die schematische Darstellung in 6). Im Detail ist lediglich die Fluidverbindung 1.2.2 vom Vorsteuerventil 4 zu einer Fluidaustrittsöffnung 1.1.1 im Pleuelgrundkörper 1.1 dargestellt (siehe 5). Die Ausgestaltung der Fluidverbindungen zwischen der Fluidaustrittsöffnung 1.1.1 und dem hydraulisch vorgesteuerten Hauptsteuerventil 6 ist abhängig vom gewählten Einbauort des Hauptsteuerventil 6 auf dem Pleuel 1 und wird nicht näher beschrieben.
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Das Hauptsteuerventil 6 ist beispielhaft im Bereich des großen Pleuelauges 22 angeordnet. Das Hauptsteuerventil 6 könnte aber auch an einer beliebigen anderen Position des Pleuels 1 angeordnet sein.
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In 6 ist das Hauptsteuerventil 6 exemplarisch als ein 4/2-Wegeventil ausgeführt. Es sind aber auch andere Ventiltypen möglich, z.B. ein 3/2-Wegeventil. Vorzugsweise ist das Hauptsteuerventil 6 als Schieberventil ausgeführt.
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Zur Betätigung des Hauptsteuerventils 6 verfügt dieses über einen hydraulischen Antrieb 6.1, welcher vorzugsweise als federbelasteter Hydraulikzylinder ausgeführt ist (siehe 6). Der Hydraulikkolben 6.1.2 ist über eine mechanische Verbindung 6.2 mit einem Schieber 6.3 des Hauptsteuerventils 6 verbunden. Der Arbeitsraum 6.1.3 des hydraulischen Antriebes 6.1 ist über die Fluidleitung 6.5 mit einer Versorgungsnut 1.1.2 des Exzenters 1.2 verbunden. In der Versorgungsnut 1.1.2 herrscht ein definierter Fluiddruck, der sich im Motorbetrieb in Abhängigkeit unterschiedlicher Betriebsparameter einstellt.
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In der Fluidleitung 6.5 ist ein hydraulischer Widerstand 7 (Drossel oder Blende) angeordnet. Befindet sich das Vorsteuerventil 4 in der Offenstellung gemäß 2, begrenzt der Widerstand 7 den Fluidabfluss aus der Versorgungsnut 1.1.2, so dass der Ölhaushalt des Motors möglichst nur wenig beeinträchtigt wird. Durch die dargestellte hydraulische Verschaltung wird der Fluiddruck im Arbeitsraum 6.1.3 des hydraulischen Antriebes 6.1 in gewünschter Weise gesteuert.
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Der in der Versorgungsnut 1.1.2 herrschende Fluiddruck stellt im Sinne der Systemtechnik eine Hilfsenergie dar. Auf diese Weise ist es möglich, über die Dimensionierung der Wirkfläche des Hydraulikkolbens 6.1.2 eine entsprechende Signalverstärkung herbeizuführen. Mit anderen Worten: Die Kraft, mit der die Prallplatten 4.2.1, 4.2.2 beaufschlagt werden, muss lediglich dazu ausreichen, um das Vorsteuerventil 4 inklusive der Tellerfedern 4.3.1 und 4.3.2 zu betätigen. Mit Hilfe des hydraulischen Antriebes wird anschließend eine Kraft erzeugt, die groß genug ist, um das Hauptsteuerventil 6 zu betätigen.
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Durch eine Feder 6.1.1 des Hydraulikkolbens 6.1.2 nimmt das Hauptsteuerventil 6 eine bestimmte Initialstellung ein, d.h. eine Schaltstellung, die sich einstellt, wenn kein oder nur ein geringer Fluiddruck in der Versorgungsnut 1.1.2 herrscht, also z.B. beim Start des Motors.
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Vorzugsweise sind sowohl das Hauptsteuerventil 6 als auch der hydraulische Antrieb 6.1 längs zu einer Kurbelwellenachse des Motors ausgerichtet. Dadurch stehen alle auf die beweglichen Ventilkomponenten wirkenden Trägheitskräfte senkrecht zum Bewegungsfreiheitsgrad der Ventilkomponenten. Eine ungewollte trägheitskraftbedingte Betätigung wird auf diese Weise unterbunden.
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Von einer Fluidaustrittsöffnung 1.1.1 im Pleuelgrundkörper 1.1 besteht eine Fluidverbindung in eine Nut 1.2.3, welche sich auf der Außenfläche des Exzenters 1.2 befindet (siehe 5). Die Nut 1.2.3 ist entweder als 360° umlaufende Nut ausgebildet oder als segmentierte Nut, jedoch derart, dass die Fluidverbindung in keiner Winkelstellung des Exzenters 1.2 verschlossen wird.
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An einer inneren Lagerfläche des Exzenters 1.2 ist eine weitere Nut 1.2.1 eingebracht (vgl. 5). Über die Fluidverbindung 1.2.2 stehen die beiden Nuten 1.2.1 und 1.1.1 im Exzenter 1.2 in permanenter Fluidverbindung. Die Nut 1.2.1 ist vorzugsweise segmentiert ausgeführt und zwar derart, dass sich die Nut 1.2.1 auf der Seite des Exzenters 1.2 befindet, an der die Wandstärke groß ist, wie in 4 oder 5 dargestellt. Die Länge der Nut 1.2.1 sollte so lang sein, dass stets eine Fluidverbindung zwischen der Nut 1.2.1 und mindestens einer Radialbohrung 3.1.1 im Kolbenbolzen 3.1 besteht. Befinden sich beispielsweise vier radiale Bohrungen im Kolbenbolzen 3.1, so sollte sich die Nut 1.2.1 über mindestens 90° erstrecken, um in jeder beliebigen Drehstellung des Kolbenbolzens 3.1 die Fluidverbindung zu gewährleisten.
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Im Vorsteuerventilkörper 4.5 ist eine weitere umlaufende Nut 4.5.2 eingebracht, sowie mindestens die axial verlaufende Bohrung 4.5.1 (siehe 2), die in der oben beschriebenen Weise auch als Austrittsöffnung für das Schmieröl dient. Die Fluidverbindung wird dadurch bis zur Ventildichtfläche des Dichtkörpers 4.4 realisiert.
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Die Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 können jeweils mindestens eine Öffnung 4.3.2.1 aufweisen, so dass eine Fluidverbindung vom Austritt aus dem Vorsteuerventil 4 in einen Kurbelraum hergestellt werden kann. Dadurch ist gewährleistet, dass am Austritt des Vorsteuerventils 4 annähernd stets derselbe Druck herrscht.
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Die dargestellte Lagerung der Stange 4.1 mittels der Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 weist gegenüber einer Lagerung z.B. in einem Gleitlager den Vorteil auf, dass der Einfluss von Beschleunigungskräften auf den Kraftbedarf zum axialen Verlagern der Stange gering ist. Bei einem Gleitlager hingegen, ist davon auszugehen, dass die der Axialbewegung entgegenstehende Reibkraft den radial wirkenden Trägheitskräften proportional ist. Dies hätte zur Folge, dass bei hohen Motordrehzahlen eine entsprechend hohe Kraft auf die Prallplatten 4.2.1, 4.2.2 ausgeübt werden müsste, um die Stange 4.1 und damit das Vorsteuerventil 4 sicher zu betätigen.
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Die Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 können vorzugsweise nur zwei stabile Zustände einnehmen. Durch das so realisierte „FlipFlop“-Verhalten ist es möglich, das Vorsteuerventil 4 in zwei stabile Zustände zu bringen. In diesen Zuständen ist die Tellerfeder 4.3.1 oder 4.3.2 nicht plan. Um von einem ersten stabilen Zustand in einen anderen stabilen Zustand zu gelangen, muss der plane Zustand durchschritten werden. Der plane Zustand ist ein labiler Zustand.
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In 7 ist ein möglicher Verlauf einer Federkraft F qualitativ skizziert. Die Federkraft F repräsentiert die Kraft, welche von der Tellerfeder 4.3.1, 4.3.2 auf einen an einer inneren Öffnung des Vorsteuerventils 4 axial berührenden Körper wirkt. Der Weg S repräsentiert die Auslenkung des Kraftangriffspunktes von einer Planlage ausgehend.
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Zur Realisierung der Lagefixierung wäre eine einzige Tellerfeder 4.3.1 oder 4.3.2 ausreichend. Um die Stange 4.1 jedoch radial eindeutig zu lagern, werden vorzugsweise mindestens zwei radiale Abstützebenen und damit zwei Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 benötigt. Die Federkennlinien der beiden Federn können dabei verschieden sein. Beispielsweise ist eine erste Feder so beschaffen, dass ein gewünschter Kraft-Weg-Verlauf realisiert wird. Die zweite Feder könnte wesentlich weicher beschaffen sein und müsste nur noch die Funktion der radialen Lagerung der Stange 4.1 realisieren.
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In 2 befindet sich die Stange 4.1 in der ersten stabilen Stellung. In dieser Stellung wird die Stange 4.1 vorzugsweise durch die „Flip-Flop“-Charakteristik der Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 axial fixiert. Die Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 befinden sich dabei in einem ersten Auslenkungszustand, wie in 7 ganz rechts dargestellt.
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In 3 befindet sich die Stange 4.1 in der zweiten stabilen Stellung. Die Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 befinden sich jetzt im zweiten Auslenkungszustand, wie in 7 ganz links dargestellt. Auch dies ist ein stabiler Zustand. Auf diese Weise wirkt von den Tellerfedern 4.3.1, 4.3.2 gemäß 3 eine nach links gerichtete Kraft auf die Stange 4.1, welche den Dichtkörper 4.4 gegen den Vorsteuerventilkörper 4.5 drückt und damit eine entsprechende Zuhaltekraft am Vorsteuerventil 4 erzeugt. Diese Zuhaltekraft sollte stets größer sein als die maximal zu erwartende Kraft, welche durch den am Vorsteuerventil 4 anliegenden Fluiddruck hervorgerufen wird.
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Die erste stabile Stellung der Stange 4.1 (gemäß 2) kann alternativ auch dadurch realisiert werden, dass die Auslenkung der Stange 4.1 nach rechts durch eine nicht dargestellte Wegbegrenzung begrenzt wird. Vorteilhafterweise würde die Auslenkung derart begrenzt werden, dass der von der Planlage ausgehende Federweg (in positive Richtung gezählt, gemäß 7) kleiner ist als der Federweg zum Erreichen des Kraftmaximums. Dadurch kann der Kraft- bzw. Energiebedarf zur Verstellung gering gehalten werden.
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In einer alternativen und nicht dargestellten Ausführungsform könnte das Hauptsteuerventil 6 und das Vorsteuerventil 4 als integrale Einheit im Kolbenbolzen 3.1 integriert sein, so dass die Betätigungskraft für das System direkt auf Teile des Hauptsteuerventils wirkt. Dies hat zur Folge, dass die Fluidleitungen 1.1.3 und 1.1.4 über einen Lagerspalt zwischen Pleuelgrundkörper 1.1 und dem Exzenter 1.2 verlaufen. Möglich ist allerdings auch, dass die integrale Einheit außerhalb des Kolbenbolzens 3.1 angeordnet ist.
