DE102015206357A1

DE102015206357A1 - Hydraulisch betätigtes Schaltventil

Info

Publication number: DE102015206357A1
Application number: DE102015206357.7A
Authority: DE
Inventors: Andreas Möller
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2015-04-09
Filing date: 2015-04-09
Publication date: 2016-10-13

Abstract

Ein Hydraulisch betätigtes Schaltventil (27) für die Steuerung einer Verstellvorrichtung (7a) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine weist einen in einer Gehäusebohrung (25) längsverschiebbaren, in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber (31) auf, von dessen mit der Kraft einer Rückstellfeder (33) beaufschlagten ersten Stirnfläche (32) ein mit einer ersten Steuerkante versehenes Steuerelement ausgeht, über das in einer ersten Schaltstellung ein zweiter Arbeitsanschluss (50) geöffnet ist. Dabei wird der Steuerschieber (31) über einen mit einem Steueranschluss (39) verbundenen stirnseitigen Steuerraum (30) an einem Teilbereich einer zweiten Stirnfläche (34) oder vollständig an der zweiten Stirnfläche (34) mit zumindest zwei unterschiedlichen hydraulischen Steuerdrücken beaufschlagt, über die der Steuerschieber (31) in seine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei eine zweite Steuerkante (36) des Steuerschiebers (31) mit einem zweiten Arbeitsanschluss (37) zusammenwirkt und über diese in der zweiten Schaltstellung Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsanschluss (37) und den Steuerraum (30) in die Steuerleitung (26) abfließt. Dabei soll in der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers (31) der Steuerleitung (26) Druckmittel aus dem über die erste Steuerkante (51) geöffneten Arbeitsanschluss (50) zugeführt werden, wobei die Steuerleitung (26) einen zur zweiten Stirnfläche (34) führenden Leitungszweig (41) und einen zum Steuerelement (47) führenden Leitungszweig (49) aufweist und wobei das Steuerelement (47) stirnseitig mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein hydraulisch betätigtes Schaltventil für die Steuerung einer Verstellvorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem in einer Gehäusebohrung längsverschiebbaren, in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber, von dessen mit der Kraft einer Rückstellfeder beaufschlagten ersten Stirnfläche ein mit einer ersten Steuerkante versehenes Steuerelement ausgeht, über das in einer ersten Schaltstellung ein erster Arbeitsanschluss geöffnet ist, wobei der Steuerschieber über einen mit einem Steueranschluss verbundenen stirnseitigen Steuerraum an einem Teilbereich einer zweiten Stirnfläche oder vollständig an der zweiten Stirnfläche mit zumindest zwei unterschiedlichen hydraulischen Steuerdrücken beaufschlagbar ist, über die der Steuerschieber in seine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei eine zweite Steuerkante des Steuerschiebers mit einem zweiten Arbeitsanschluss zusammenwirkt und über diese in der zweiten Schaltstellung Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsanschluss und den Steuerraum in die Steuerleitung abfließt.
Des Weiteren betrifft die Erfindung ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels, die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenter, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stellzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar gelagert ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenter verbinden, aufweist.
Stand der Technik
Mit dem Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine 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, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zunimmt.
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.
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.
Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordneten Exzenter verstellt wird. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantelfläche vom Pleuelauge aufgenommen, während in einer exzentrischen Bohrung des Exzenters ein einen Kolbenbolzen aufnehmendes Kolbenbolzenlager angeordnet ist.
Der entsprechende Exzenter wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Lastkräfte, die aus den Massen- und Gaskräften resultieren, verstellt. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist dabei zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die beiden Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter übertragenen Kräfte auftreten kann, vermieden werden. Die Drehlage des jeweiligen Exzenters wird über ein Wegeventil gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils ein Wegeventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.
Ein Schaltventil für die Steuerung einer Verstellvorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2013 103 685 A1 bekannt. Die Verstelleinrichtung weist einen in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenter mit einer exzentrischen Kolbenbolzenbohrung auf, wobei der Exzenter mit diametral verlaufenden Laschen versehen ist, an denen über Exzenterstangen Kolben angreifen. Druckräume, die zwischen den Kolben und im Pleuel ausgebildeten Führungszylindern vorgesehen sind, werden über Ölleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Motoröl aus einem Pleuellager versorgt. Neben der jeweiligen Ölleitung ist an jeden der beiden Druckräume eine weitere Fluidleitung angeschlossen, die zu einem als Umschaltventil bezeichneten Schaltventil führt.
Das Schaltventil besteht aus einem in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Ventilschieber und einem diesen aufnehmenden Ventilgehäuse, welches seinerseits in einer im Pleuel ausgebildeten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Der Ventilschieber ist in einer durch das Ventilgehäuse gebildeten, zylindrischen Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordnet und über einen mit einem Steueranschluss verbundenen Steuerraum an einer ersten axial gerichteten Stirnfläche mit zwei unterschiedlichen hydraulischen Steuerdrücken beaufschlagbar. Des Weiteren umfasst das Schaltventil eine Rückstellfeder, mit der eine von der ersten axial gerichteten Stirnfläche abgewandte zweite axial gerichtete Stirnfläche des Ventilschiebers mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist. Der Ventilschieber liegt außerdem, von der ersten Stirnfläche abgewandt, an einer Umschalteinrichtung an. Diese Umschalteinrichtung ist als Sekurit^TM-Mechanik ausgebildet, die auch als Kugelschreibermechanik bezeichnet wird. Über die Umschalteinrichtung können durch entsprechende Druckimpulse an der ersten axial gerichteten Stirnfläche des Ventilschiebers fortlaufend dessen Schaltstellungen geändert werden. Dabei ist der Ventilschieber mittels der Umschalteinrichtung jeweils in einer seiner beiden Schaltstellungen arretierbar.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Schaltventil der eingangs genannten Art zu schaffen, bei dem auf eine mechanische Umschalteinrichtung verzichtet werden kann. Dabei soll die Möglichkeit bestehen, dieses bauraumsparend in die Umgebungskonstruktion zu integrieren. Außerdem sollen die im Rahmen der Verstellung des Verdichtungsverhältnisses in der Ölgalerie auftretenden Druckverluste reduziert werden.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Danach soll in der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers der Steuerleitung Druckmittel aus dem über die erste Steuerkante geöffneten Arbeitsanschluss zugeführt werden, wobei die Steuerleitung einen zur zweiten Stirnfläche führenden Leitungszweig und einen zum Steuerelement führenden Leitungszweig aufweist und wobei das Steuerelement stirnseitig mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird. Das mit der ersten Steuerkante versehene Steuerelement ist vorzugsweise unmittelbar am Steuerschieber ausgebildet. Die erste Steuerkante verschließt oder öffnet somit, je nach der Stellung des Steuerschiebers den entsprechenden zweiten Arbeitsanschluss. Dabei wirkt der Steuerdruck auf die axial gerichtete Fläche des Steuerelements, gleich gerichtet mit der Kraft der Rückstellfeder. Wenn der zweite Arbeitsanschluss in der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers geöffnet ist, strömt das Druckmittel in die Steuerleitung. Diese Ölrückführung findet auch in der zweiten Schaltstellung statt, da dann die zweite Steuerkante, die am Rand der zweiten Stirnfläche des Steuerschiebers vorgesehen ist, den ersten Arbeitsanschluss mit dem Steueranschluss verbindet.
Hinsichtlich dieser durch die erfindungsgemäße Ausgestaltung des Schaltventils ermöglichte Ölrückführung ist zu berücksichtigen, dass die auf die Stellkolben der Verstelleinrichtung übertragenen Triebwerkskräfte an diesen Druckkräfte von bis zu 90 kN ausüben, aus denen im jeweiligen Druckraum Drücke von bis zu 380 bar resultieren. Das von einer Verstellpumpe geförderte Schmieröl, das zunächst über eine Ölzulaufleitung und ein geöffnetes Rückschlagventil in die jeweiligen Druckräume der beiden Stellzylinder der Verstellvorrichtung geströmt ist, wird bei einer entsprechenden Verstellung des Steuerschiebers in die erste oder zweite Schaltstellung wieder in die Ölgalerie zurückgeführt. Dabei handelt es sich also um ein System, bei dem das Schmieröl in das Ölversorgungsnetz rekuperiert wird. Dadurch werden die Druckverluste im Schmierölsystem, die anderenfalls in den beiden Schaltstellungen auftreten würden, erheblich reduziert. Die jeweilige Verbindung der Ölrücklaufleitungen über das Schaltventil mit der Ölgalerie weist außerdem den Vorteil auf, dass auch die Verstellgeschwindigkeiten der Stellkolben reduziert werden, da eine Rückstellung gegen den Systemdruck erfolgt. Dadurch werden in vorteilhafter Weise die Aufsetzgeschwindigkeiten der Stellkolben verringert.
Die Vorteile der Ausbildung des Schaltventils bestehen außerdem darin, dass auf eine mechanische Umschalteinrichtung verzichtet werden kann und sich somit die baulichen Abmessungen des Wegeventils erheblich reduzieren lassen. Gerade in Hubkolbenbrennkraftmaschinen von Personenkraftwagen, für die eine laufende Veränderung des Verdichtungsverhältnisses eine erhebliche Rolle spielt, sind Abmessungen der Pleuel vorgesehen, die nur einen minimalen Bauraum für die Anordnung des Wegeventils bieten.
Außerdem wird durch die erfindungsgemäße Lösung in kurzen Intervallen jeweils eine Resetfunktion durchgeführt, so dass die Stellungen sämtlicher Wegeventile und folglich sämtlicher Verstellvorrichtungen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine selbsttätig synchronisiert werden. Die den Ventilschieber aufnehmende Gehäusebohrung soll dabei vorzugsweise unmittelbar im Pleuelschaft eines Pleuels der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen sein, wobei mit dieser die beiden Arbeitsanschlüsse und der Steueranschluss verbunden sind. An seiner zweiten Stirnfläche kann der Steuerschieber ballig ausgebildet sein, wobei diese vorzugsweise über einen zentrisch angeordneten Steuerraum mit dem jeweiligen Steuerdruck beaufschlagbar ist.
Demgegenüber ist Bestandteil des Schaltventils nach der DE 10 2013 103 685 A1 eine mechanische Umschalteinrichtung, die nach dem Prinzip der Kugelschreibermechanik, d.h., Sekurit^TM-Mechanik funktioniert. Dadurch erhöhen sich die Herstellkosten des Schaltventils. Außerdem ist eine Synchronisation der Stellungen mehrerer mit der Sekurit^TM-Mechanik versehener Wegeventile nur mit großem Aufwand oder mit funktionellen Nachteilen realisierbar. Nach dem Stand der Technik ist zwar eine Resetfunktion vorgesehen, die bei niedriger Motordrehzahl durchgeführt wird. Dabei sollen aber durch eine hydraulische Verspannung sämtliche in einer ersten Schaltstellung befindliche Wegeventile daran gehindert werden, eine Schaltbewegung auszuführen, wohingegen die übrigen Wegeventile betätigt werden. Zu diesem Zweck wird ein die Rückstellfeder aufnehmender mit Druckmittel befüllter Federraum an seinem Ablauf durch ein fliehkraftabhängig betätigtes Absperrventil versperrt. Die Schaffung einer entsprechenden Resetfunktion ist mit einem erheblichen Bauaufwand verbunden. Schließlich ist mit dem vorbekannten Schaltventil nur eine Ölrückführung in dessen zweiter Schaltstellung möglich, wohingegen in der ersten Schaltstellung das aus dem geöffneten Arbeitsanschluss abströmende Druckmittel über den Federraum der Rückstellfeder drucklos in die Ölwanne abströmt.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll der Steuerraum konzentrisch zur Gehäusebohrung verlaufen und gegenüber diesem einen geringeren Durchmesser aufweisen, wobei in der ersten Schaltstellung die zweite Stirnfläche des Steuerschiebers dichtend am einem den Steuerraum begrenzenden Rand des Steuerraums anliegt. Soll nun eine Umschaltung des Schaltventils in seine zweite Arbeitsstellung erfolgen, so wird der Steueranschluss mit einem erhöhten Druck p_max beaufschlagt. Das geschieht zunächst nur an der im Querschnitt reduzierten zweiten Stirnfläche des Steuerschiebers, die der radialen Abmessung des Steuerraumes entspricht. Nach dem Abheben der zweiten Stirnfläche vom Rand des Steuerraumes wird der gesamte Querschnitt mit dem Steuerdruck beaufschlagt. Somit kann für die weitere Axialverschiebung des Steuerschiebers mit der gleichen Verschiebekraft der Druck reduziert werden. In der Steuerleitung und in dem mit dieser verbundenen Steuerraum 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. Alternativ dazu besteht aber auch die Möglichkeit, die Längsverschiebung des Steuerschiebers insgesamt mit dem erhöhten Steuerdruck durchzuführen, wobei berücksichtigt wird, dass aufgrund der Federkennlinie der Rückstellfeder mit dem Verstellweg die Federkraft ansteigt.
Dabei kann der Steuerschieber an seiner druckmittelbeaufschlagbaren zweiten Stirnseite einen gegenüber dem Steuerschieber im Querschnitt reduzierten Steuerkolben aufnehmen, dessen Außenmantelfläche zumindest abschnittsweise dichtend mit einem am Rand des Steuerraumes vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt. An diesem Steuerkolben oder an der zweiten Stirnfläche können ein O-Ring angeordnet sein, der jeweils mit dem Ventilsitz zusammenwirkt.
Weiterhin ist vorgesehen, dass die Flächenabmessung A₁ der gesamten zweiten Stirnfläche des Steuerschiebers größer ist als die Flächenabmessung A₂ des dem Steuerraum zugewandten Teilbereichs der Stirnfläche und dass die Flächenabmessung A₂ des Teilbereichs größer ist als eine Flächenabmessung A₃ der mit Steuerdruck beaufschlagten Fläche des Steuerelements. Somit ergeben sich folgende Beziehungen der Flächenabmessungen zueinander: A₁ > A₂ > A₃. Unabhängig von der Höhe des jeweiligen über die Steuerdruckleitung übertragenen Steuerdrucks gilt folglich die Beziehung der durch die vorgenannten Elemente übertragenen Kräfte: F₁ > F₂ > F₃. Dabei ist zu berücksichtigen, dass gemeinsam mit der Kraft F₃ stets die Kraft der Rückstellfeder F_F wirkt, da diese Kräfte parallel geschaltet sind. Diese unterschiedlichen Kräfte, die jeweils unter Berücksichtigung der unterschiedlichen Steuerdrücke auf den Steuerschieber übertragen werden, sind elementar für die Funktion des Schaltventils, das ohne eine mechanische Umschalteinrichtung auskommt und eine Resetfunktion aufweist, mit der laufend die Stellungen der einzelnen Schaltventile aneinander angepasst werden.
Außerdem soll in Weiterbildung der Erfindung das Steuerelement als koaxial zur Rückstellfeder verlaufender in einer Aufnahmebohrung geführter Kolben ausgebildet sein. Dieser Kolben geht von der ersten Stirnseite des Steuerschiebers aus und erstreckt sich durch die als Schraubendruckfeder ausgebildete Rückstellfeder. Dabei ist der Kolben in einem Zylinder geführt, an den, dem Kolben benachbart, der erste Arbeitsanschluss angeschlossen ist. Beabstandet zu diesem ist an den vom Kolben abgewandten Ende der entsprechende Zweig der Steuerleitung angeschlossen. Daher nimmt der Kolben in der ersten Schaltstellung des Ventilschiebers innerhalb des Zylinders eine Position ein, in der der zweite Arbeitsanschluss mit dem Zweig der Steuerleitung verbunden ist, so dass eine Ölrückführung aus dem zweiten Arbeitsanschluss in die Ölgalerie zu Stande kommt.
Weiterhin soll die Rückstellfeder in einem mit einer Entlüftungsbohrung versehenen Federraum angeordnet sein. Da sowohl der Kolben in dem Zylinder als auch der Steuerschieber in der Gehäusebohrung dichtend geführt sind und Relativbewegungen und gegenüber einem den Zylinder aufnehmenden ortsfesten Gehäuseelement ausführen, ist eine derartige Entlüftung, über die auch trotz Abdichtung des Schaltventils in den Federraum gelangendes Öl abgeführt wird, erforderlich.
Erfindungsgemäß soll die Schaltung des Schaltventils dadurch erfolgen, dass der Steuerschieber zunächst durch einen gegenüber einem Betriebsdruck (p_B) erhöhten Steuerdruck (p_max) aus seiner ersten Schaltstellung soweit verschoben wird, bis die gesamte zweite Stirnfläche mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird, dass dann der Steuerdruck (p_max) auf einen normalen Motoröldruck (p_B) reduziert wird, über den der Steuerschieber in eine zweite Schaltstellung verschoben und in dieser gehalten wird, wobei die Summe der Kräfte aus der Federkraft der Rückstellfeder und der aus dem Steuerdruck resultierenden Kraft des Steuerelements kleiner ist als die aus dem Betriebsdruck (p_B) resultierende Kraft am Steuerschieber, und dass der Steuerschieber zur Umschaltung von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung mit einem Resetdruck (p_Res) beaufschlagbar ist, der geringer ist als der normale Betriebsdruck (p_B).
Wird der stirnseitig des Steuerschiebers angeordnete Steuerraum aus dem entsprechenden Zweig der Steuerleitung mit einem gegenüber einem Betriebsdruck p_B erhöhten Steuerdruck p_max beaufschlagt, so führt das dazu, dass der Steuerschieber von seiner Abdichtung am Rand des Steuerraumes abhebt und anschließend die gesamte zweite Stirnfläche des Steuerschiebers mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird. Dieser kann nun auf den reduzierten Steuerdruck p_B abgesenkt werden, woraufhin die Längsverschiebung des Steuerschiebers bis in seine zweite Schaltstellung fortgesetzt wird. Mittels des reduzierten Steuerdruck p_B, der aufrecht erhalten wird, wird der Steuerschieber in seiner zweiten Schaltstellung gehalten.
In der zweiten Schaltstellung ist der erste Arbeitsanschluss, der über eine Ölrücklaufleitung mit einem aus den Massenkräften resultierenden Druck beaufschlagt ist, mit der Steuerleitung verbunden, so dass das Druckmittel aus einem Stellzylinder einer Verstellvorrichtung abgeführt werden kann.
Eine Umschaltung von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung erfolgt erst dann, wenn der Betriebsdruck p_B signifikant unterschritten wird, was der Fall ist, wenn in der Steuerleitung ein Resetdruck p_Res ansteht. Dann ist die Summe aus der Federkraft der Rückstellfeder und der Kraft F₃ am Kolben größer als die aus dem Resetdruck p_Res resultierende Kraft, so dass sich der Ventilschieber in Richtung seiner ersten Schaltstellung bewegt bis wieder die zweite Stirnfläche am Rand des Steuerraumes anliegt. In der ersten Schaltstellung ist der erste Arbeitsanschluss, der über eine Ölrücklaufleitung mit einem aus den Gaskräften resultierenden Druck beaufschlagt ist, ebenfalls mit der Steuerleitung verbunden.
Eine für eine Serienfertigung günstige Anordnung lässt sich dadurch erreichen, dass die Gehäusebohrung als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und in diese ein den Steuerraum bildendes erstes Gehäuseelement und ein den Zylinder, den Arbeitsanschluss und den Zweig der Steuerleitung aufweisendes zweites Gehäuseelement eingesetzt sind. Zwischen beiden Gehäuseelementen einerseits und der Gehäusebohrung können Radialdichtungen angeordnet sein. Weiterhin besteht auch die Möglichkeit, innerhalb des Zylinders eine Dichtung vorzusehen.
Schließlich soll das erfindungsgemäße Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis vorgesehen und zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar sein. Das Pleuel weist wenigstens eine hydraulische Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels auf, die aus wenigstens einem in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenter, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Hydraulikammern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar gelagert ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenter verbinden, besteht. Außerdem ist wenigstens ein Schaltventil nach einer der vorgenannten Ausgestaltungen oder einer beliebigen Kombination derselben vorgesehen. Mit dem Pleuel sind die oben mit Bezug auf das Schaltventil genannten Vorteile entsprechend verbunden.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispiels 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 das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken.
Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen:
1 eine schematische Darstellung einer aus einem Arbeitskolben und einem Pleuel bestehenden Einheit mit einer Verstellvorrichtung, über welche an einem Kolbenbolzen die Lage des Arbeitskolbens gegenüber dem Pleuel veränderbar ist, wobei in einem Pleuelschaft des Pleuels, mit Abstand zu einem Pleuellagerauge, eine Gehäusebohrung vorgesehen ist,
2a einen Längsschnitt durch ein erfindungsgemäß ausgebildetes Schaltventil, dessen Ventilschieber für eine Anordnung in der Gehäusebohrung nach 1 vorgesehen ist, wobei sich das Schaltventil in seiner ersten Schaltstellung befindet,
2b das Schaltventil aus der 2a, wobei dessen Steuerschieber seine zweite Schaltstellung einnimmt,
3 ein Druck-Zeit-Diagramm, aus dem die während der Schaltvorgänge verwendeten, Steuerdrücke hervorgehen,
4a einen Längsschnitt eines weiteren Ausgestaltungsbeispiels eines erfindungsgemäß ausgebildeten Schaltventils in seiner zweiten Schaltstellung, wobei in dem Schaltventil eine Querverriegelung vorgesehen ist, und
4b das Schaltventil aus der 4a, wobei dessen Steuerschieber seine erste Schaltstellung einnimmt.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2a ausgebildeten Pleueloberteil 2 und einem Pleuelunterteil 3 besteht. Das Pleueloberteil 2 und das Pleuelunterteil 3 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 4, das eine Längsmittelachse 4a aufweist und über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An 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.
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 bewirkt werden würde, vermieden werden.
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 Gehäusebohrung 25 für die Aufnahme eines im Zusammenhang mit den weiteren Figuren beschriebenen Wegeventils einmünden. Diese Gehäusebohrung 25 verläuft innerhalb des Pleuelschafts 2a, quer zu diesem, also parallel zur Längsmittelachse 4a des Pleuellagerauges 4. Von dem Pleuellager 20 führt außerdem eine Fluidleitung 26 zu der Ventilaufnahmebohrung 25. Die Bauelemente 6 und 7 sowie 10 bis 24 bilden eine Verstellvorrichtung 7a, die jeweils jeder der Zylindereinheiten der Hubkolbenbrennkraftmaschine zugeordnet ist.
In den 2a und 2b ist mit 27 ein Schaltventil für die Steuerung des zuvor erläuterten Verstellelements 7 bezeichnet, das in der in 1 gezeigten Gehäusebohrung 25 angeordnet ist. In der 2 ist eine Teilansicht des Pleuelschafts 2a mit der Gehäusebohrung 25 und dem Schaltventil 27 dargestellt, die erkennen lässt, dass die Gehäusebohrung 25 unmittelbar im Pleuelschaft 2a ausgebildet ist. Dadurch können die radialen und axialen Abmessungen des Schaltventils 27 deutlich reduziert werden gegenüber einer Ausführung des Schaltventils 27, bei der dieses ein separates Außengehäuse aufweisen würde.
Die Gehäusebohrung 25 ist als Durchbohrung ausgebildet und weist somit einen glattwandigen Führungsabschnitt 28 auf. An einem Ende ist die Gehäusebohrung 25 durch ein erstes Gehäuseelement 29 verschlossen, in der ein zylindrischer, konzentrisch zur Gehäusebohrung 25 verlaufender Steuerraum 30 ausgebildet ist. Innerhalb der Gehäusebohrung 25 ist ein kolbenartig ausgebildeter Steuerschieber 31 längsverschiebbar geführt, der eine erste Stirnfläche 32 zur Abstützung an einer Rückstellfeder 33 und eine mit einem Steuerdruck beaufschlagbare zweite, ballig ausgebildete Stirnfläche 34 aufweist. Eine Flächenabmessung dieser zweiten Stirnfläche 32 wird in den nachfolgenden Erläuterungen mit A₁ bezeichnet. Die Rückstellfeder 33 ist dabei innerhalb eines Federraumes 33a angeordnet, der über eine Entlüftungsbohrung 33b mit einer Ölwanne 33c der Hubkolbenmaschine bzw. dem Inneren eines Kurbelgehäuses verbunden ist.
Ein Übergang von der zweiten Stirnfläche 34 in ein zylindrisch ausgebildetes Kolbenhemd 35 dient dabei als zweite Steuerkante 36, die mit einem ersten Arbeitsanschluss 37 zusammenwirkt. In diesem ersten Arbeitsanschluss 37 steht das Druckmittel aus der Ölrücklaufleitung 24 mit einem aus den Gaskräften resultierenden Druck an. Wie aus der 2a, die eine erste Schaltstellung des Steuerschiebers 31 zeigt, hervorgeht, liegt dabei die ballige zweite Stirnfläche 34 dichtend an einem Rand 38 des Steuerraumes 30 an, so dass der Steuerdruck nur auf diese reduzierte Flächenabmessung A₂ der Stirnfläche 34, die radial durch den Steuerraum 30 begrenzt ist, wirkt.
Der Steuerraum 30 ist mit einem Steuerdruck aus einem Steueranschluss 39 beaufschlagbar, wobei der Steuerdruck ein Betriebsdruck p_B, ein gegenüber diesem erhöhter Steuerdruck p_max oder ein gegenüber diesem reduzierter Resetdruck p_Res sein kann und diese unterschiedlichen Steuerdrücke über eine in ihrem Fördervolumen änderbare Verstellpumpe 40 geschaffen werden. Der Steueranschluss 39 ist dabei über einen ersten Leitungszweig 41 mit der bereits im Zusammenhang mit der 1 erwähnten, im Pleuelschaft 2a vorgesehenen Steuerleitung 26 verbunden, die von einer Ölgalerie 42 der Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgeht. Der von dem Leitungszweig 41 ausgehende Steueranschluss 39 ist dabei in dem Gehäuseelement 29 ausgebildet.
Die erste Stirnfläche 32 ist einem weiteren innerhalb der Gehäusebohrung angeordneten Gehäuseelement 43 zugewandt. Dabei stützt sich die Rückstellfeder 33 einerseits an einer Kreisringfläche 44, die Bestandteil der ersten Stirnfläche 32 des Steuerschiebers 31 ist, und an einer Kreisringfläche 45 des Gehäuseelements 43 ab. Innerhalb des Gehäuseelements 43 ist ein Zylinder 46 vorgesehen, der koaxial zur Gehäusebohrung 25 verläuft und einen Kolben 47 aufnimmt.
Der Kolben 47, der einen konzentrischen Verlauf zum Steuerschieber 31 aufweist, ist an seinem einen Ende vorzugsweise einteilig mit dem Steuerschieber 31 ausgebildet und weist an seinem anderen Ende eine Kolbenstirnfläche 48 auf, deren Flächenabmessung mit A₃ bezeichnet ist. Der Kolben 47 kann auch radial beweglich am Steuerschieber 31 geführt sein, so dass eventuelle Fluchtungsfehler des Kolbens 47 oder des Zylinders 46 ausgeglichen werden können. In den Zylinder 46 mündet vor der Kolbenstirnfläche 48 ein weiterer Leitungszweig 49 der Steuerleitung 26 ein, der sowohl durch den Pleuelschaft 2a als auch durch das Gehäuseelement 43 verläuft. Außerdem ist in dem Pleuelschaft 2a die Ölrücklaufleitung 23 vorgesehen, in der das Druckmittel mit einem aus der Massenkraft resultierenden Druck ansteht.
Diese Ölrücklaufleitung 23 ist mit einem zweiten Arbeitsanschluss 50 verbunden, der im Gehäuseelement 43, in axialer Richtung versetzt zur Einmündung des Leitungszweigs 49, vorgesehen ist. In der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers 31 gibt der Kolben 47 den zweiten Arbeitsanschluss 50 frei, während er ihn in der zweiten Schaltstellung des Steuerschiebers 31 versperrt.
Wie weiterhin aus den 2a und 2b hervorgeht, ist der erste Arbeitsanschluss 37 in der aus 1 hervorgehenden Weise über die Ölrücklaufleitung 24 mit dem Druckraum 19 des Stützzylinders 17 verbunden, während der Druckraum 18 des weiteren Stützzylinders 16 über die Ölrücklaufleitung 23 an den zweiten Arbeitsanschluss 50 angeschlossen ist. Die Verstellpumpe 40 fördert das als Druckmittel dienende Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine in die symbolisch als Rechteck dargestellte Ölgalerie 42, über die auch das als Gleitlager ausgebildete Pleuellager 20 (siehe 1) mit Schmieröl versorgt wird. Von der Ölgalerie 42 zweigen die beiden Ölzulaufleitungen 21 und 22 sowie die Steuerleitung 26 ab, wobei in den beiden Ölzulaufleitungen 21 und 22 jeweils ein Rückschlagventil 21a bzw. 22a angeordnet ist.
In der 2a befindet sich das Schaltventil 27 in seiner ersten Schaltstellung, in der der Steuerschieber 31 mittels der am Kolben 47 ausgebildeten Steuerkante 51 den zweiten Arbeitsanschluss 50 freigibt, so dass das Druckmittel aus dem Druckraum 18 über die Ölrücklaufleitung 23, den Arbeitsanschluss 50, den Zylinder 46 und den Leitungszweig 49 der Steuerleitung 26 und somit der Ölgalerie 42 zugeführt werden kann.
Wie aus dem entsprechenden Druck-Zeit-Diagramm der 3 hervorgeht steht im Steuerraum 30 ein Betriebsdruck p_B an, so dass der Ventilschieber 36 in seiner ersten Schaltstellung S1 verbleibt.
Wird, wie weiterhin aus der 3 hervorgeht, der Steuerdruck auf den maximalen Wert p_max angehoben, so wirkt dieser erhöhte Steuerdruck p_max über den Steuerraum 30 auf die reduzierte Fläche A₂ der zweiten Stirnfläche 34 des Steuerschiebers 31 und verschiebt diesen gegen die Kraft der Rückstellfeder 33. Nach dem Abheben der Stirnfläche 34 vom Rand 38 des Steuerraums 30 vergrößert sich die mit Steuerdruck beaufschlagte Flächenabmessung auf A₁.
Nun kann der Steuerdruck auf den Wert p_B reduziert werden, ohne dass die Längsbewegung des Steuerschiebers 31 unterbrochen wird. Während dieser Druckbeaufschlagung des Steuerschiebers 31 wirken dessen Bewegung die Kraft F_F der Rückstellfeder 33 und eine Kraft F₃ an der Kolbenstirnfläche 48 entgegen. Während der Druckbeaufschlagung an der reduzierten Stirnfläche 34 gilt die Beziehung F₂ > F₃ + F_F
Bei dem sich daran anschließenden Bewegungsablauf gilt F₁ > F₃ + F_F
Es besteht auch die Möglichkeit, den erhöhten Steuerdruck p_max bis zur Bewegung des Steuerschiebers 31 in seine zweite Schaltstellung beizubehalten, wobei berücksichtigt wird, dass aufgrund der Federkennlinie der Rückstellfeder 33 deren Federkraft wegabhängig ansteigt.
Während dieser Längsbewegung des Steuerschiebers 31 verschließt der Kolben 47 mittels der Steuerkante 51 den zweiten Arbeitsanschluss 50, während der erste Arbeitsanschluss 37 mittels der Steuerkante 36 gegenüber dem Steuerraum 30 und somit dem Leitungszweig 41 sowie der Ölgalerie 42 geöffnet wird. Am Ende dieser Längsbewegung befindet sich der Steuerschieber 31 in der in der 2b dargestellten zweiten Schaltstellung S2. Wenn diese erreicht ist, wird der Steuerdruck wieder auf das Niveau des Betriebsdrucks p_B reduziert bzw. mit p_B beibehalten, was dazu führt, dass der Steuerschieber 31 in dieser zweiten Schaltstellung S2 verbleibt, da die aus dem Betriebsdruck p_M resultierende Kraft F₁ am Steuerschieber 31 größer ist als die Summe aus der Kraft F_F der Rückstellfeder 33 und der Kraft F₃ am Kolben 47.
Wird nun der Steuerdruck auf das Niveau des Resetdruckes p_Res reduziert, führt das zur Längsverschiebung des Ventilschiebers 36 in Richtung seiner ersten Schaltstellung S1, da die Beziehung gilt F₁ sowie F₂ < F₃ + F_F.
Der Resetdruck p_Res, der an sämtlichen Schaltventilen der Hubkolbenbrennkraftmaschine angelegt wird, sorgt somit dafür, dass diese ohne Ausnahme in die erste Schaltstellung S1 verschoben werden. Folglich findet bei jedem dieser Schaltvorgänge eine Synchronisation der Stellung sämtlicher Schaltventile statt.
Wenn in einigen Verstellvorrichtungen und somit in den diesen zugeordneten Wegeventilen Fehlschaltungen aufgetreten sind, so werden diese in vorteilhafter Weise durch die Betätigung des Ventilschiebers mit dem Resetdruck beseitigt. Anderenfalls würden auftretende Schaltfehler dazu führen, dass gleichzeitig bestimmte Zylindereinheiten mit einem niedrigen Verdichtungsverhältnis und andere Zylindereinheiten mit einem hohen Verdichtungsverhältnis betrieben werden. Wie der Stand der Technik zeigt, ist es schwierig, in die Abfolge der Schaltvorgänge einzugreifen, um die Stellungen der einzelnen Vorrichtungen zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses zu synchronisieren.
Ein weiteres Ausgestaltungsbeispiel der Erfindung ist in den 4a und 4b dargestellt. In diesem Fall ist ein Steuerschieber 52 ebenfalls in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbar und in einer zylindrischen Aufnahmebohrung 53 längsverschiebbar angeordnet, die durch eine in der Gehäusebohrung 25 nach 1 angeordnete Einpresshülse 54 gebildet ist. Die Einpresshülse 54 bildet eine Einheit mit einem Gehäuseelement 54a. Des Weiteren ist der Steuerschieber 52 über einen mit einem Steueranschluss 55 kommunizierend verbundenen Steuerraum 56 sowie einen Leitungszweig 55a an einer zweiten axial gerichteten Stirnfläche 57 mit drei unterschiedlichen hydraulischen Steuerdrücken beaufschlagbar und weist eine zweite Steuerkante 57a auf. Außerdem weist die Einpresshülse 54 Arbeitsanschlüsse 58 und 59 auf, die jeweils an eine der Ölrücklaufleitungen 23 und 24 gemäß 1 angeschlossen sind. Das Schaltventil 27 umfasst eine Rückstellfeder 60, mit der eine von der zweiten axial gerichteten Stirnfläche 57 abgewandte erste axial gerichtete Stirnfläche 61 des Steuerschiebers 52 mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist. Die Rückstellfeder 60 ist in einem Federraum 60a angeordnet, der mit einer Entlüftungsbohrung 60b verbunden ist.
Ferner umfasst das Schaltventil 27 eine Querverriegelungseinrichtung 62, mit dem der Steuerschieber 52 in seiner in der 4a gezeigten ersten Schaltstellung arretierbar ist. Die Querverriegelungseinrichtung 62 umfasst eine in der Aufnahmebohrung 53 vorgesehene axial wirkende Rastausnehmung 63, wobei eine Stirnseite 64 der Einpresshülse 54 als Seitenwand der als umlaufende Nut ausgebildeten Rastausnehmung 63 dient. Die Querverriegelungseinrichtung 62 umfasst des Weiteren eine innerhalb eines dem Steuerraum 56 zugewandten Abschnitts des Steuerschiebers 52 angeordnete Querbohrung 65 und zwei längsverschiebbar in der Querbohrung 65 angeordnete Arretierbolzen 66 und 67.
Jeder Arretierbolzen 66 bzw. 67 ist zwischen der gezeigten, in die Rastausnehmung 63 eingerückten Arretierstellung und einer in der 4b gezeigten, aus der Rastausnehmung 63 ausgerückten Freigabestellung bewegbar. Ferner umfasst die Querverriegelungseinrichtung 62 eine in der Querbohrung 40 angeordnete Druckfeder 68, mittels der die Arretierbolzen 66 und 67 in entgegengesetzten Richtungen vorgespannt sind.
Außerdem ist der Steuerschieber 52 in Übereinstimmung mit der Lösung nach den 2a und 2b mit einem konzentrisch zum Steuerschieber 52 verlaufenden Kolben 69 versehen, der in einem Zylinder 70 geführt ist. Dabei ist am Kolben 69 eine erste Steuerkante 69a vorgesehen. Auch in diesem Fall ist von der Steuerleitung 26 aus ein Leitungszweig 71 an diesen Zylinder 70 geführt, so dass über diesen Leitungszweig 71 in der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers 52 Druckmittel im Sinne einer Ölrückführung in eine entsprechend der 2a in die zuvor erläuterte Ölgalerie zurückgeführt wird.
4b zeigt eine Stellung des Steuerschiebers 52, die dieser bei einem in seiner ersten Schaltstellung und bei Anliegen des normalen Motoröldrucks p_B, der höher als der Resetdruck ist, einnimmt. Hierdurch liegen die Arretierbolzen 66 und 67 an der Stirnseite 64 der Einpresshülse 54 an. Dadurch ist der Steuerschieber 52 in seiner ersten Schaltstellung arretiert.
Wird nun der maximale Steuerdruck p_max angelegt, so werden die Arretierbolzen 66 und 67 entgegen der Kraft der Druckfeder 68 aus ihren Arretierstellungen in Richtung einer Freigabestellung bewegt.
Die 4a zeigt das Schaltventil 27 mit in seiner zweiten Schaltstellung befindlichem Steuerschieber 52, in die dieser, nachdem beide Arretierbolzen 66 und 67 in ihre Freigabestellung bewegt wurden, entgegen der Kraft der Rückstellfeder 60 verschoben worden ist. Bis zum Erreichen der zweiten Schaltstellung herrscht der maximale Steuerdruck p_max. Nach dem Erreichen der zweiten Schaltstellung wird der Steuerdruck wieder auf den normalen Motoröldruck p_B reduziert. Die Rückstellfeder 60 und eine Kolbenstirnfläche 72 des Kolbens 70 sind derart ausgelegt, dass entgegen dem genannten Motoröldruck p_B keine Verstellung des Ventilschiebers 52 erfolgt, dieser also in der zweiten Schaltstellung verbleibt.
Wird nun der Steuerdruck auf den Resetdruck p_Res reduziert, so bewegt sich der Steuerschieber wieder in die Stellung gemäß der 4b und liegt mit seiner Stirnseite 57 an einem die Gehäusebohrung verschließenden Stopfen 73 an. Die Arretierbolzen 66 und 67 befinden sich wieder in ihren Arretierstellungen, in denen sie in die Rastausnehmung 63 eingreifen.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Pleueloberteil
2a: Pleuelschaft
3: Pleuelunterteil
4: Pleuellagerauge
4a: Längsmittelachse von 4
5: Pleuelauge
6: Exzenter
7: Verstellelement
7a: Verstellvorrichtung
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
21a: Rückschlagventil
22: Ölzulaufleitung
22a: Rückschlagventil
23: Ölrücklaufleitung
24: Ölrücklaufleitung
25: Gehäusebohrung
26: Steuerleitung
27: Schaltventil
28: Führungsabschnitt von 25
29: Gehäuseelement
30: Steuerraum
31: Steuerschieber
32: erste Stirnfläche von 31
33: Rückstellfeder
33a: Federraum
33b: Entlüftungsbohrung
33c: Ölwanne
34: zweite, ballig ausgebildete Stirnfläche von 31
35: Kolbenhemd
36: zweite Steuerkante
37: erster Arbeitsanschluss
38: Rand von 30
39: Steueranschluss
40: Verstellpumpe
41: Leitungszweig von 26
42: Ölgalerie
43: Gehäuseelement
44: Kreisringfläche von 32
45: Kreisringfläche von 42
46: Zylinder
47: Kolben
48: Kolbenstirnfläche
49: Leitungszweig von 26
50: zweiter Arbeitsanschluss
51: erste Steuerkante
52: Steuerschieber
53: Aufnahmebohrung
54: Einpresshülse
55: Steueranschluss
55a: Leitungszweig
56: Steuerraum
57: zweite axial gerichtete Stirnfläche
57a: zweite Steuerkante
58: Arbeitsanschluss
59: Arbeitsanschluss
60: Rückstellfeder
60a: Federraum
60b: Entlüftungsbohrung
61: erste axial gerichtete Stirnfläche
62: Querverriegelungseinrichtung
63: Rastausnehmung
64: Stirnseite von 54
65: Querbohrung
66: Arretierbolzen
67: Arretierbolzen
68: Druckfeder
69: Kolben
69a: erste Steuerkante
70: Zylinder
71: Leitungszweig
72: Kolbenstirnfläche
73: Stopfen
A₁: Flächenabmessung an kompletter Stirnfläche des Steuerschiebers
A₂: Flächenabmessung an reduzierter Stirnfläche
A₃: Flächenabmessung an Kolbenstirnfläche
F₁: von kompletter Stirnfläche übertragene Kraft
F₂: von reduzierter Stirnfläche übertragene Kraft
F₃: von Kolbenstirnfläche übertragene Kraft
F_F1: von Rückstellfeder zu Beginn des Verstellvorganges übertragene Kraft
F_F2: von Rückstellfeder beim anschließenden Verstellvorgang übertragene Kraft
p_M: Betriebsdruck
p_max: erhöhter Steuerdruck
p_Res: Resetdruck

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013103685 A1 [0008, 0016]

Claims

Hydraulisch betätigtes Schaltventil (27) für die Steuerung einer Verstellvorrichtung (7a) zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einem in einer Gehäusebohrung (25, 53) längsverschiebbaren, in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber (31, 52), von dessen mit der Kraft einer Rückstellfeder (33, 60) beaufschlagten ersten Stirnfläche (32, 61) ein mit einer ersten Steuerkante versehenes Steuerelement ausgeht, über das in einer ersten Schaltstellung ein zweiter Arbeitsanschluss (50, 59) geöffnet ist, wobei der Steuerschieber (31, 52) über einen mit einem Steueranschluss (39, 55) verbundenen stirnseitigen Steuerraum (30, 56) an einem Teilbereich einer zweiten Stirnfläche (34, 57) oder vollständig an der zweiten Stirnfläche (34, 57) mit zumindest zwei unterschiedlichen hydraulischen Steuerdrücken beaufschlagbar ist, über die der Steuerschieber (31, 52) in seine zweite Schaltstellung bewegbar ist, wobei eine zweite Steuerkante (36, 57a) des Steuerschiebers (31, 52) mit einem zweiten Arbeitsanschluss (37, 58) zusammenwirkt und über diese in der zweiten Schaltstellung Druckmittel aus dem zweiten Arbeitsanschluss (37, 58) und den Steuerraum (30, 56) in die Steuerleitung (26) abfließt, dadurch gekennzeichnet, dass in der ersten Schaltstellung des Steuerschiebers (31, 52) der Steuerleitung (26) Druckmittel aus dem über die erste Steuerkante (51, 69a) geöffneten Arbeitsanschluss (50, 59) zugeführt wird, wobei die Steuerleitung (26) einen zur zweiten Stirnfläche (34, 57) führenden Leitungszweig (41, 55a) und einen zum Steuerelement (47, 69) führenden Leitungszweig (49, 71) aufweist und wobei das Steuerelement (47, 69) stirnseitig mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird.
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerraum (30, 56) konzentrisch zur Gehäusebohrung (25, 53) verläuft und gegenüber diesem einen geringeren Durchmesser aufweist, wobei in der ersten Schaltstellung die zweite Stirnfläche (34, 57) des Steuerschiebers dichtend an einem den Steuerraum (30, 56) begrenzenden Rand (38) des Steuerraums (30, 56) anliegt.
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (31, 52) an seiner druckmittelbeaufschlagbaren zweiten Stirnseite (34, 57) einen gegenüber dem Steuerschieber (31, 52) im Querschnitt reduzierten Steuerkolben aufnimmt, dessen Außenmantelfläche zumindest abschnittsweise dichtend mit einem am Rand (38) des Steuerraumes (30, 56) vorgesehenen Ventilsitz zusammenwirkt.
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Flächenabmessung der gesamten zweiten Stirnfläche (34, 57) des Steuerschiebers (31, 52) größer ist als die Flächenabmessung des dem Steuerraum (30, 56) zugewandten Teilbereichs der Stirnfläche (34, 57) und dass die Flächenabmessung des Teilbereichs größer ist als eine Flächenabmessung der mit Steuerdruck beaufschlagten Fläche des Steuerelements (47, 69).
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerelement als koaxial zur Rückstellfeder (33, 60) verlaufender in einem Zylinder (46, 70) geführter Kolben (47, 69) ausgebildet ist.
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Rückstellfeder (33, 60) in einem mit einer Entlüftungsbohrung (33b, 60b) versehenen Federraum (33a, 60a) angeordnet ist.
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (31, 52) zunächst durch einen gegenüber einem Betriebsdruck (p_M) erhöhten Steuerdruck (p_max) aus seiner ersten Schaltstellung soweit verschoben wird, bis die gesamte zweite Stirnfläche (34, 57) mit dem Steuerdruck beaufschlagt wird, dass dann der Steuerdruck (p_max) auf einen normalen Motoröldruck (p_B) reduziert wird, über den der Steuerschieber (31, 52) in eine zweite Schaltstellung verschoben und in dieser gehalten wird, wobei die Summe der Kräfte aus der Federkraft (F_F) der Rückstellfeder (33, 60) und der aus dem Steuerduck resultierenden Kraft des Steuerelements (47, 69) kleiner ist als die aus dem Betriebsdruck (p_B) resultierende Kraft am Steuerschieber (31, 52), und dass der Steuerschieber (31, 52) zur Umschaltung von der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung mit einem Resetdruck (p_Res) beaufschlagbar ist, der geringer ist als der normale Betriebsdruck (p_B).
Hydraulisch betätigtes Schaltventil nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Gehäusebohrung (25) als Durchgangsbohrung ausgebildet ist und in diese ein den Steuerraum (30) bildendes Gehäuseelement (29) und ein den Zylinder (46) aufweisendes Gehäuseelement (43) eingesetzt sind.
Pleuel (1) für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels (1), die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge (5) des Pleuels (1) angeordneten Exzenter (6), wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume (18, 19) von Stützzylindern (16, 17), in denen jeweils ein Stellkolben (14, 15) verschiebbar gelagert ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen (12, 13), die jeweils einen Stellkolben (14, 15) mit dem Exzenter (6) verbinden, aufweist, gekennzeichnet durch wenigstens ein hydraulisch betätigtes Schaltventil (27) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9.