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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Steuersystem zur Betätigung zweier mit einem Verstellelement zusammenwirkenden Stellkolben für eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das Verstellelement durch die Triebwerkskräfte der Hubkolbenbrennkraftmaschine in zwei unterschiedliche Positionen verstellbar ist, in welchen sich die in Stützzylindern geführten einfachwirkenden Stellkolben, die gemeinsam mit den Stützzylindern jeweils einen Druckraum bilden, in einer eingefahrenen oder ausgefahrenen Stellung befinden, wobei die Druckräume jeweils über eine Ölzulaufleitung, in welcher ein Rückschlagventil angeordnet ist, mit einer Ölversorgung verbunden sind, wobei von den beiden Druckräumen ausgehende Ölrücklaufleitungen mit einem Schaltventil verbunden sind, über welches die Ölrücklaufleitungen wahlweise druckentlastbar sind, und wobei das Schaltventil eine Führungseinheit aufweist, die einen gegenüber dieser längsverschiebbaren Steuerschieber aufnimmt.
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Stand der Technik
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Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert werden, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Allerdings ist zu berücksichtigen, bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt.
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Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches. Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
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Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z. B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
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Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, die eine Verstellung des Abstandes zwischen einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle und einem Kolbenbolzen vornehmen. Es handelt sich dabei um unterschiedliche Vorrichtungen, nämlich um solche, mit denen die Lage des Kolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist, oder um solche, die eine Lageänderung des Pleuels gegenüber der Kurbelwelle vornehmen. Bei erstgenannten Vorrichtungen steht das Pleuel über einen am Pleuelauge vorgesehenen verstellbaren Exzenter, in welchem ein Kolbenbolzenlager und ein Kolbenbolzen angeordnet sind, mit dem Kolben in Verbindung. Bei den weiterhin genannten Vorrichtungen ist ein verstellbarer Exzenter kurbelwellenseitig also am Pleuellagerauge vorgesehen, wobei dann dieser Exzenter das Pleuellager umgibt.
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Der entsprechende Exzenter wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Lastkräfte, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist insbesondere für eine am Kolbenbolzenlager vorgesehene Vorrichtung zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden.
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Ein Steuersystem zur Betätigung zweier mit einem Verstellelement zusammenwirkenden Stellkolben für eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der
DE 10 2012 112 461 A1 bekannt. Danach ist eine in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordnete Exzentereinrichtung mit einer exzentrischen Kolbenbolzenbohrung versehen, wobei die Exzentereinrichtung diametral verlaufende Laschen aufweist, an denen über Exzenterstangen Kolben angreifen. Führungszylinder, die diese Kolben aufnehmen, werden über Hydraulikflüssigkeitsleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Pleuellager versorgt.
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Neben dieser Hydraulikflüssigkeitsleitung ist an jeden der beiden Führungszylinder eine weitere Hydraulikflüssigkeitsleitung angeschlossen, die zu einem Schaltventil führt. Das Schaltventil, das aus einem hülsenartigen Gehäuse und einem als Abgriffselement bezeichneten Steuerschieber besteht, verbindet wahlweise eine der Hydraulikflüssigkeitsleitungen mit einem als Entlüftungskanal bezeichneten Tankanschluss, über den die Hydraulikflüssigkeit drucklos in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine abgeleitet werden kann.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion und die Ausbildung des Schaltventils zu verbessern.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den von diesem abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, welche jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
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Danach soll der Steuerschieber des als 3/2-Wegeventil oder als 4/2-Wegeventils ausgebildeten Schaltventils durch eine Druckbeaufschlagung an seiner Stirnfläche entgegen der Kraft einer Druckfeder in eine Endposition verschiebbar sein, wobei die Druckbeaufschlagung über einen an die Ölversorgung angeschlossenen Steueranschluss erfolgt, dass in der Endposition des durch die Druckbeaufschlagung verschobenen Steuerschiebers, in der eine Druckbeaufschlagung an einem maximalen Querschnitt der Stirnfläche erfolgt, die durch diesen freigegebene Rücklaufleitung mit dem Steueranschluss verbunden ist, dass der Steueranschluss mit der Ölzulaufleitung verbunden ist und dass der Druck in der Ölzulaufleitung stufenweise verändert wird. Folglich weist das Schaltventil eine vom Steueranschluss ausgehende hydraulische Betätigung auf, die mit dem jeweiligen Druck der zu den Druckräumen der Führungszylinder führenden Ölzulaufleitung erfolgt, die über ein Pleuellager mit dem Schmieröl aus einer Ölgalerie versorgt wird.
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Dabei wird der Druck in der Ölzulaufleitung, beispielsweise durch eine als Verstellpumpe ausgebildete Ölpumpe moduliert. Dadurch wird erreicht, dass sich der Steuerschieber des Schaltventils in eine seiner Schaltstellungen bewegt, in welchen jeweils einer der Druckräume druckentlastet wird, so dass sich der betreffende Stellkolben in seine eingefahrene Stellung bewegt. In einer weiteren Schaltstellung, die als Grundstellung angesehen werden kann und in der sich der Steuerschieber bei niedrigem Betätigungsdruck befindet, gibt der Steuerschieber den Anschluss der einen Ölrücklaufleitung frei, bei maximaler Verschiebung, also hohem Betätigungsdruck, den Anschluss der anderen Ölrücklaufleitung. Neben dieser vorteilhaften Betätigung des Steuerschiebers ohne zusätzliche Steuerleitung weist die Anordnung den wesentlichen Vorteil auf, dass zumindest eine der Ölrücklaufleitungen in der betreffenden Schaltstellung des Steuerschiebers über diesen mit der Ölzulaufleitung verbunden wird.
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Wenn das in der druckbetätigten Endposition geschieht, soll im Betätigungsablauf des Schaltventils zuvor die Druckbeaufschlagung an einer vergrößerten Stirnfläche des Steuerschiebers erfolgen, so dass der Betätigungsdruck reduziert werden kann. Dadurch wird verhindert, dass aufgrund eines zu hohen Druckes das Ausströmen des Hydrauliköles aus dem entsprechenden Führungszylinder behindert wird. Die Vorteile der Ölrückführung aus der Ölrücklaufleitung in die Ölzulaufleitung liegen darin, dass die Ölpumpe mit geringerer Leistung ausgeführt werden kann und der Schmieröldruck im Pleuellager durch das Abströmen des Schmieröls in die Ölwanne nicht auf ungünstige Werte verringert wird.
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Demgegenüber weist das Schaltventil nach der
DE 10 2012 112 461 A1 eine als Abgriffselement bezeichnete mechanische Betätigung auf, die folglich auch nicht über den Druck der Ölzufuhrleitung betätigt wird. Vermutlich soll das Angriffselement über eine in der Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine längsverschiebbar angeordneten Kulisse betätigt werden. Da keine hydraulische Betätigung des Schaltventils vorgesehen ist, wird auch keine Hydraulikflüssigkeit im Rahmen einer Ölrückführung von der jeweiligen Ölrücklaufleitung in die Ölzulaufleitung eingespeist.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der Steuerschieber an seiner dem Steueranschluss zugewandten Stirnseite stufenartig ausgebildet sein und in einer Stufenbohrung der Führungseinheit verlaufen, wobei der Steuerschieber in seiner Grundstellung zunächst an einer im Querschnitt reduzierten Steuerfläche und nach einer vorgegebenen Stellbewegung am gesamten stirnseitigen Querschnitt mit hydraulischem Druck beaufschlagt wird. In der Grundstellung des Steuerschiebers, in welcher dieser den mit der einen Ölrücklaufleitung verbundenen Nutzanschluss öffnet, liegt dessen stufenartige Stirnseite an einem axial wirkenden Anschlag an. In diesem Zustand herrscht in der Ölzulaufleitung und somit am Steueranschluss ein Druck der Hydraulikflüssigkeit, die unterhalb eines Grenzdruckes liegt.
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Erfolgt nun zur Umschaltung des Schaltventils in eine Position, in welcher der Nutzanschluss der anderen Ölrücklaufleitung geöffnet werden soll, so wird zunächst eine wesentliche Druckerhöhung am Steueranschluss erfolgen. Mit diesem erhöhten Druck wird der Steuerschieber nur an seiner im Querschnitt reduzierten Stirnfläche beaufschlagt. Nach einem Abheben des äußeren ringförmigen Abschnitts der stufenartigen Stirnfläche vom Anschlag wird der gesamte Querschnitt mit dem Druck beaufschlagt. Somit kann für die weitere Axialverschiebung des Steuerschiebers der Druck reduziert werden. In der Ölzulaufleitung und an dem mit dieser verbundenen Steueranschluss herrschen somit bei der Öffnung des entsprechenden Nutzanschlusses der Ölrücklaufleitung ein niedrigerer Druck als zu Beginn des Betätigungsvorganges. Dadurch wird vermieden, dass durch einen zu hohen Druck in der Ölzulaufleitung die Funktion des entsprechenden Stellkolbens, der in den Stützzylinder einfahren soll, negativ beeinflusst wird. Von wesentlichem Vorteil ist diese Reduktion des Druckes nach einer kurzen Längsbewegung des Steuerschiebers für den Betrieb der Hydraulikpumpe, bei der es sich um die Motorölpumpe handelt. Diese muss nicht mehr andauernd mit Überdruck betrieben werden.
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Gemäß einer ersten Ausführung der Erfindung ist vorgesehen, dass über den Steuerschieber in einer Schaltstellung nur eine der Rücklaufleitungen mit dem Steueranschluss verbindbar ist, während in der anderen Schaltstellung des Steuerschiebers die andere Rücklaufleitung mit einem Tankanschluss verbunden ist. Demzufolge wird nur das Druckmittel aus dem Druckraum des einen Stützzylinders in die Ölzulaufleitung eingespeist, während der andere Nutzanschluss in der entsprechenden Stellung des Steuerschiebers mit einem Tankanschluss verbunden ist, der an der vom Steueranschluss abgewandten Stirnseite des Steuerschiebers vorgesehen ist, Die Hydraulikflüssigkeit fließt somit unmittelbar in den Ölsumpf der Ölwanne.
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Alternativ dazu besteht die Möglichkeit, das Schaltventil derart auszubilden, dass über dessen Steuerschieber beide Rücklaufleitungen abwechselnd mit dem Steueranschluss verbunden werden können. In diesem Fall ist für die zweite Schaltstellung eine Verbindung des dann angesteuerten Nutzanschlusses mit dem Steueranschluss zu schaffen. Diese Verbindung kann über den Steuerschieber oder über das Gehäuse des Schaltventils geschaffen werden. Bei einer Verbindung über den Steuerkolben kann dieser beispielsweise eine Ringnut, zumindest eine Querbohrung und eine Längsbohrung aufweisen. Für eine Verbindung über das Gehäuse des Schaltventils kann der Steuerschieber ebenfalls an seiner Außenmantelfläche eine Ringnut aufweisen, die in der entsprechenden Schaltstellung in Überdeckung mit dem betreffenden Nutzanschluss ist. Über diese Ringnut gelangt das Hydraulikmittel dann in eine längs des Gehäuses verlaufende Verbindungsbohrung, die an den Steueranschluss angeschlossen ist.
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Außerdem ist vorgesehen, die Führungseinheit als mit einem Bord versehene Hülse ausgebildet ist, die zwischen dem Steueranschluss, einem Anschluss für eine erste Rücklaufleitung und einem Anschluss für eine zweite Rücklaufleitung jeweils Umfangsnuten zur Aufnahme von Radialdichtringen aufweist. Diese Führungseinheit wird in einer Aufnahmebohrung des Pleuels angeordnet, wobei der Steueranschluss und die entsprechenden Nutzanschlüsse jeweils über an der Außenmantelfläche der Hülse angebrachte Ringnuten mit in dem Pleuel vorgesehen Leitungen verbunden sind.
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Weiterhin kann gemäß einer alternativen Ausführung eine Aufnahmebohrung eines Pleuels der Hubkolbenbrennkraftmaschine als Führungseinheit ausgebildet sein. Somit kann auf eine separate Führungseinheit verzichtet werden.
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Vorzugsweise kann der Steuerschieber als Hohlkolben ausgebildet sein, von dessen Kolbenboden ein konzentrisch verlaufender zylindrischer Ansatz ausgeht, der in einer Endstellung des Steuerschiebers in eine vom Steueranschluss ausgehende Bohrung der Führungseinheit ragt. Dieser Hohlkolben lässt sich durch einen spanlosen Umformprozess herstellen und weist außerdem den Vorteil auf, dass in diesem die Druckfeder geführt werden kann. Der Steuerschieber kann aber auch als Vollkolben ausgebildet sein, wobei die Druckfeder dann über einen an diesem stirnseitig vorgesehenen Führungsvorsprung geführt ist.
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Diese Druckfeder soll, wie weiterhin vorgeschlagen wird, an ihrem vom Steuerschieber abgewandten Ende an einem an der Führungseinheit fixierten Bodenblech abgestützt sein, wobei das Bodenblech zu seiner Ausbildung als Tankanschluss mit Durchtrittsöffnungen versehen ist. Dieses Bodenblech weist Durchtrittsöffnungen auf und ist radial in eine Führungsbohrung der Führungseinheit oder unmittelbar in die Aufnahmebohrung des Pleuels eingepasst. Dabei ist sie in diesen über einen Seegering oder Sprengring fixiert.
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Schließlich soll der Steuerschieber am Übergang zwischen den Querschnittsbereichen mit einem in axialer Richtung wirkenden Dichtring versehen sein. Dieser Dichtring kann dabei mit der Anschlagfläche der Stufenbohrung zusammenwirken. Wenn für die Funktion des Schaltventils auf einen Dichtring verzichtet werden kann, liegt alternativ dazu die Ringfläche der stufenförmigen Stirnfläche unmittelbar an der Anschlagfläche der Führungseinheit an.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 mit den von diesem abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der mehrere unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Darstellung einer aus einem Arbeitskolben und einem Pleuel bestehenden Einheit mit einem Verstellelement, über welches an einem Kolbenbolzen die Lage des Arbeitskolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist,
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2 eine perspektivische Schnittdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltventils, welches für eine Anordnung in dem Pleuel nach 1 vorgesehen ist,
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3 einen Hydraulikplan mit dem in diesem angeordneten Schaltventil sowie mit in Stützzylindern geführten Stellkolben, die mit dem Verstellelement nach 1 zusammenwirken,
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4 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltventils,
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5 im Längsschnitt das Schaltventil aus 5 in einer Grundstellung/ersten Schaltstellung,
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6 im Längsschnitt das Schaltventil aus 5 in einer zweiten Schaltstellung,
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7 ein Diagramm, das den jeweiligen hydraulischen Druck in einer Ölzulaufleitung sowie in einem mit dieser verbundenen Steueranschluss zeigt,
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8 einen Längsschnitt durch eine zweite Ausführung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltventils, mit welchem eine Ölrückführung aus den Ölrücklaufleitungen in die Ölzulaufleitung bzw. in den Steueranschluss erfolgen soll,
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9 einen Hydraulikplan mit dem in diesem angeordneten Schaltventil sowie mit in Stützzylindern geführten Stellkolben, wobei eine Ölrückführung mit dem in 8 dargestellten Schaltventil erfolgt,
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10 eine weitere Ausführungsform des Schaltventils, bei der auf einen Dichtring an einem Stufenkolben verzichtet wird,
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11 eine weitere Ausführungsform des Schaltventils, bei der ein Steuerschieber als Vollkolben ausgebildet ist und
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12 eine Ausführungsform des Schaltventils, bei der der Steuerschieber unmittelbar in einer Aufnahmebohrung des Pleuels angeordnet ist.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem Pleueloberteil 2 und einem Pleuelunterteil 3 besteht. Das Pleueloberteil 2 und das Pleuelunterteil 3 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 4, über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. Am seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 2 mit einem Pleuelauge 5 versehen, in welchem über ein als Exzenter 6 ausgebildetes Verstellelement 7 und ein nicht näher dargestelltes Kolbenbolzenlager ein Kolbenbolzen 8 angeordnet ist. Über diesen drehbar im Kolbenbolzenlager geführten Kolbenbolzen 8 ist ein Arbeitskolben 9 einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Verstellelement 7 geführt, wobei dessen Verdrehung in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
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Der Exzenter 6 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 8 oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Lastkräfte, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Der Exzenter 6 weist diametral verlaufende Laschen 10 und 11 auf, die jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenter 6 an, um diesen zu verdrehen sowie abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenters 6 unterstützt und seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter 6 übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden.
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Die Stellkolben 14 und 15 sind in Stützzylindern 16 und 17 geführt und bilden gemeinsam mit diesen Druckräume 18 und 19, in die als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 4 angeordneten Pleuellager 20 über Ölzulaufleitungen 21 und 22 einströmen kann. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 18 und 19 eine Ölrücklaufleitung 23 bzw. 24 aus, die, wie aus der 1 hervorgeht, beide in eine Aufnahmebohrung 25 für ein im Zusammenhang mit den weiteren Figuren beschriebenes Schaltventil einmünden. Von dem Pleuellager 20 führt außerdem eine Steuerleitung 26, deren Funktion ebenfalls nachfolgend noch erläutert wird, zu der Aufnahmebohrung 25.
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Ein entsprechendes Schaltventil 27 ist in der 2 perspektivisch im Längsschnitt dargestellt. Das Schaltventil 27 weist eine als Außengehäuse dienende zylindrische Führungseinheit 28 auf, die tassenförmig ausgebildet ist, d. h., die Führungseinheit 28 weist einen hohlzylindrischen Führungsabschnitt 29 und einen kreisförmigen Boden 31 auf, der ein Kopfteil 30 der Führungseinheit 28 bildet. Weiterhin ist die Führungseinheit 28 mit einer Stufenbohrung 32 versehen, wobei sich ein Abschnitt 33 mit großem Durchmesser der Stufenbohrung 32 im hohlzylindrischen Führungsabschnitt 29 und ein Abschnitt 34 mit kleinem Durchmesser im Kopfteil 30 befinden. Weiterhin sind im Führungsabschnitt 29 radial verlaufende Nutzanschlüsse 35 und 36 vorgesehen, die in das innere des Führungsabschnitts 29, also in den Abschnitt 33 einmünden.
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An den mit kleinem Durchmesser ausgeführten Abschnitt 34 ist ein Steueranschluss 37 angeschlossen. Der Steueranschluss 37 und die beiden Nutzanschlüsse 35 und 36 gehen dabei von Ringnuten 38, 39 und 40 aus, die an einer Außenmantelfläche der Führungseinheit 28 vorgesehen sind, wobei zwischen diesen verlaufende Nuten 41 zur Aufnahme von Dichtringen 42 dienen. Zwischen der Ringnut 38 des Steueranschlusses 37 und dem dieser benachbarten Ende der Führungseinheit 28 sowie zwischen der Ringnut 40 und dem entsprechenden anderen Ende sind ebenfalls diese mit Dichtringen 42 versehenen Nuten 41 vorgesehen. In der Stufenbohrung 32 ist ein Steuerschieber 43, der an die radialen Abmessungen derselben angepasst ist, verschiebbar angeordnet.
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Ein erster Kolbenabschnitt 44 des Steuerschiebers 43 ist somit im Abschnitt 33 der Stufenbohrung 32 geführt, während ein zweiter Kolbenabschnitt 45 in den Abschnitt 34 der Stufenbohrung 32 hinein bewegbar ist. Eine Druckfeder 46 spannt dabei den Steuerschieber 43 in Richtung eines vom Abschnitt 34 der Stufenbohrung 32 gebildeten Steuerraums 47 vor. Diese Druckfeder 46 ist an einem Bodenblech 48 abgestützt, das mittels eines Seegeringes 49 im Abschnitt 33 der Stufenbohrung 32 fixiert ist. Bei Montage des Schaltventils 27 in die Aufnahmebohrung 25 der 1 soll der Steueranschluss 37 mit der Steuerleitung 26 verbunden sein, und es soll eine Verbindung zwischen der Ölrücklaufleitung 23 und dem Nutzanschluss 35 sowie zwischen der Ölrücklaufleitung 24 und dem Nutzanschluss 36 hergestellt werden.
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Aus dem Hydraulikplan der 3 geht diese Verbindung des durch ein hydraulisches Schaltsymbol als 4/2-Wegeventil dargestellten Schaltventils 27 mit den Ölrücklaufleitungen 23 und 24, einer drucklosen Tankleitung 50, die in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine führt, sowie der Steuerleitung 26 hervor. Eine in ihrem Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe 68 fördert danach das als Hydraulikflüssigkeit dienende Schmieröl über eine Ölgalerie 51 in das Pleuellager 20, das in der schematischen Darstellung als deren Verbindung mit den beiden Ölzulaufleitungen 21 und 22 dargestellt ist.
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In jeder der Ölzulaufleitungen 21 und 22 ist ein Rückschlagventil 52 bzw. 53 angeordnet, so dass das Ölvolumen, das sich in den Druckräumen 18 und 19 der beiden Stützzylinder 16 und 17 befindet, aus diesen nur über die jeweilige Ölrücklaufleitung 23 oder 24, die über das Schaltventil 27 gesteuert werden, austreten kann. Wie weiterhin aus der 3 hervorgeht, ist das Schaltventil 27 hydraulisch über den Druck der Ölgalerie 51 bzw. der Ölzulaufleitungen 21 und 22 betätigt. Wie bereits dargelegt, soll die Steuerleitung 26, über die die hydraulische Betätigung erfolgt, vorzugsweise im Pleuellager 20 von der Ölgalerie bzw. von den Ölzulaufleitungen 21 und 22 abzweigen.
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Das Symbol für die hydraulische Betätigung lässt erkennen, dass in einer ersten Phase der Verschiebung des Schaltventils 27 nur eine reduzierte Stirnfläche mit Druck beaufschlagt wird und dass sich daran eine durch einen Leitungszweig gekennzeichnete Phase anschließt, in der die gesamte Stirnfläche beaufschlagt wird. In einer ersten Schaltstellung des Schaltventils 27, in der es sich gemäß der 3 befindet, wird die Hydraulikflüssigkeit aus dem Druckraum 18 über die Ölrücklaufleitung 23 in die Tankleitung 50 geleitet, wobei die andere Ölrücklaufleitung 24 gesperrt ist, so dass der Stellkolben 14 in den Stützzylinder 16 einfahren kann. In der zweiten Schaltstellung des Schaltventils 27 nach dessen Längsverschiebung gegen die Kraft der Druckfeder 46 ist die andere Ölrücklaufleitung 24 mit der Steuerleitung 26 und somit mit dem aus der Ölgalerie 51 und den Ölzulaufleitungen 21 und 22 bestehenden Leitungszweig verbunden, während die Ölrücklaufleitung 23 gesperrt ist. Daher kann in diesem Fall der Stellkolben 15 in den Stützzylinder 17 einfahren.
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In den 4 bis 6 ist eine erste Ausführungsform des Schaltventils dargestellt, die mit dessen Ausbildung nach 2 übereinstimmt. Danach weist das Schaltventil 27 die zylindrische Führungseinheit 28 auf, die mit dem hohlzylindrischen Führungsabschnitt 29 und dem das Kopfteil 30 der Führungseinheit 28 bildenden kreisförmigen Boden 31 ausgebildet ist. Weiterhin ist die Stufenbohrung 32 erkennbar, die den Abschnitt 33 mit großem Durchmesser und den Abschnitt 34 mit kleinem Durchmesser aufweist. Dadurch wird eine ringförmige Anschlagsfläche 54, gegen die eine Ringfläche 55 des Steuerschiebers 43 bewegbar ist, gebildet. An dieser Ringfläche 55 ist ein in axialer Richtung wirkender Dichtring 56 angeordnet. Weiterhin sind die innerhalb einer Wandung des Führungsabschnitts 29 radial verlaufenden Nutzanschlüsse 35 und 36 sichtbar, die in das Innere des Führungsabschnitts 29, also in den Abschnitt 33 einmünden.
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Innerhalb des mit kleinem Durchmesser ausgeführten Abschnitts 34 ist der mit dem Steueranschluss 37 verbundene Steuerraum 47 angeordnet. Der Steueranschluss 37 und die beiden Nutzanschlüsse 35 und 36 gehen dabei von den Ringnuten 38, 39 und 40 aus, die an der Führungseinheit 28 vorgesehen sind, wobei die zwischen diesen verlaufenden Nuten 41 zur Aufnahme der Dichtringe 42 dienen. Der in der Stufenbohrung 32 verschiebbar angeordnete Steuerschieber 43 ist an die radialen Abmessungen derselben angepasst. Dabei ist der erste Kolbenabschnitt 44 des Steuerschiebers 43 im Abschnitt 33 der Stufenbohrung 32 geführt, während der zweite Kolbenabschnitt 45 in den Abschnitt 34 der Stufenbohrung 32 hinein bewegbar ist.
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Die Druckfeder 46, die zumindest teilweise in dem als Hohlkolben ausgebildeten Steuerschiebers 43 angeordnet ist, spannt diesen in Richtung des vom Abschnitt 34 der Stufenbohrung 32 gebildeten Steuerraums 47 vor. An dem Bodenblech 48, das eine Durchtrittsöffnung 48a aufweist und mittels des Seegeringes 49 im Abschnitt 33 der Stufenbohrung 32 fixiert ist, stützt sich die Druckfeder 46 mit ihrem Ende ab. Über die Durchtrittsöffnung 48a erfolgt ein druckloser Abfluss der Hydraulikflüssigkeit zum Tank. Nach der 4 befindet sich der Steuerschieber 43 in einer Stellung, in der sein erster Kolbenabschnitt 44 aus dem Abschnitt 34 herausbewegt wurde und nunmehr die gesamte Querschnittsfläche mit dem Druck des Steuerraums 47 beaufschlagt wird. Daher kann für eine weitere Verschiebung des Steuerschiebers 43 entgegen der Kraft der Druckfeder 46 der Steuerdruck reduziert werden.
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Nach der 5 befindet sich der Steuerschieber 43 in der bereits zur 3 beschriebenen Schaltstellung, in der die Ölrücklaufleitung 23 mit der Tankleitung 50 verbunden ist. Dabei ist der Steuerschieber 43 vollständig in die Stufenbohrung 32 eingefahren.
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Nach der 6 ist der Steuerschieber 43 über den Steuerdruck im Steuerraum 47 in seine andere Endposition verschoben, so dass die Hydraulikflüssigkeit aus der Ölrücklaufleitung 24 in den Steuerraum 47 und somit in die Steuerleitung 26 bzw. die Ölgalerie 51 fließen kann. Es erfolgt somit eine Ölrückführung.
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Dem Diagramm nach der 7, das den jeweiligen hydraulischen Druck in den Ölzulaufleitungen 21 und 22 sowie in dem mit diesen verbundenen Steueranschluss 37 zeigt, kann entnommen werden, wie dieser für eine hydraulische Betätigung des Steuerschiebers 43 moduliert wird. Zu Beginn des Schaltungsablaufs befindet sich der Steuerschieber 43 in seiner Schaltstellung gemäß 5, die mit a bezeichnet ist. Dann erfolgt eine Beaufschlagung des ersten Kolbenabschnitts 44 mit einem hohen Druck, wobei diese Phase mit b bezeichnet ist. Nachdem die gesamte Stirnfläche des Steuerschiebers 43 mit Druck beaufschlagt wird, erfolgt eine Druckreduktion gemäß Phase c, in der der Steuerschieber bis zu seinem Ende verschoben wird und somit die Schaltstellung gemäß 6 einnimmt. Zur Rückführung in die Schaltstellung nach 5 wird entsprechend Phase d der Druck auf ein Minimum reduziert, woraufhin er wieder auf das Druckniveau entsprechend Phase a gesteigert wird.
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Eine weitere Ausgestaltung eines im Schaltventils 27 verwendeten Steuerschiebers 57 ist in der 8 dargestellt, wobei die übrige Ausbildung dieses Schaltventils 27 im Wesentlichen mit der nach den 2, 4, 5 und 6 übereinstimmt. Im Gegensatz zu diesen Figuren, nach denen der Steuerschieber 43 als Hohlkolben ausgebildet sein soll, ist der Steuerschieber 57 als Vollkolben gestaltet. Dabei weist der Steuerschieber 57 eine zentrisch verlaufende Längsbohrung 58 und eine mit dieser kommunizierende Querbohrung 59 auf. An den beiden Enden der Querbohrung 59 ist am Außenmantel des Steuerschiebers 57 eine umlaufende Nut 60 ausgebildet, die, wie die entsprechende Stellung des Steuerschiebers 57 nach der 8 verdeutlicht, in Überdeckung mit dem Nutzanschluss 36 bringbar ist. In dieser ersten Schaltstellung des Schaltventils 27 wird somit, wie auch aus dem dazu gehörenden Hydraulikplan nach der weiteren 9 hervorgeht, das aus der Ölrücklaufleitung 24 stammende Druckmittel ebenfalls, und zwar über die Querbohrung 59 und die Längsbohrung 58 dem Steuerraum 47 zugeleitet. Damit kann in beiden Schaltstellungen eine Ölrückführung erfolgen, so dass die Druckverluste des Pleuellagers 20 erheblich reduziert werden.
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Weitere vorteilhafte Ausführungsformen zeigen die 10 bis 12. Das Schaltventil 27 nach der 10 stimmt bis darauf, dass der Dichtring an der Ringfläche 55 entfallen ist, vollständig mit dem nach der 4 überein. Anstelle des Dichtrings sind sowohl in der Stufenbohrung 32 als auch am Steuerschieber 61 ballige Anlageflächen 62 und 63 vorgesehen, über sie der Steuerschieber 61 in seiner eingefahrenen Stellung dichtend in der Stufenbohrung 32 anliegt.
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Nach der 11 ist das Schaltventil 27 mit einem Steuerschieber 64 versehen, der als Vollkolben 65 ausgebildet ist. Dabei weist der Vollkolben einen zentrisch verlaufenden Zapfen 66 auf, an welchem die Druckfeder 46 geführt ist. In diesem Fall wird ebenfalls auf einen Dichtring zwischen dem Steuerschieber 64 und der Stufenbohrung verzichtet. Dieser Bereich ist in Übereinstimmung mit der 10 mit balligen Anlageflächen versehen.
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Nach der 12 wird im Pleuel 1 eine als Stufenbohrung 32 ausgebildete Aufnahmebohrung 67 vorgesehen, so dass auf eine zylindrische Führungseinheit verzichtet werden kann. Der Steuerschieber 43 ist folglich unmittelbar in der Aufnahmebohrung 67 angeordnet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleueloberteil
- 3
- Pleuelunterteil
- 4
- Pleuellagerauge
- 5
- Pleuelauge
- 6
- Exzenter
- 7
- Verstellelement
- 8
- Kolbenbolzen
- 9
- Arbeitskolben
- 10
- Lasche
- 11
- Lasche
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Stellkolben
- 16
- Stützzylinder
- 17
- Stützzylinder
- 18
- Druckraum
- 19
- Druckraum
- 20
- Pleuellager
- 21
- Ölzulaufleitung
- 22
- Ölzulaufleitung
- 23
- Ölrücklaufleitung
- 24
- Ölrücklaufleitung
- 25
- Aufnahmebohrung
- 26
- Steuerleitung
- 27
- Schaltventil
- 28
- zylindrische Führungseinheit
- 29
- hohlzylindrischer Führungsabschnitt
- 30
- Kopfteil von 28
- 31
- kreisförmiger Boden von 28
- 32
- Stufenbohrung
- 33
- Abschnitt großen Durchmessers von 32
- 34
- Abschnitt kleinen Durchmessers von 32
- 35
- Nutzanschluss
- 36
- Nutzanschluss
- 37
- Steueranschluss
- 38
- Ringnut
- 39
- Ringnut
- 40
- Ringnut
- 41
- Nut am Außenmantel von 28
- 42
- Dichtring
- 43
- Steuerschieber
- 44
- erster Kolbenabschnitt von 43
- 45
- zweiter Kolbenabschnitt von 43
- 46
- Druckfeder
- 47
- Steuerraum
- 48
- Bodenblech
- 48a
- Durchtrittsöffnung
- 49
- Seegering
- 50
- Tankleitung
- 51
- Ölgalerie
- 52
- Rückschlagventil
- 53
- Rückschlagventil
- 54
- Anschlagfläche
- 55
- Ringfläche von 43
- 56
- Dichtring
- 57
- Steuerschieber
- 58
- Längsbohrung
- 59
- Querbohrung
- 60
- Nut von 57
- 61
- Steuerschieber
- 62
- ballige Anlagefläche von 61
- 63
- ballige Anlagefläche von 32
- 64
- Steuerschieber
- 65
- Vollkolben
- 66
- Zapfen
- 67
- Aufnahmebohrung
- 68
- Hydraulikpumpe
-
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012112461 A1 [0007, 0014]
