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Die Erfindung betrifft ein Wegeventil zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses in einem Verbrennungsmotor.
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Wegeventile werden vorgesehen, um eine hydraulische Verbindung zwischen verschiedenen Leitungen abzusperren oder freizugeben, wodurch insgesamt wechselnde Leitungsverknüpfungen geschaffen werden können. Dabei können Wegeventile mit einer direkten hydraulischen Betätigung versehen sein, wofür eine stirnseitige Kolbenfläche des Steuerschiebers mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird. Eine Rückstellung des Steuerschiebers kann durch eine Druckfeder erfolgen.
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Im vorliegenden Fall soll das entsprechende Wegeventil vorzugsweise im Rahmen einer Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors verwendet werden. Das Verdichtungsverhältnis einer Zylindereinheit ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes. Das Verdichtungsverhältnis von Verbrennungsmotoren wird erhöht, um deren Wirkungsgrad zu steigern, was zur Folge hat, dass der Kraftstoffverbrauch bei gleicher Leistung des Verbrennungsmotors reduziert wird.
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Mit einem Wegeventil aus der
DE 10 2013 103 685 A1 wird eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteuert, welche mit einem in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenter versehen ist. Innerhalb des mit zwei diametral verlaufenden Laschen versehenen Exzenters verläuft eine Kolbenbolzenbohrung, in der ein einen Arbeitskolben mit dem Pleuel verbindender Kolbenbolzen angeordnet ist. An den Laschen greift jeweils eine Kolbenstange der Vorrichtung an, wobei die Kolbenstangen mit Verstellkolben verbunden sind. Führungszylinder, die die Verstellkolben aufnehmen, werden über Ölzulaufleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Pleuellager versorgt. Neben der entsprechenden Ölzulaufleitung ist an jeden der beiden Führungszylinder eine Ölrücklaufleitung angeschlossen, die zu dem die Vorrichtung steuernden Wegeventil führt.
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Über das Wegeventil, das aus einem hülsenartigen Gehäuse und einem kolbenartig ausgebildeten Steuerschieber besteht, wird wahlweise einer der Druckräume der Führungszylinder über die entsprechende Ölrücklaufleitung entleert. Der Steuerschieber wird dabei über einen ersten Druckraum stirnseitig mit einem Druck beaufschlagt, der über eine als Verstellpumpe ausgebildete Schmierölpumpe variiert wird.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Funktion und die Ausbildung eines Wegeventils zu verbessern.
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Das erfindungsgemäße Wegeventil zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses für einen Verbrennungsmotor weist eine Aufnahmebohrung zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Sperrkolbens auf, wobei der Sperrkolben eine Bohrung zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Steuerkolbens aufweist, wobei der Steuerkolben zumindest eine erste Außenumfangsfläche mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Außenumfangsfläche mit einem zweiten Durchmesser aufweist, wobei die erste und zweite Außenumfangsfläche axial benachbart angeordnet sind, wobei der erste Durchmesser zu einer Stirnfläche der Aufnahmebohrung zugewendet ist und kleiner als der zweite Durchmesser ist, wobei zwischen der ersten Außenumfangsfläche und der Bohrung am Sperrkolben ein Spalt ausgebildet ist, wobei der Sperrkolben und der Steuerkolben mittels einer stirnseitigen Druckmittelbeaufschlagung entgegen einer Kraft einer jeweiligen Rückstellfeder hydraulisch betätigbar sind, wobei der Sperrkolben an der Stirnfläche der Aufnahmebohrung zur Anlage kommt, wobei ein Steuerraum koaxial und axial angrenzend zur Aufnahmebohrung ausgebildet ist, wobei der Steuerraum in seinem Durchmesser gegenüber der Aufnahmebohrung reduziert ist und an dessen der Aufnahmebohrung zugewandten Ende ein Ventilsitz ausgebildet ist, an dem der Steuerkolben zur Anlage kommt, um ausgehend von einer ersten Schaltstellung, zunächst eine Stirnfläche des Steuerkolbens und nach einer vorgegebenen Stellbewegung zusätzlich eine Stirnfläche des Sperrkolbens zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses mit einem hydraulischen Druck zu beaufschlagen.
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Mit anderen Worten ist die zweite Außenumfangsfläche des Steuerkolbens mit dem zweiten Durchmesser dem Gehäusedeckel zugewendet, wobei die dem Gehäusedeckel zugewendete Stirnfläche des Steuerkolbens in der vorgegebenen Stellbewegung am Gehäusedeckel zur Anlage kommt. Unter der vorgegebenen Stellbewegung ist zu verstehen, dass bei Erhöhung des Drucks des Fluidstroms der Sperrkolben und der Steuerkolben gegen die jeweiligen Rückstellfedern drücken und am Gehäusedeckel zur Anlage kommen. Die axiale Bewegung des Steuerkolbens ist durch die zentrische Bohrung im Sperrkolben geführt. Die Außenumfangsfläche des axial verschiebbaren Steuerkolbens weist einen gekrümmten Verlauf auf, um eine reibverlustarme axiale Führung des Steuerkolbens zu realisieren. Der gekrümmte Verlauf verbindet die beiden axial benachbarten Außenumfangsflächen des Steuerkolbens miteinander. Durch eine Versorgungsleitung wird der Druck des Fluidstroms eingestellt.
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Vorzugsweise ist in der ersten Schaltstellung der radiale Spalt zwischen der ersten Außenumfangsfläche und der Innenumfangsfläche der Bohrung zur Entlüftung eines Sperrraumes zwischen der Stirnfläche des Sperrkolbens und der Stirnfläche der Aufnahmebohrung ausgebildet. Während der vorgegebenen Stellbewegung verschiebt sich der Sperrkolben axial auf die zweite Außenumfangsfläche und schließt den Spalt, um eine Entlüftung des Sperrraumes zu verhindern.
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Bevorzugt weist der Sperrkolben an der Außenumfangsfläche eine radial umlaufende Nut zur Realisierung eines Fluidstroms auf. In der ersten Schaltstellung wird der Fluidstrom von der Versorgungsleitung über die Nut mit einer Leitung der Massenkraftseite verbunden. Eine Leitung der Gaskraftseite ist währenddessen nicht mit der Versorgungsleitung verbunden, aber wird mittels einem Rückschlagventil mit dem Fluid versorgt. Während der vorgegebenen Stellbewegung verschiebt sich der Sperrkolben axial, sodass die Leitung der Massenkraftseite nicht mehr mit der Versorgungsleitung verbunden ist. Der Sperrkolben verschiebt sich axial so weit, bis die Leitung der Gaskraftseite mit dem Sperrraum verbunden ist. Die Leitung der Massenkraftseite ist in dieser Schaltstellung über ein Rückschlagventil mit dem Fluid versorgt.
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Ferner bevorzugt nimmt der Steuerkolben und der Sperrkolben die jeweilige Rückstellfeder zumindest teilweise in einer jeweiligen axialen Bohrung auf, wobei die jeweilige Rückstellfeder an einem Gehäusedeckel axial zur Anlage kommt. Durch die Federspannkraft der jeweiligen Rückstellfeder, werden der Steuerkolben gegen den Ventilsitz im Steuerraum und der Sperrkolben gegen die Stirnfläche der Aufnahmebohrung gedrückt. Der Steuerkolben und der Sperrkolben werden unabhängig voneinander geführt.
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Weitere die Erfindung verbessernde Maßnahmen werden nachstehend gemeinsam mit der Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand der Figuren, in welcher gleiche oder ähnliche Elemente mit dem gleichen Bezugszeichen versehen sind, näher dargestellt. Hierbei zeigt
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1 einen schematischen Hydraulikplan mit einem in diesem angeordneten erfindungsgemäßen Wegeventil,
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2 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer ersten Schaltstellung,
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3 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer zweiten Schaltstellung,
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4 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer dritten Schaltstellung,
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5 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer vierten Schaltstellung,
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6 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer fünften Schaltstellung, und
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7 eine schematische Schnittdarstellung des erfindungsgemäßen Wegeventils nach 1 in einer sechsten Schaltstellung.
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Gemäß 1 umfasst ein – hier nicht dargestellter – Verbrennungsmotor einen in einem Zylinder 21 angeordneten Stellkolben 29 und ist über eine Leitung der Gaskraftseite 25 und eine Leitung der Massenkraftseite 26 mit einem Pleuelauge 22 verbunden. Zwischen dem Zylinder 21 und dem Pleuelauge 22 ist ein erfindungsgemäßes Wegeventil 1 angeordnet, wobei in der Leitung der Gaskraftseite 25 und der Leitung der Massenkraftseite 26 jeweils eine Düse 24 und ein Rückschlagventil 23 ausgebildet sind.
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Die 2 bis 8 zeigen das Wegeventil 1 gemäß 1 zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses des Verbrennungsmotors, wobei das Wegeventil 1 eine Aufnahmebohrung 2 zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Sperrkolbens 3 aufweist. Der Sperrkolben 3 weist eine Bohrung 4 zur Aufnahme eines axial verschiebbaren Steuerkolbens 5 auf. Der Steuerkolben 5 weist eine erste Außenumfangsfläche 6 mit einem ersten Durchmesser und eine zweite Außenumfangsfläche 7 mit einem zweiten Durchmesser auf, wobei die erste und zweite Außenumfangsfläche 6, 7 axial benachbart angeordnet sind, und wobei der erste Durchmesser einer Stirnfläche 8 der Aufnahmebohrung 2 zugewendet ist und kleiner als der zweite Durchmesser ist. Zwischen der ersten Außenumfangsfläche 6 und der Bohrung 4 am Sperrkolben 3 ist ein Spalt 9 ausgebildet. Der Sperrkolben 3 und der Steuerkolben 5 sind mittels einer stirnseitigen Druckmittelbeaufschlagung entgegen einer Kraft einer jeweiligen Rückstellfeder 10, 11 hydraulisch betätigbar, wobei der Sperrkolben 3 an der Stirnfläche 8 der Aufnahmebohrung 2 zur Anlage kommt. Ein Steuerraum 12 ist koaxial und axial angrenzend zur Aufnahmebohrung 2 ausgebildet, wobei der Steuerraum 12 in seinem Durchmesser gegenüber der Aufnahmebohrung 2 reduziert ist und an dessen der Aufnahmebohrung 2 zugewandten Ende ein Ventilsitz 13 ausgebildet ist. Zur Realisierung eines Fluidstroms weist der Sperrkolben 3 an der Außenumfangsfläche eine radial umlaufende Nut 17 auf. Ferner nimmt der Steuerkolben 5 und der Sperrkolben 3 die jeweilige Rückstellfeder 10, 11 teilweise in einer jeweiligen axialen Bohrung 18, 19 auf, wobei die jeweilige Rückstellfeder 10, 11 an einem Gehäusedeckel 20, der die Aufnahmebohrung 2 verschließt, axial zur Anlage kommt.
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Nach 2 kommt in einer ersten Schaltstellung der Steuerkolben 5 an dem Ventilsitz 13 und der Sperrkolben 3 an der Stirnfläche 15 der Aufnahmebohrung 2 zur Anlage. In der ersten Schaltstellung wird nur die Stirnfläche 14 des Steuerkolbens 5 mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt. Der radiale Spalt 9 zwischen der ersten Außenumfangsfläche 6 und der Innenumfangsfläche der Bohrung 4 ist zur Entlüftung eines Sperrraumes 16 zwischen der Stirnfläche 15 des Sperrkolbens 3 und der Stirnfläche 8 der Aufnahmebohrung 2 vorgesehen. Die Leitung der Massenkraftseite 26 ist geöffnet und über die radial umlaufende Nut 17 mit der Versorgungsleitung 27 verbunden. Die Leitung der Gaskraftseite 25 ist über das – hier nicht dargestellte – Rückschlagventil 23 mit dem Fluidstrom versorgt.
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Nach 3 wird durch eine Druckerhöhung des Versorgungsdrucks in einen Auslösedruck über die Versorgungsleitung 27 auf die Stirnfläche des Steuerkolbens 5 mit einem hydraulischen Druck der Steuerkolben 5 axial in Richtung Gehäusedeckel 20 verschoben. Dadurch gelangt der Fluidstrom in den Sperrraum 16 und neben der Stirnfläche des Steuerkolbens 5 wird auch die Stirnfläche 15 des Sperrkolbens 3 mit einem hydraulischen Druck beaufschlagt.
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Nach 4 werden durch den Auslösedruck der Sperrkolben 3 und der Steuerkolben 5 in Richtung Gehäusedeckel 20 gedrückt. Eine Versorgungsbohrung 28 versorgt den Sperrraum 16 zusätzlich zur Versorgungsleitung 27 mit dem Fluidstrom
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Nach 5 kommen der Sperrkolben 3 und der Steuerkolben 5 am Gehäusedeckel 20 axial zur Anlage, wobei sich der Sperrkolben 3 auf die zweite Außenumfangsfläche 7 des Steuerkolbens 5 schiebt und den Spalt 9 schließt. Der Auslösedruck aus der Versorgungsleitung 27 bleibt durch die dichtende Wirkung zwischen dem Steuerkolben 5 und dem Sperrkolben 5 bestehen. Die Leitung der Gaskraftseite 25 ist geöffnet und mit dem Sperrraum 16 verbunden. Die Leitung der Massenkraftseite 26 ist über das – in 1 dargestellte – Rückschlagventil 23 mit dem Fluidstrom versorgt.
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Nach 6 kommt durch Senkung des Auslösedrucks in den Versorgungsdruck der Steuerkolben 5 durch die gespannte Rückstellfeder 11 am Ventilsitz 13 zur Anlage, wobei der Sperrkolben 3 am Gehäusedeckel 20 verweilt. Der Versorgungsdruck im Sperrraum 16 kann aufgrund des geschlossenen Spalts 9 nicht entweichen.
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Nach 7 verschiebt sich durch Senkung des Drucks unterhalb des Versorgungsdrucks der Sperrkolben 3 durch die gespannte Rückstellfeder 10 axial in Richtung der Stirnfläche 8 der Aufnahmebohrung 2. Die Leitung der Gaskraftseite 25 und die Versorgungsbohrung 28 sind geschlossen, wobei die Leitung der Massenkraftseite 26 geöffnet wird. Ferner schiebt sich der Sperrkolben 3 über die erste Außenumfangsfläche 6. Das im Sperrraum 16 eingeschlossene Fluid wird über den Spalt 9 entlüftet.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Wegeventil
- 2
- Aufnahmebohrung
- 3
- axial verschiebbarer Sperrkolben
- 4
- Bohrung
- 5
- axial verschiebbarer Steuerkolben
- 6
- erste Außenumfangsfläche
- 7
- zweite Außenumfangsfläche
- 8
- Stirnfläche
- 9
- Spalt
- 10
- Rückstellfeder
- 11
- Rückstellfeder
- 12
- Steuerraum
- 13
- Ventilsitz
- 14
- Stirnfläche
- 15
- Stirnfläche
- 16
- Sperrraum
- 17
- Nut
- 18
- Bohrung
- 19
- Bohrung
- 20
- Gehäusedeckel
- 21
- Zylinder
- 22
- Pleuelauge
- 23
- Rückschlagventil
- 24
- Düse
- 25
- Gaskraftseite
- 26
- Massenkraftseite
- 27
- Versorgungsleitung
- 28
- Stellkolben
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102013103685 A1 [0004]
