DE102016208327A1

DE102016208327A1 - Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: DE102016208327A1
Application number: DE102016208327.9A
Authority: DE
Inventors: Andreas Nendel; Markus POPP; Michael Knorr
Original assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Current assignee: Schaeffler Technologies AG and Co KG
Priority date: 2016-05-13
Filing date: 2016-05-13
Publication date: 2017-11-16
Also published as: WO2017194049A1

Abstract

Eine Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel (1) ist vorgesehen für eine Steuerung einer Verstellvorrichtung, die eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine bewirkt. Das Hydraulikventil ist über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen (21, 22) von Stützzylindern (19, 20) der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager (23) mit einer Ölgalerie verbunden. Zur Schaffung einer vorteilhaften Anordnung der für die Steuerung der Verstelleinrichtung vorgesehenen Hydraulikventile, mit der außerdem Vorteile bei der Herstellung des Hydrauliksystems und hinsichtlich der Funktion der Verstelleinrichtung erzielbar sind, soll die Anordnung ein mit einer zylindrischen Außenkontur ausgebildetes hydraulisches Steuerungsmodul (28) aufweisen, das in eine parallel zum Pleuellager (23) verlaufende Aufnahmebohrung (27) einsetzbar ist, und wobei in einer in einem Gehäuse (33) des Steuerungsmoduls (28) vorgesehenen Ventilaufnahmebohrung (34), die im Wesentlichen quer zur Längsmittelachse des Steuerungsmoduls (28) verläuft, das als hydraulisch betätigtes Wegeventil (29) ausgebildete Hydraulikventil angeordnet ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft eine Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager mit einer Ölgalerie verbunden ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch eine Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager mit einer Ölgalerie verbunden sind.
Schließlich 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 Exzenterkörper, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenterkörper verbinden, aufweist, und mit einer quer zu einer Längserstreckung des Pleuels verlaufenden Aufnahmebohrung.
Stand der Technik
Das Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet ein Verhältnis eines Volumens des gesamten Zylinderraumes zu einem Volumen des Kompressionsraumes. Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Hubkolbenbrennkraftmaschine lässt sich durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erzielen, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Bei einer Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses ist allerdings zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit der Erhöhung im Volllastbetrieb die Klopfneigung der betreffenden Zylindereinheiten zunimmt. Das Klopfen wird durch eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches hervorgerufen.
Im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, könnte hingegen das Verdichtungsverhältnis zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert aber, dass es insgesamt zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben. Je nach Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine müsste daher das Verdichtungsverhältnis entsprechend angepasst, also verändert werden.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist im Übrigen besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die mit der Aufladung erzielten Ladedruck 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 Exzenter verstellt wird, der innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordneten. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantelfläche vom Pleuelauge aufgenommen, während eine exzentrisch zur Längsmittelachse des Pleuelauges verlaufende Bohrung des Exzenters als Kolbenbolzenlager zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dient.
Eine Verstellung des Exzenters durch dessen Verdrehung erfolgt 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. 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 wirkenden Kräfte auftreten kann, vermieden werden. Die Verstellung des Exzenters in die jeweiligen Drehlagen wird über ein als Wegeventil ausgebildetes Schaltventil gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils ein Schaltventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.
Eine Anordnung eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine sowie ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis im jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1, 5 und 10 beschriebenen Gattung sind aus der DE 10 2013 111 616 A1 bekannt. Mit diesem 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 Stützkolben verbunden sind. Stützzylinder, die die Stützkolben 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 einem die Vorrichtung steuernden als Wegeventil ausgebildeten Hydraulikventil führt.
Dabei wird über das Wegeventil, das aus einem hülsenartigen Gehäuse und einem kolbenartig ausgebildeten Steuerschieber besteht, wahlweise eine der Hydraulikkammern über die entsprechende Ölrücklaufleitung entleert. Ein entsprechendes Wegeventil kann dabei, wie den Ausführungen zum Stand der Technik zu entnehmen ist (vergleiche 1 der DE 10 2013 111 616 A1 ), etwa gleichachsig mit einer Längsachse des Pleuels angeordnet sein und wird von einer Ausnehmung bzw. Bohrung indem Pleuel aufgenommen. Darüber hinaus zeigen die 4 und 5 dieses Dokuments eine Anordnung des Wegeventils in einer Aufnahmebohrung, die parallel zum Pleuellager verläuft und diesem benachbart ist. Das Wegeventil besteht aus einem in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber und einem den Steuerschieber aufnehmenden Ventilgehäuse, welches seinerseits in einer im Pleuel ausgebildeten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Der Steuerschieber ist in einer durch das Ventilgehäuse gebildeten, zylindrischen Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordnet und über einen mit einem Steueranschluss verbundenen Steuerraum an einer zweiten axial gerichteten Stirnfläche mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbar.
Des Weiteren umfasst das Wegeventil eine Rückstellfeder, mit der eine von der zweiten axial gerichteten Stirnfläche abgewandte erste axial gerichtete Stirnfläche des Ventilschiebers mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist. Der Steuerschieber ist als Hohlkolben, der eine Außenmantelfläche und eine Innenmantelfläche aufweist, ausgebildet. An seiner Innenmantelfläche gleitet der Ventilschieber auf einem Stützelement, das gemeinsam mit einem Druckkolben, kugelförmigen Rastierelementen sowie einer ringförmigen Nut des Ventilschiebers Bestandteil einer Rastiereinrichtung ist. Über diese Rastiereinrichtung wird der Ventilschieber in seiner ersten Schaltstellung verrastet.
In beiden Schaltstellungen des Wegeventils wird jeweils einer der beiden Druckräume der zuvor erläuterten Verstelleinrichtung des Exzenters in eine an das Wegeventil angeschlossene Steuerleitung entleert. In der ersten Schaltstellung ist dabei der erste Arbeitsanschluss über eine in der Außenmantelfläche des Ventilschiebers vorgesehene Steuernut mit einem Leitungszweig der Steuerleitung verbunden.
Außerdem ist aus der DE 10 2013 113 432 A1 eine Umschaltventileinheit, die mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zusammenwirkt, bekannt. Die Umschaltventileinheit besteht aus einem mechanisch aktuierbaren Betätigungsmodul und einem zu diesem beabstandeten Ventilmodul, in welchem als Rückschlagventile ausgebildete Entlüftungsventile angeordnet sind. Das Betätigungsmodul weist ein rastierbares Abgriffselement auf, das mit einer nockenartigen Kontur versehen ist. Eine Längsbewegung des rastierbares Abgriffselements führt zu einer wechselweisen Verschiebung von Betätigungsstangen, die mit ihrem jeweiligen Ende mit den Entlüftungsventilen zusammenwirken, so dass stets das eine Entlüftungsventil geöffnet und das andere geschlossen ist.
Offenbarung der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, eine vorteilhafte Anordnung der für die Steuerung der Verstelleinrichtung vorgesehenen Hydraulikventile zu schaffen, mit der außerdem Vorteile bei der Herstellung des Hydrauliksystems und hinsichtlich der Funktion der Verstelleinrichtung erzielbar sind.
Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1, 5 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Gemäß dem Patentanspruch 1 ist bei einer Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen. Das zumindest eine Hydraulikventil ist über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager mit einer Ölgalerie verbunden. Dabei weist die Anordnung erfindungsgemäß ein mit einer zylindrischen Außenkontur ausgebildetes hydraulisches Steuerungsmodul auf, wobei in einer in einem Gehäuse des Steuerungsmoduls vorgesehenen Aufnahmebohrung, die im Wesentlichen quer zur Längsmittelachse des Steuerungsmoduls verläuft, das als Wegeventil ausgebildete Hydraulikventil angeordnet sein soll. Die radialen Außenabmessungen des Gehäuses sind folglich derart auf den Durchmesser der im Pleuelschaft des Pleuels vorgesehenen Aufnahmebohrung abgestimmt, dass das gesamte Steuerungsmodul über eine Presspassung oder Übergangspassung in diese eingesetzt ist. Vorzugsweise verläuft die Aufnahmebohrung parallel zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges. Alternativ kann der Verlauf der Aufnahmebohrung aber auch um einen spitzen Winkel von dieser parallelen Anordnung abweichen.
Das Gehäuse des Steuerungsmodul wird mit einer Ventilaufnahmebohrung versehen, die vorzugsweise unter einem rechten Winkel zur Längsmittelachse des eine zylindrische Außenkontur aufweisenden Gehäuses verläuft. Alternativ kann dieser Verlauf der Ventilaufnahmebohrung auch von der vorgenannten rechtwinkligen Anordnung abweichen. Weiterhin wird das Gehäuse mit Anschlussbohrungen versehen, die nach dem Einbau des Steuerungsmoduls in das Pleuel mit entsprechenden Kanälen desselben, die zum Pleuellager oder zur Verstelleinrichtung führen, kommunizieren. Nachdem das Steuerungsmodul durch das Einsetzen des Wegeventils in die Ventilaufnahmebohrung komplettiert ist, kann eine Funktionsprüfung dieser vormontierten Einheit auf einem entsprechenden Prüfstand durchgeführt werden. Dadurch kann vermieden werden, dass ein fehlerhaftes Wegeventil in dem Pleuel verbaut wird und anschließend dass Pleuel einschließlich als Ausschuss verschrottet werden muss.
Ein weiterer Vorteil dieser Anordnung des Wegeventils in der Aufnahmebohrung über das Gehäuse des Steuerungsmoduls besteht darin, dass die Position und Ausrichtung des Wegeventils innerhalb des Pleuels ohne Aufwand optimierbar sind. So können beispielsweise die von der Aufnahmebohrung zur Verstelleinrichtung und zum Pleuellager führenden Anschlussbohrungen in einem für ihre Herstellung günstigen Bereich in die Aufnahmebohrung einmünden, da das Gehäuse des Steuerungsmoduls mittels der in diesem vorgesehenen Bohrungen dafür sorgt, dass mit geringem Fertigungsaufwand eine erforderliche Verbindung der Anschlussbohrungen mit dem Wegeventil im Bereich der jeweiligen Steuerkante des Wegeventils realisierbar ist. Außerdem kann es sein, dass unter dem Gesichtspunkt einer optimalen Funktion des Wegeventils dessen Steuerschieber innerhalb des Pleuels eine bestimmte Lage einnehmen muss. Diese lässt sich problemlos variieren, indem die Ventilaufnahmebohrung eine vom rechtwinkligen Verlauf zur Längsmittelachse des Gehäuses abweichende Ausrichtung aufweist und das Gehäuse um einen Winkel in der Aufnahmebohrung verdreht angeordnet ist.
Demgegenüber ist nach der DE 10 2013 111 616 A1 bei einer ersten Ausgestaltung der Steuerschieber des Wegeventils unmittelbar in eine zylindrische Ausnehmung des Pleuels eingesetzt, die von dem Pleuellagerauge ausgeht und somit im Wesentlichen gleichachsig mit einer Längsachse des Pleuels verläuft. Nach einer weiteren Ausführung des Wegeventils, die eine den Steuerschieber in seiner zweiten Schaltstellung fixierende Rastiereinrichtung aufweist, ist das Gehäuse des Wegeventils unmittelbar in einer parallel zum Pleuellagerauge angeordneten, parallel zum Pleuellagerauge verlaufenden Aufnahmebohrung angeordnet. Das Wegeventil ist folglich bei beiden Ausführungsbeispielen nicht Bestandteil eines Steuerungsmoduls und über dessen Gehäuse in der Aufnahmebohrung angeordnet. Nach der DE 10 2013 113 432 A1 ist ein die beiden Entlüftungsventile aufnehmendes Gehäuse zwar als Ventilmodul bezeichnet, dieses dient aber nicht zur Aufnahme eines hydraulisch betätigten Wegeventils. Vielmehr sind in diesem zwei Rückschlagventile angeordnet, die über von einem Betätigungsmodul ausgehende Betätigungsstangen mechanisch betätigt werden.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll ein Steuerschieber des Wegeventils unmittelbar längsverschiebbar in der Ventilaufnahmebohrung geführt ist. Die quer zur Längsmittelachse des Gehäuses verlaufende Ventilaufnahmebohrung kann dabei als Sackbohrung hergestellt sein, wobei Anschlussbohrungen des Wegeventils, wie beispielsweise eine mit einem Fluidkanal und zumindest zwei mit Stützzylindern der Verstelleinrichtung, die in das Innere der Ventilaufnahmebohrung münden, durch Bohrvorgänge von zumindest einer der Stirnseiten des Gehäuses her hergestellt werden. Außerdem kann die Ventilaufnahmebohrung auch als Durchgangsbohrung hergestellt sein, wobei am für die Steuerung des Steuerschiebers vorgesehenen Ende als Kopfstück ein Stopfen eingesetzt ist. Alternativ zu der unmittelbaren Anordnung des Steuerschiebers in der Ventilaufnahmebohrung besteht auch die Möglichkeit, das Wegeventil mittels eines Ventilgehäuses in der Ventilaufnahmebohrung anzuordnen.
Weiterhin soll ein Steuerschieber des Wegeventils derart in dem Steuerungsmodul angeordnet sein, dass dieser nach einer Montage des Steuerungsmoduls in die Aufnahmebohrung eine gleichachsige oder achsparallele Lage zu einer Beschleunigungsachse des Pleuels einnimmt, wobei eine über die Steuerleitung mit einem Steuerdruck beaufschlagte Stirnseite des Steuerschiebers zu einem Pleuelauge hin ausgerichtet ist. Dabei wird berücksichtigt, dass die Amplitude der Druckschwankungen quadratisch mit der Drehzahl zu nimmt, so dass ab einer von der Systemauslegung abhängigen Drehzahl die Druckschaltschwellen p_HIGH bzw. p_LOW über- bzw. unterschritten werden. Infolge dessen kann es zu einem ungewollten Hin- und Herschalten des Wegeventils innerhalb einer Kurbelwellenumdrehung und damit zum Verlust der Steuerbarkeit des Ver-dichtungsverhältnis kommen.
Vor allem im unteren Drehzahlbereich, von bis zu ca. n_MAX = 4500 rpm, ist eine Veränderbarkeit des Verdichtungsverhältnisses thermodynamisch sinnvoll. Für übliche PKW-Kurbelwellengeometrien entstehen bei vorgenanntem n_MAX am Wegeventil Druckschwankungen von Δp = ungefähr 8 bar. Um ein ungewolltes Umschalten des Verdichtungsverhältnis zu vermeiden, müssten die Druckgrenzen des Wegeventils folglich so ausgelegt werden, dass sie außerhalb des Druckschwankungsbereichs liegen, also p_HIGH – p_LOW > Δp. Dies bedeutet aber, dass bei niedrigen Drehzahlen, bei denen es nicht zu signifikanten Druckoszillationen kommt, ein sehr hoher Versorgungsdruck von mindestens p_SUPPLY bzw. p_HIGH > 8 bar) erforderlich ist, um das Verdichtungsverhältnis durch Verstellung des Wegeventils von einer ersten in eine zweite Schaltstellung umzuschalten.
Dies ist nicht wünschenswert und vermutlich nicht realisierbar, da hohe Versorgungsdrücke große hydraulische Verluste in allen vom Ölkreislauf versorgten Aggregaten nach sich ziehen und sich damit negativ auf den Kraftstoffverbrauch auswirken würden. Bei Drehzahlen oberhalb von n_MAX steigen die Druckamplituden bis zur maximalen Motordrehzahl weiter an und erreichen unter den oben genannten Bedingungen z.B. bei 7000 rpm ohne Berücksichtigung von Kavitationseffekten einen Wert von ca. 24 bar, so dass spätestens hier die Steuerbarkeit des Wegeventils und damit des Verdichtungsverhältnisses verloren geht.
Durch geeignete Ausrichtung der Bewegungsrichtung der Kolben relativ zur Pleuel-Achse, die die Hauptbeschleunigungsrichtung des Pleuels darstellt, und durch geeignete Dimensionierung der spezifischen Kolbenmasse (= Kolbenmasse/hydraulisch aktive Fläche) kann erreicht werden, dass die beschleunigungsbedingte Variation der Schaltschwellen des Wegeventils die ebenfalls beschleunigungsbedingte Variation des am Wegeventils anliegenden Hydraulikdrucks weitgehend kompensiert. Somit bleiben, bezogen auf den Versorgungsdruck, Schaltschwellen p_LOW und p_HIGH über die Kurbelwellenumdrehung im Wesentlichen konstant. Somit kommt es nicht mehr zu einem ungewollten Schalten des Wegeventils. Es verbleibt lediglich ein drehzahlabhängiger gemeinsamer Abfall der oberen und unteren Schaltschwelle, der unter oben genannter Annahme bei n_MAX nur ca. 2 bar ausmacht. Dies bedeutet, dass die Druckschwellwerte gegenüber niedrigen Drehzahlen bis n_MAX nur um diesen Betrag abfallen. Der Grund dafür ist der durch die Trägheitskraft bedingte Anstieg einer Druckdifferenz zwischen einer Ölgalerie und einem virtuellen Druck im Zentrum des Pleuellagers.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Steuerungsmodul neben dem Schaltventil zumindest ein Rückschlagventil aufnimmt, das in einem innerhalb des Steuerungsmoduls verlaufenden Abschnitts einer Ölzulaufbohrung angeordnet ist. Somit ist ein Abschnitt der jeweiligen Ölzulaufbohrung im Steuerungsmodul ausgebildet, und innerhalb dieser beiden Abschnitte werden die Rückschlagventile, die eine Rückströmung des Druckmittels aus Druckräumen der Stützzylinder verhindern, angeordnet. Ein Ventilsitz des jeweiligen Rückschlagventils kann in den Abschnitt eingesetzt oder unmittelbar in der Bohrung dieses Abschnitts ausgebildet sein. Ebenfalls in die entsprechende Bohrung eingesetzt ist ein Abstützelement für eine Druckfeder, die einem kugelförmigen Sperrkörper in Richtung des Ventilsitzes vorspannt. Da sowohl das Wegeventil als auch die beiden Rückschlagventile Bestandteil des Steuerungsmoduls sind, kann an dieser vor dessen Montage in die Aufnahmebohrung ein Funktionstest durchgeführt werden. Auf diese Weise wird verhindert, dass Fehler der Steuerung der Verstelleinrichtung erst erkannt werden, wenn das verstellbare Pleuel vollständig komplettiert ist. Dann muss eventuell das komplette Pleuel verschrottet werden. Weiterhin ist vorgesehen, dass das Wegeventil als 3/2- oder 4/2-Wegeventil ausgebildet ist, wobei dessen Steuerschieber ausschließlich durch einen normalen Motoröldruck (p_M), einen gegenüber diesem erhöhten Steuerdruck (p_HIGH) sowie einem gegenüber dem Motoröldruck (p_M) reduzierten Resetdruck (p_LOW) im Zusammenwirken mit einer Rückstellfeder in seine beiden Schaltstellungen verschoben und in diesen gehalten wird. Danach kann der Steuerschieber durch den Motoröldruck in seiner zweiten Schaltstellung gehalten werden, und es bedarf keiner mechanischen Verrastung des Steuerschiebers. Der von der Schmierölpumpe der Hubkolbenbrennkraftmaschine als Steuerdruck zur Verfügung gestellte Motoröldruck kann sich auf einem normalen Druckniveau bewegen, was dem normalen Motoröldruck (p_M) entspricht, oder dieser kann auf einen erhöhten Steuerdruck (p_HIGH) oder einen reduzierten Resetdruck (p_LOW) verändert werden, indem vorzugsweise die Schmierölpumpe als Verstellpumpe ausgebildet ist. Alternativ dazu kann das Wegeventil aber auch eine mechanische Verrastung aufweisen.
Gegenstand der Erfindung ist auch eine Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist. Dieses Hydraulikventil soll über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager mit einer Ölgalerie verbunden sein. Dabei ist erfindungsgemäß vorgesehen, dass das Pleuel eine quer zu dessen Längserstreckung verlaufende Aufnahmebohrung aufweist, in die ein zumindest abschnittsweise mit einer zylindrischen Außenkontur ausgebildetes hydraulisches Steuerungsmodul eingefügt ist, wobei das Steuerungsmodul eine Ventilbohrung zur zumindest mittelbaren Aufnahme eines Steuerschiebers eines als Wegeventil ausgebildeten Schaltventils sowie zumindest einen Abschnitt einer Ölzulaufbohrung mit einem in diesem angeordneten Rückschlagventil aufweist. Neben der zuvor erläuterten Anordnung des Wegeventils quer zu einer Längsachse des Gehäuses des Steuerungsmoduls kann dieses auch in einer anderen Lage in das Gehäuse eingesetzt sein. In diesem Fall soll das Gehäuse ebenfalls die Rückschlagventile aufnehmen.
Im Zusammenhang mit den vorgenannten Anordnungen ist vorgesehen, dass das Steuerungsmodul eine Eingangsbohrung zum Anschluss an eine das Pleuellager mit der Aufnahmebohrung verbindende Fluidleitung für eine Druckmittelversorgung der Verstelleinrichtung und Steuerung des Schaltventils sowie zumindest zwei Ausgangsbohrungen aufweist, wobei die Ausgangsbohrungen mit Arbeitsleitungen verbindbar sind, die zwischen der Aufnahmebohrung für das Steuerungsmodul und Druckräumen von Abstützzylindern der Verstellvorrichtung verlaufen. An den Übergängen der entsprechenden Bohrungen des Gehäuses in die Bohrungen bzw. Kanäle des Pleuels können Dichtelemente, beispielsweise O-Ringe, vorgesehen sein.
Dabei können innerhalb des Steuerungsmoduls Bohrungen vorgesehen sein, über die ein Steuerraum des Wegeventils sowie dessen Arbeitsanschlüsse und die die Rückschlagventile aufnehmenden Abschnitte von Ölzulaufbohrungen mit der Fluidleitung verbunden sind. Von den beiden Ölzulaufbohrungen zweigt innerhalb des Gehäuses jeweils in einem zwischen dem Rückschlagventil und dem entsprechenden Abschnitt eine als Ölrücklaufleitung dienende Bohrung ab, wobei in den beiden Schaltstellungen des Wegeventils jeweils eine dieser beiden Bohrungen mit der Fluidleitung verbunden ist. Dabei handelt es sich 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. Alternativ dazu kann aber auch in zumindest einer der beiden Schaltstellungen des Wegeventils das Druckmittel aus der entsprechenden Ölrücklaufbohrung in die Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine abgeführt werden.
Um eine Lagefixierung des Steuerungsmoduls in der Aufnahmebohrung in dessen Umfangsrichtung zu realisieren, kann zwischen der Aufnahmebohrung und einem Außenmantel des Steuerungsmoduls eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherung vorgesehen sein. Das ist insbesondere dann vorgesehen, wenn das Gehäuse nicht über eine Presspassung in die Aufnahmebohrung eingesetzt ist. Die Sicherung vor einer Verdrehung des Gehäuses ist erforderlich, damit die entsprechenden Ölbohrungen des Pleuels und des Gehäuses miteinander fluchten und damit der Steuerschieber eine vorbestimmte Lage zum Pleuel einnimmt.
Ein Gehäuse des Steuerungsmoduls soll aus einem Wellenzapfen hergestellt sein. Dieser Wellenzapfen kann aus einem Werkstoff hergestellt sein, dessen Wärmeausdehnungskoeffizient mit dem des Pleuels übereinstimmt. Sofern die Bohrungen im Pleuel in einem Bereich der Aufnahmebohrung enden, der in Umfangsrichtung von der für eine Verbindung vorgesehenen Bohrung des Gehäuses entfernt liegen, können am Umfang des Gehäuses Nuten oder Teilnuten vorgesehen sein, über die das Druckmittel geleitet wird.
Schließlich soll das erfindungsgemäße 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 versehen sein. Die Verstelleinrichtung weist wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenterkörper, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenterkörper verbinden, auf. Im Pleuel ist eine quer zu dessen Längserstreckung verlaufende Aufnahmebohrung vorgesehen. Erfindungsgemäß soll in der Aufnahmebohrung ein Steuerungsmodul sein, das in der vorgenannten Weise ausgebildet ist.
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 Ausführungsbeispieles 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 unterschiedliche Ausführungsbeispiele der Erfindung vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
1 eine perspektivische Darstellung eines Pleuels, wobei über einen mit Stützzylindern zusammenwirkenden Exzenterhebel die Lage eines Kolbenbolzenlagers in Bezug auf das Pleuel veränderbar und in eine Aufnahmebohrung des Pleuels ein erfindungsgemäßes Steuerungsmodul einsetzbar ist,
2 eine Seitenansicht des Pleuels mit in dessen Aufnahmebohrung angeordnetem Steuerungsmodul,
3 einen Längsschnitt gemäß Linie III-III in 2,
4 einen Längsschnitt gemäß Linie IV-IV in 2,
5 eine im Maßstab 2:1 vergrößerte Teilansicht der Anordnung des Steuerungsmoduls im Pleuel gemäß Ausschnitt V in 3,
6 eine im Maßstab 2:1 vergrößerte Teilansicht der Anordnung des Steuerungsmoduls im Pleuel gemäß Ausschnitt VI in 4,
7 das Steuerungsmodul in einer Seitenansicht
8 das Steuerungsmodul in einer gegenüber der 7 um 90° gedrehten Seitenansicht,
9 das Steuerungsmodul in einer gegenüber der 8 um 90° gedrehten Seitenansicht,
10 einen Längsschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie X-X,
11 einen Längsschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie XI-XI,
12 einen Längsschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie XII-XII,
13 einen Längsschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie XIII-XIII,
14 einen Längsschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie XIV-XIV,
15 einen Querschnitt durch das Steuerungsmodul in 7 gemäß Linie XV-XV,
16 eine Explosionsdarstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerungsmoduls,
17 eine Teilansicht des Pleuels mit einem Längsschnitt durch das Pleuel im Bereich von Ölleitungen sowie einen Querschnitt durch das Steuerungsmodul im Bereich von in diesem angeordneten Rückschlagventilen,
18 eine Teilansicht des Pleuels mit einem Längsschnitt durch das Pleuel im Bereich einer als Steuerungsbohrung dienenden Fluidbohrung sowie einen Querschnitt durch das Steuerungsmodul im Bereich von einem in diesem angeordneten Wegeventil
19 einen ersten hydraulischen Schaltplan des Steuerungsmoduls, bei dem das parallel zu einer Längsachse des Pleuels angeordnete Wegeventil einen Steuerschieber aufweist, der an seiner der Verstelleinrichtung zugewandten Stirnseite mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird,
20 einen zweiten hydraulischen Schaltplan des Steuerungsmoduls, bei dem das parallel zu einer Längsachse des Pleuels angeordnete Wegeventil einen Steuerschieber aufweist, der an seiner einem Pleuellager zugewandten Stirnseite mit einem Steuerdruck beaufschlagt wird, und
21 einen Längsschnitt durch ein Wegeventil, das hydraulisch betätigt ist und dessen Steuerschieber sich in seiner ersten Schaltstellung befindet.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den 1 bis 4 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleueloberteil 3 und einem Pleuelunterteil 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und das Pleuelunterteil 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 5, über welches das Pleuel 1 auf einem nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle lagerbar ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 6 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 7 ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen wiederum in einem innerhalb des Exzenterkörpers 7 exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenlager 8 anordenbar ist.
Über den drehbar im Kolbenbolzenlager 8 geführten Kolbenbolzen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenterkörper 7 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 7 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
Der Exzenterkörper 7 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzenlager 8 sowie dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Arbeitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 7 ist ein als zweiarmiger Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 9 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 10 und 11 aufweist, wobei diese gemäß 4 jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Dabei sind die Kolbenstangen 12 und 13 jeweils schwenkbar über einen Bolzen 16 mit den Laschen 10 und 11 verbunden. Die Stellkolben 14 und 15 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 7 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 7 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 7 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.
Die Stellkolben 14 und 15 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 17 und 18, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 19 und 20, wobei jeder Stützzylinder 19 bzw. 20 einen Druckraum 21 bzw. 22 aufweist. In die Druckräume 21 bzw. 22 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5 angeordneten Pleuellager 23 über in der 4 teilweise sichtbaren Ölleitungen 24 und 25 einströmen. Weiterhin geht von dem Pleuellager 23 eine Fluidbohrung 26 aus, die genau wie die Ölleitungen 24 und 25 in eine Aufnahmebohrung 27 einmündet. Im Rahmen der gesamten Offenbarung sind unter Leitungen Bohrungen oder Kanäle, die das Druckmittel aufnehmen und dieses leiten, zu verstehen. Diese Aufnahmebohrung 27 verläuft innerhalb des Pleuelschafts 2, in Querrichtung zu diesem, d.h., parallel zu dem Pleuelauge 6 und dem Pleuellagerauge 5. In diese Aufnahmebohrung 27 ist, wie insbesondere aus der 1 hervorgeht, ein Steuerungsmodul 28 einsetzbar. Die 2 bis 4 zeigen das Pleuel 1 mit dem in die Aufnahmebohrung 27 eingesetzten Steuerungsmodul 28, wobei aus den Schnittdarstellungen der 3 und 4 hervorgeht, dass ein Gehäuse 33 des Steuerungsmoduls 28 mittels einer Ventilaufnahmebohrung 34 ein Wegeventil 29 aufnimmt.
Die 5 zeigt einen Ausschnitt V aus der 3, wobei aus dieser hervorgeht, dass sich innerhalb des Steuerungsmoduls 28 an die Fluidbohrung 26 eine Querbohrung 30 anschließt, über die das in das Steuerungsmodul 28 geförderte Druckmittel, zu den Rückschlagventilen 31 und 32, die insbesondere in den nachfolgenden 10, 14, 16 und 17 dargestellt sind, gelangt. Das Gehäuse 33 des Steuerungsmoduls 28 ist aus einem Wellenabschnitt hergestellt und weist, wie die 5 und 6 zeigen, die quer zu diesem verlaufende Ventilaufnahmebohrung 34 zur Aufnahme des Wegeventils 29 auf. Dieses Wegeventil kann als 3/2- oder 4/2-Wegeventil ausgebildet sein.
In den 5, 6, 11, 12, 13, 16 und 18 ist dieses in dem Gehäuse 33 angeordnete Wegeventil 29 schematisch dargestellt und weist einen Steuerschieber 35 auf, der stirnseitig über einen im Gehäuse 33 verlaufenden Abschnitt 36 der Fluidbohrung 26 mit Druckmittel beaufschlagbar ist und sich über eine Rückstellfeder 37 an einem Deckel 38 abstützt. Wie weiterhin aus den 3, 4 und 6 hervorgeht, soll das Pleuellager 23 mit in Umfangsrichtung über einen Teilbereich von dessen Innenmantelfläche verlaufenden Ausnehmungen 39 versehen sein, an die die Fluidbohrung 26 angeschlossen ist. Ein nicht näher dargestellter Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, der in dem Pleuel 1 mittels des Pleuellagers 23 gelagert ist, weist eine Ölaustrittsbohrung auf, die an eine Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine angeschlossen ist. Während einer Umdrehung der Kurbelwelle und somit des Kurbelzapfens gelangt diese Ölaustrittsbohrung nur phasenweise in Überdeckung mit der nutförmigen Ausnehmung 39, wodurch Druckpulsationen in der Fluidbohrung 26 auf ein Minimum reduziert werden können.
Die 7, 8 und 9 zeigen das Steuerungsmodul 28 jeweils in einer Seitenansicht in unterschiedlichen Drehlagen. Ausgehend von der Darstellung der 7 sind in den 10 bis 15 Längsschnitte des Steuerungsmoduls 28 in unterschiedlichen Schnittebenen X bis XV dargestellt. Im Übrigen geht aus der 7 die Anordnung der beiden Rückschlagventile 31 und 32 sowie des Abschnitts 36 der Fluidbohrung 26 hervor. Gemäß der 8 ist das Steuerungsmodul 28 um 90° verdreht, so dass ein Ende 40 der Ventilaufnahmebohrung 34 und ein innerhalb des Gehäuses 33 verlaufender Abschnitt der Ölbohrung 24, in der das Rückschlagventil 31 angeordnet ist, sichtbar wird. Eine nochmalige Drehung des Steuerungsmoduls 28 um 90° führt dazu, dass neben dieser Ölbohrung 24 die weitere Ölbohrung 25 sowie die Ventilaufnahmebohrung 34 sichtbar werden.
In den 10 und 11 ist das Rückschlagventil 32 sichtbar, wobei dieses, wie insbesondere die 10 zeigt, aus einem kugelförmigen Schließelement 41, einer Druckfeder 42, einem Rückschlagventilgehäuse 43 und einem Rückschlagventildeckel 44 besteht. Die gesamte Einheit ist in einer Erweiterung 45 eines Abschnitts 46 der Ölleitung 24 angeordnet. Das andere Rückschlagventil 31, das in der 14 im Schnitt dargestellt ist, wird von einem identischen Abschnitt 47 der Ölleitung 25 aufgenommen.
In den 10 und 14 ist wegen des entsprechenden Schnittverlaufs der Steuerschieber 35 des Wegeventils 29 nur teilweise sichtbar. Weiterhin gehen aus den 11 und 13 Ölrücklaufbohrungen 48 und 49 hervor, die mit Drosselabschnitten 50 und 51 versehen sind. Auf die Funktion dieser Ölrücklaufbohrungen 48 und 49 wird nachfolgend noch im Zusammenhang mit der Darstellung der 19 und 20 eingegangen. Außerdem sind in den 11 und 13 Arbeitsanschlüsse 52 und 53 sichtbar, über die das Druckmittel in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine oder in die Fluidbohrung 26 abgesteuert wird. Die vorgenannten Bohrungen 48 bis 51 werden dadurch hergestellt, dass in das Gehäuse 33 von dessen Stirnseite her quer zur Ventilaufnahmebohrung 34 gebohrt wird und anschließend diese Hilfsbohrungen 54 durch Verschlussstopfen 54a verschlossen werden.
Aus der 16 geht in einer Explosionsdarstellung die Anordnung des Wegeventils 29 und der Rückschlagventile 31, 32 hervor. Diese Anordnung ist außerdem in den 17 und 18 dargestellt, wobei die 17 die Anordnung der Rückschlagventile 31 und 32 und die 18 die Anordnung des Wegeventils 29 zeigt.
Ein erstes Ausführungsbeispiel der innerhalb des Steuerungsmoduls 28 vorgesehenen hydraulischen Steuerung ist der 19 zu entnehmen. In diesem Fall ist das Wegeventil 29 als 4/2-Wegeventil ausgebildet, welches aufgrund seiner Anordnung in dem Gehäuse 33 des Steuerungmoduls 28 gemäß der vorstehend erläuterten Figuren eine Lage einnehmen soll, in welcher eine mittels der Rückstellfeder 37 belastete Stirnseite 55 des Steuerschiebers 35 in Richtung des Pleuellagerauges 5 weisen soll. Daher befindet sich eine mit dem Steuerdruck der Fluidbohrung 26 beaufschlagte Stirnseite 56 des Steuerschiebers 35 in einer Lage, in der sie dem Pleuelauge 6 zugewandt ist. Das führt dazu, dass die im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine auf den Steuerschieber 35 wirkenden Beschleunigungskräfte Druckspitzen entgegengerichtet sind, die sich aufgrund der oszillierenden Bewegung des Pleuels 1 und der in der Kurbelwelle auftretenden Fliehkräfte in der Fluidbohrung 26 bilden. In diesem Fall wird das Druckmittel über das Pleuellager 23 kontinuierlich der Fluidbohrung 26 zugeführt. Weiterhin sind gemäß der 19 die Ölleitungen 24 und 25, die in die Druckräume 21 und 22 der Stützzylinder 19 und 20 einmünden, derart mit der Fluidbohrung 26 und dem Wegeventil 29 verbunden, dass sie über die sich wechselweise öffnenden Rückschlagventile 31 und 32 einen Ölzulauf in die Druckräume 21 bzw. 22 ermöglichen, sowie über die bereits im Zusammenhang mit den 11 und 13 beschriebenen Ölrücklaufbohrungen 48 und 49 über die Drosselabschnitte 50 und 51 bei entsprechend geschaltetem Wegeventil 29 einen Ölrücklauf in die Fluidbohrung 26 ermöglichen.
Ein anderes Ausführungsbeispiel der in dem Steuerungsmodul 28 vorgesehenen hydraulischen Steuerung geht aus der 20 hervor. Dieser hydraulische Schaltplan der 20 geht davon aus, dass in dem Pleuellager 23 die bereits im Zusammenhang mit den 4, 5 und 6 beschriebenen Ausnehmungen 39 vorgesehen sind, mittels welcher das Druckmittel aus eine Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine nur phasenweise der Fluidbohrung 26 zugeführt wird. Auch in diesem Fall sollen die in der Fluidbohrung 26 auftretenden Druckpulsationen auf ein Minimum reduziert werden. In diesem Fall ist in Übereinstimmung mit den vorstehend erläuterten Figuren die Stirnseite 55 des Steuerschiebers 35 zum Pleuellagerauge 5 hin ausgerichtet. Ein weiterer Unterschied gegenüber der Anordnung nach der 19 besteht darin, dass in einer der beiden Schaltstellungen des Steuerschiebers 35 die Rücklaufbohrung 48 mit einem Rücklauf 57 in die Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist.
Eine Ausführungsform des Wegeventils 29 kann der 21 entnommen werden. Nach der 21 ist die Ventilaufnahmebohrung 34 als Sackloch ausgeführt. Der Steuerschieber 35 weist die Stirnseite 56 auf, die eine kreisringförmige Anlagefläche 58 für die Rückstellfeder 37 bildet. Der Steuerschieber 35, der an der Innenmantelfläche 59 verschiebbar geführt ist, weist außerdem die Stirnseite 55 auf, die mit einem Steuerdruck aus Steueranschlüssen 59 und 60 beaufschlagbar ist, wobei der Steuerdruck ein normaler Motoröldruck p_M, ein reduzierter Steuerdruck p_LOWoder ein erhöhter Steuerdruck p_HIGHsein kann und diese unterschiedlichen Steuerdrücke über eine in ihrem Fördervolumen veränderbare Schmierölpumpe, die nicht dargestellt ist, geschaffen werden. Die Steueranschlüsse 59 und 60 sind dabei mit der bereits erwähnten, im Pleuelschaft 2 vorgesehenen Fluidbohrung 26 verbunden, die von einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine ausgeht. Weiterhin weist der Steuerschieber 35 Steuerkanten 61 und 62 auf. Im Gehäuse 33 sind die Arbeitsbohrungen 52 und 53 vorgesehen, die mit den innerhalb des Gehäuses 33 verlaufenden Ölrücklaufbohrungen 48 und 49 verbunden sind und mit denen die Steuerkanten 61 und 62 des Steuerschiebers 35 zusammenwirken.
Bezugszeichenliste

1: Pleuel
2: Pleuelschaft
3: Pleueloberteil
4: Pleuelunterteil
5: Pleuellagerauge
6: Pleuelauge
7: Exzenterkörper
8: Kolbenbolzenlager
9: Exzenterhebel
10: Lasche
11: Lasche
12: Kolbenstange
13: Kolbenstange
14: Stellkolben
15: Stellkolben
16: Bolzen
17: Zylinderbohrung
18: Zylinderbohrung
19: Stützzylinder
20: Stützzylinder
21: Druckraum
22: Druckraum
23: Pleuellager
24: Ölleitung
25: Ölleitung
26: Fluidbohrung
27: Aufnahmebohrung
28: Steuerungsmodul
29: Wegeventil
30: Querbohrung
31: Rückschlagventil
32: Rückschlagventil
33: Gehäuse von 28
34: Ventilaufnahmebohrung für 35
35: Steuerschieber von 29
36: Abschnitt von 26
37: Rückstellfeder
38: Deckel
39: nutförmige Ausnehmung
40: Ende von 34
41: kugelförmiges Schließelement
42: Druckfeder
43: Rückschlagventilgehäuse
44: Rückschlagventildeckel
45: Erweiterung
46: Abschnitt von 24
47: Abschnitt von 25
48: Ölrücklaufbohrung
49: Ölrücklaufbohrung
50: Drosselabschnitt von 48
51: Drosselabschnitt von 49
52: Arbeitsbohrung
53: Arbeitsbohrung
54: Hilfsbohrung
54a: Verschlussstopfen
55: Stirnseite von 35
56: Stirnseite von 35
57: Rücklauf
58: Innenmantelfläche
59: Steueranschluss
60: Steueranschluss
61: Steuerkante
62: Steuerkante

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102013111616 A1 [0010, 0011, 0020]
DE 102013113432 A1 [0014, 0020]

Claims

Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen (21, 22) von Stützzylindern (19, 20) der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager (23) mit einer Ölgalerie verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anordnung ein mit einer zylindrischen Außenkontur ausgebildetes hydraulisches Steuerungsmodul (28) aufweist, das in eine parallel zum Pleuellager (23) verlaufende Aufnahmebohrung (27) einsetzbar ist, und dass in einer in einem Gehäuse (33) des Steuerungsmoduls (28) vorgesehenen Ventilaufnahmebohrung (34), die im Wesentlichen quer zur Längsmittelachse des Steuerungsmoduls (28) verläuft, das als hydraulisch betätigtes Wegeventil (29) ausgebildete Hydraulikventil angeordnet ist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerschieber (35) des Wegeventils (29) unmittelbar längsverschiebbar in der Ventilaufnahmebohrung (34) geführt ist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerschieber (35) des Wegeventils (29) derart in dem Steuerungsmodul (28) angeordnet ist, dass dieser nach einer Montage des Steuerungsmoduls (28) in die Aufnahmebohrung (27) eine gleichachsige oder achsparallele Lage zu einer Beschleunigungsachse des Pleuels einnimmt, wobei eine über die Steuerleitung mit einem Steuerdruck beaufschlagte Stirnseite des Steuerschiebers zu einem Pleuelauge hin ausgerichtet ist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (28) neben dem Wegeventil (29) zumindest ein Rückschlagventil (31, 32) aufnimmt, das in einem innerhalb des Steuerungsmoduls verlaufenden Abschnitts (46, 47) einer Ölleitung (24, 25) angeordnet ist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils in einem Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das zumindest eine Hydraulikventil zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Arbeitskanäle und/oder Steuerkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen (21, 22) von Stützzylindern (19, 20) der Verstellvorrichtung und über ein Pleuellager (23) mit einer Ölgalerie verbunden sind, dadurch gekennzeichnet, dass das Pleuel (1) eine quer zu dessen Längserstreckung verlaufende Aufnahmebohrung (27) aufweist, in die ein zumindest abschnittsweise mit einer zylindrischen Außenkontur ausgebildetes hydraulisches Steuerungsmodul (28) eingefügt ist, und dass das Steuerungsmodul (28) eine Ventilaufnahmebohrung (34) zur zumindest mittelbaren Aufnahme eines Steuerschiebers (35) eines als Wegeventil (29) ausgebildeten Schaltventils sowie zumindest einen Abschnitt (46, 47) einer Ölleitung (24, 25) mit einem in diesem angeordneten Rückschlagventil (31, 32) aufweist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach einem der Patentansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Steuerungsmodul (28) eine Eingangsbohrung (36) zum Anschluss an eine das Pleuellager (23) mit der Aufnahmebohrung (27) verbindende Fluidbohrung (26) für eine Druckmittelversorgung der Verstelleinrichtung und Steuerung des Wegeventils (29) sowie zumindest zwei Ausgangsbohrungen aufweist, wobei die Ausgangsbohrungen mit den Ölleitungen (24 und 25) verbindbar sind, die zwischen der Aufnahmebohrung (27) für das Steuerungsmodul (28) und Druckräumen (21 und 22) von Stützzylindern (19 und 20) der Verstellvorrichtung verlaufen.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Steuerungsmoduls (28) Bohrungen (30, 46, 47, 48, 49) vorgesehen sind, über die ein Steuerraum und sämtliche Arbeitsanschlüsse des Wegeventils (29) und die die Rückschlagventile (31, 32) aufnehmenden Abschnitte (45, 46, 47) von Ölleitungen (24, 25) mit der Fluidbohrung (26) und zum Teil miteinander verbunden sind.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach einem der Patentansprüche 1 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Aufnahmebohrung (27) und einem Außenmantel des Steuerungsmoduls (28) eine formschlüssig wirkende Verdrehsicherung vorgesehen ist.
Anordnung zumindest eines Hydraulikventils nach einem der Patentansprüche 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass ein Gehäuse (33) des Steuerungsmoduls (28) aus einem Wellenzapfen hergestellt ist.
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 ein en in einem kolbenseitigen Pleuelauge (6) des Pleuels (1) angeordneten Exzenterkörper (7), wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume (21, 22) von Stützzylindern (19, 20), in denen jeweils ein Stellkolben (14, 15) verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen (12, 13), die jeweils einen Stellkolben (14, 15) mit dem Exzenterkörper (7) verbinden, aufweist, und mit einer quer zu einer Längserstreckung des Pleuels (1) verlaufenden Aufnahmebohrung (27), gekennzeichnet durch ein in der Aufnahmebohrung (27) angeordnetes Steuerungsmodul (28), das nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 ausgebildet ist.