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Gebiet der Erfindung
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Die Erfindung betrifft ein Umschaltelement zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, welches durch Ölleitungen jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung sowie mit zumindest einer Abströmbohrung verbindbar ist, wobei das in einer Aufnahmebohrung eines Pleuels aufgenommene Umschaltelement einen in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist, wobei die Druckräume zum einen jeweils durch die Ölleitung, in welcher ein Rückschlagventil angeordnet ist, und ein Pleuellager mit einer Ölgalerie und zum anderen durch eine zwischen dem Rückschlagventil und dem Druckraum von der Ölleitung abzweigende Rücklaufbohrung mit dem Umschaltelement verbunden sind, so dass durch das Umschaltelement wahlweise eine der beiden Ölleitungen druckentlastbar ist.
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Weiterhin betrifft die Erfindung eine Anordnung eines Umschaltelements in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei über das Umschaltelement zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils von zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern zumindest mittelbar verbundene Ölrücklaufbohrungen mit zumindest einer Abströmbohrung verbindbar sind, wobei die Druckräume über Ölleitungen, in denen Rückschlagventile vorgesehen sind, mit einem Druckmittelzulauf verbunden sind, wobei das in einer Aufnahmebohrung des Pleuels anordenbare Umschaltelement einen mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist.
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Schließlich betrifft die Erfindung auch 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, wobei die Stelleinrichtung durch ein Umschaltelement verstellbar ist, dessen Steuerraum durch einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist.
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Stand der Technik
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Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressionsraumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftmaschinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luft-Gemisches.
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Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis ε im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.
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Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ε ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z. B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw.
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Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Verstellvorrichtungen bekannt, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen Exzenter verstellt wird, der innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordnet ist. 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.
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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 durch ein als Wegeventil ausgebildetes Umschaltelement gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine jeweils ein Schaltventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.
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Ein Umschaltelement und ein Pleuel gemäß der im jeweiligen Oberbegriff der Patentansprüche 1 und 10 beschriebenen Gattung sind aus der
DE 10 2012 112 434 A1 bekannt. Mittels des Umschaltelements wird eine Verstellvorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine in eine seiner beiden Stellungen angesteuert. Die Verstellvorrichtung ist für eine Veränderung der effektiven Länge des Pleuels mit einem in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenter vorgesehen. 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 durch Ölleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Hydraulikflüssigkeit aus einem Pleuellager versorgt. Von Abschnitten der Ölleitungen, die sich zwischen dem Rückschlagventil und dem Druckraum erstrecken, zweigt jeweils eine Ölrücklaufleitung ab. Innerhalb eines Pleuelschafts des Pleuels sind zwei 2/2-Wegeventile angeordnet, wobei jeder dieser Ölrücklaufleitungen eines der Wegeventile zugeordnet ist. Bei einer ersten Ausführungsform sind beide Wegeventile mit einer Hydraulikfluidentlüftung verbunden, durch die das Druckmittel der jeweiligen Ölrücklaufleitung in das Kurbelgehäuse abgeleitet wird. Nach einer weiteren Ausführungsform soll das Druckmittel aus einem gaskraftseitigen Stützzylinder in das Pleuellager geleitet werden, während der massenkraftseitige Stützzylinder zur Absteuerung des Druckmittels, das sich in diesem befindet, über das diesem zugeordnete Wegeventil mit dem Kurbelgehäuse verbindbar ist.
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Weiterhin ist aus der
DE 10 2010 016 037 A1 ein Umschaltelement zur Betätigung zweier mit einem Verstellelement zusammenwirkenden Stellkolben für eine Vorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bekannt. Das als Wegeventil ausgebildete Umschaltelement weist einen Steuerschieber auf, der mit zwei in axialer Richtung zueinander beabstandeten Steuerkolben gleichen Außendurchmessers versehen ist. Die beiden Steuerkolben verbinden in ihren beiden Positionen wahlweise eine der Ölrücklaufleitungen mit einer Entlüftungsbohrung, durch die das Motoröl drucklos in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine abgeleitet werden kann. An einem Ende des Steuerschiebers befindet sich eine als Kugelschreibermechanik ausgeführte Betätigungseinrichtung, die an einer Stirnfläche mit dem Motoröldruck des Pleuellagers beaufschlagt wird. Die jeweils in einem Steuerzylinder geführten Steuerkolben bilden mit diesen Druckräume, in welche Ölleitungen münden. Im Bodenbereich des jeweiligen Steuerzylinders ist ein Rückschlagventil in dem Pleuel angeordnet. Die Stellkolben sind durch Ölleitungen von dem Pleuellager aus mit Motoröl beaufschlagbar. Die Rückschlagventile verhindern dabei ein Rückfließen des Motoröls aus den Druckräumen der Steuerzylinder zurück in Ölleitungen bzw. in einen Motorinnenraum der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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Ein Umschaltelement der im Oberbegriff des unabhängigen Patentanspruchs 2 angegebenen Gattung ist aus der
DE 10 2012 112 461 A1 bekannt. Dabei ist in eine parallel zur Längsmittelachse des Pleuellagerauges verlaufende Aufnahmebohrung ein als hülsenförmiges Verbindungselement bezeichnetes Gehäuse des Umschaltventils eingesetzt, das eine erste und eine zweite jeweils mit Hydraulikflüssigkeitsleitungen verbundene Bohrungen sowie eine mit einem Entlüftungskanal verbundene Entlüftungsbohrung aufweist. Der im Gehäuse längsverschiebbare Schieber weist eine T-förmige Nut auf, über die wahlweise eine der beiden Bohrungen mit der Entlüftungsbohrung verbunden wird. Für die Verstellung des Schiebers jede seiner beiden Schaltstellungen soll ein mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigten Stellgliedes übertragener Betätigungsimpuls vorgesehen sein.
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Offenbarung der Erfindung
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Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Umschaltelement für die Steuerung einer Verstellvorrichtung zur Änderung der Verdichtung einer Zylindereinheit sowie ein Pleuel bereitzustellen, welche sich durch einen kompakten Aufbau auszeichnen.
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Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche 1, 2 und 10 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.
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Danach wird ein Umschaltelement zur Steuerung einer Verstellvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgeschlagen. Das Umschaltelement ist durch Ölleitungen jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Verstellvorrichtung sowie mit zumindest einer Abströmbohrung verbindbar. Hierzu wird das ein Modulgehäuse aufweisende Umschaltelement in einer Aufnahmebohrung eines Pleuels aufgenommen. Das Umschaltelement weist einen in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber auf, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist. Die Druckräume sind zum einen jeweils durch die Ölleitung, in welcher ein Rückschlagventil angeordnet ist, und ein Pleuellager mit einer Ölgalerie und zum anderen durch eine zwischen dem Rückschlagventil und dem Druckraum von der Ölleitung abzweigende Rücklaufbohrung mit dem Umschaltelement verbunden, so dass durch das Umschaltelement wahlweise eine der beiden Ölleitungen druckentlastbar ist.
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Erfindungsgemäß sollen dabei die Rückschlagventile in das Modulgehäuse des Umschaltelements integriert sein. Die bisherige Anordnung der Rückschlagventile in dem Pleuel wird in das Umschaltelement verlagert, wodurch sich der Aufbau und die Herstellung des Pleuels vereinfachen.
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Die Integration der Rückschlagventile in das insgesamt als zylindrischer Wellenstummel ausgeführte Modulgehäuse führt zu einem kompakten Aufbau des Umschaltelements, da alle für die Steuerung der Verstellvorrichtung erforderlichen Ventile in einem Bauteil zusammengefasst sind. Die Stützzylinder stützen sich in ihrer Endlage nicht mehr auf den Rückschlagventilen ab, wie dies beispielsweise gemäß der
DE 10 2010 016 037 A1 der Fall ist. Die Abstützung der Kolben erfolgt jetzt direkt auf dem Boden der Stützzylinder.
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Das erfindungsgemäße Umschaltelement lässt sich mit einem Teilabschnitt des Modulgehäuses in die als Sackloch ausgebildete Aufnahmebohrung des Pleuels, bevorzugt in einem Bereich, in welchem ein Pleuelschaft in ein Oberteil des Pleuellagergehäuses übergeht, einführen. Vorzugsweise soll das Modulgehäuse in die Aufnahmebohrung einpressbar sein, so dass es sich gegenüber dem Pleuel nicht verdrehen kann. Es können aber auch zusätzliche Sicherungsmittel, die das Verdrehen oder ein Herauswandern des Steuerungsmoduls im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus der Aufnahmebohrung dauerhaft verhindern, vorgesehen sein.
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Hierzu können die Rückschlagventile in senkrecht zur Längsachse des Modulgehäuses verlaufenden Aufnahmebohrungen angeordnet sein. Diese Anordnung der die Rückschlagventile aufnehmenden Aufnahmebohrungen in dem Modulgehäuse weist den Vorteil auf, dass die Anbindung der Rückschlagventile an die Ölleitungen fertigungstechnisch einfach herstellbar ist.
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Vorteilhaft ist es, wenn das Modulgehäuse zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenkontur und zur Aufnahme des Steuerschiebers eine quer verlaufende Durchgangsbohrung aufweist. Wenn das Modulgehäuse in die Aufnahmebohrung eingesetzt und der Steuerschieber in dessen Durchgangsbohrung eingefügt ist, verläuft der Steuerschieber parallel zur Längsmittelachse des Pleuellagers.
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In weiterer Ausgestaltung der Erfindung sollen die Ölleitungen stirnseitig in ein das Modulgehäuse aufnehmendes Sackloch im Pleuel einmünden, wobei ausgehend von einer Anlagefläche des Umschaltelements, in diesem zwei längs verlaufende und mit den Ölleitungen kommunizierende Ölrücklaufbohrung ausgehen. Das Modulgehäuse, das beispielsweise aus einem Wellenstummel hergestellt ist, wird zunächst mit der quer verlaufenden Durchgangsbohrung versehen, die sich nahe des einen Endes des Modulgehäuses befindet. Anschließend werden von dem anderen Ende des Modulgehäuses her die beiden längs verlaufenden Ölrücklaufbohrungen hergestellt, die mit der Durchgangsbohrung verbunden sind.
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Weiterhin kann das Modulgehäuse an seiner zu dem Steuerschieber benachbarten Stirnseite mit Blendenbohrungen versehen sein, welche in die Durchgangsbohrung münden. Durch diese Blendenbohrungen lässt sich das aus dem jeweiligen Druckraum kommende Öl unmittelbar in das Innere eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenbrennkraftmaschine abführen.
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Gemäß einer hierzu alternativen Ausführungsform der Erfindung können zwei Abströmbohrungen in einen in der Außenmantelfläche des Modulgehäuses vorgesehenen Sammelraum einmünden, welcher mit einem Abströmkanal verbunden ist, der in das Innere eines im Pleuellagerauge vorgesehenen Pleuellagers mündet. Somit wird das über die Abströmbohrung aus einem der beiden Stellzylinder abgeführte Druckmittel wieder dem Pleuellager zugeführt, also in das Ölversorgungsnetz rekuperiert. Dadurch können die Druckverluste im Schmierölsystem, die anderenfalls bei einer Umschaltung der am Pleuel vorgesehenen Verstelleinrichtung auftreten könnten, erheblich reduziert werden. An der Außenmantelfläche des Modulgehäuses kann ein entsprechender Sammelraum durch eine Abflachung oder Ausnehmung hergestellt sein, wobei zweckmäßigerweise die beiden Abströmbohrungen, ausgehend von der Durchgangsbohrung V-förmig verlaufend, in diesen Sammelraum einmünden. Der Sammelraum ist dabei weiterhin mit einem Abströmkanal verbunden, der dann in das Innere des Pleuellagers führt.
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Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass bei einer internen Ölrückführung in der jeweiligen Abströmbohrung eine Blende angeordnet ist. Die als separate Bauteile ausgeführten Blenden lassen sich ausgehend von der in den Sammelraum mündenden Öffnung in die jeweilige Abströmbohrung einpressen. Alternativ dazu kann in der jeweiligen Ölrücklaufbohrung eine Blende angeordnet sein. Hierbei erfolgt das Einführen der als separate Bauteile ausgeführten Blenden von der Stirnseite des Modulgehäuses her. In beiden Fällen ist die Anordnung der Blenden derart gewählt, dass ein Nachsaugen nicht über die Blenden in der jeweiligen Abströmbohrung oder der jeweiligen Ölrücklaufbohrung erfolgt.
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Es ist weiterhin vorgesehen, dass der Steuerschieber mechanisch in zwei Schaltstellungen bewegbar ist. Hierzu kann der in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbare Steuerschieber mittels eines Aktuators verschoben werden, welcher abwechselnd an den beiden Stirnflächen mittels Steuerflächen angreift.
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Schließlich soll die vorgenannte Aufgabe auch bei einem Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, gelöst werden. Dieser Pleuel 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, ausgeführt. Dabei ist die Stelleinrichtung durch ein Umschaltelement verstellbar. Hierzu soll ein nach einem der Patentansprüche 1 bis 9 ausgebildetes Umschaltelement verwendet werden.
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Durch die Verwendung eines erfindungsgemäßen Umschaltelements entfällt die Vornahme von der Aufnahme der Rückschlagventile dienenden Bohrungen im Pleuel. Dies vereinfacht die Fertigung des Pleuels. Die Zuführung und Abführung von Öl zu den Stützzylindern erfolgt jeweils über nur eine Bohrung, so dass eine Bohrung zu den Stützzylindern entfallen kann.
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Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche 1, 2 und 10 und den von diesen abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.
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Kurze Beschreibung der Zeichnung
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Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnungen verwiesen, in denen unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:
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1 eine schematische Teilansicht eines Pleuels im Längsschnitt mit einer Verstellvorrichtung, die einem Pleuelauge des Pleuels zugeordnet ist und zwei Stellkolben, einen durch einen Exzenterhebel verdrehbaren Exzenterkörper sowie ein erfindungsgemäßes Umschaltelement aufweist;
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2 einen Längsschnitt entlang einer Linie II-II durch das Pleuel und das Umschaltelement gemäß der 1;
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3 einen Teillängsschnitt durch das Pleuel im Bereich einer oberen Hälfte eines Pleuellagergehäuses, wobei das in diesem angeordnete Umschaltelement über einen Sammelraum mit einer in ein Pleuellager führenden Fluidbohrung verbunden ist;
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4 im Maßstab vergrößert, eine stirnseitige Ansicht des Umschaltelements;
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5 einen Längsschnitt gemäß Linie V-V durch das Umschaltelement der 4;
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6 eine gegenüber der 4 verdrehte Ansicht des Umschaltelements;
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7 eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII gemäß der 6;
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8 eine Schnittansicht entlang Linie VIII-VIII gemäß der 6;
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9 eine perspektivische Ansicht eines Umschaltelements gemäß einer weiteren Ausführungsform;
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10 eine Draufsicht auf das Umschaltelement gemäß 9;
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11 eine Schnittansicht entlang einer Linie XI-XI gemäß 10;
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12 einen Längsschnitt durch ein Umschaltelement gemäß 9 mit einer Schnittansicht entsprechend 5, wobei dieses Umschaltelement aber einen Ölrücklauf in die Ölleitungen herstellen soll;
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13 ein Schaltplan eines innerhalb des Pleuels vorgesehenen Steuersystems.
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Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
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In der 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleueloberteil 3 und einem Pleuelunterteil 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und das Pleuelunterteil 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagergehäuse 5 mit einem Pleuellagerauge 5a, wobei das Pleuellagerauge 5a eine Längsmittelachse 6 aufweist und durch dieses das Pleuel 1 auf einem in der 1 nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert werden soll. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleuelauge 7 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 8 und ein Kolbenbolzenlager 8a ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen angeordnet ist. Durch den drehbar im Kolbenbolzenlager 8a geführten Kolbenbolzen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenterkörper 8 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 8 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
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Der Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen 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 8 ist ein als zweiarmiger Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 9 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 10 und 11 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen mittels der vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 8 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Dabei ist der Stellkolben 14 zur massenkraftseitigen Abstützung des Exzenterhebels 9 vorgesehen, während sich der Stellkolben 15 gaskraftseitig des Exzenterhebels 9 befindet. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 8 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 8 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.
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Die Stellkolben 14 und 15 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 16 und 17, in denen sie geführt sind, Stützzylinder 18 und 19, wobei jeder Stützzylinder 18 bzw. 19 einen Druckraum 20 bzw. 21 aufnimmt. Wie aus der 3 hervorgeht, weist das Pleuellagerauge 5a eine Schmiertasche 48 auf, an welche sich eine im Pleuellagergehäuse 5 angeordnete Fluidbohrung 49 anschließt, wie aus 3 ersichtlich ist. In die Druckräume 20 bzw. 21 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5a angeordneten Pleuellager durch Ölleitungen 24 und 25 einströmen. Hierzu gehen die Ölleitungen 24, 25 von jedem der Druckräume 20 und 21 aus, die beide zu einem erfindungsgemäß ausgebildeten Umschaltelement 26 führen, welches quer zur Längsmittelachse 6 des Pleuellagerauges 5a verläuft. Das Umschaltelement 26 weist einen Steuerschieber 27 auf, der quer zu diesem und folglich parallel zur Längsmittelachse 6, des Pleuellagerauges 5a verläuft.
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In der 2 ist das gemäß der 1 verwendete Umschaltelement 26 im Längsschnitt entlang der Linie B-B dargestellt. Dieses Umschaltelement 26, das in eine als Sackloch ausgebildete Aufnahmebohrung 28 des Pleuels 1 eingepresst ist, weist ein zylindrisches Modulgehäuse 29 auf, welches vorzugsweise aus einem Wellenstummel hergestellt ist. Aus der Darstellung geht hervor, dass das Modulgehäuse 29 eine zentrisch verlaufende Führungsbohrung 30 und, radial beabstandet zu dieser, zwei Rücklaufbohrungen 31 und 32 aufweist. Die beiden Rücklaufbohrungen 31 und 32 fluchten dabei mit Enden der beiden bereits im Zusammenhang mit der 1 erläuterten Ölleitungen 24 und 25.
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Das Modulgehäuse 29 weist weiterhin einen in seinem Außendurchmesser reduzierten Endabschnitt 33 auf, der axial über die Aufnahmebohrung 28 und somit über das Pleuel 1 vorsteht. Innerhalb dieses Endabschnittes 33 befindet sich eine quer zur Längserstreckung des Modulgehäuses 29 verlaufende Durchgangsbohrung 34, in der der Steuerschieber 27 längsverschieblich geführt ist. Dieser weist Stirnflächen 35 und 35a sowie, in axialer Richtung gesehen, in seiner Mitte ein Rastgebirge 36 auf, das aus einer kegelige Rampen 37 aufweisenden Rasterhöhung 38 und beidseitig von diesem befindlichen Rastnuten 39 und 40 besteht. In Richtung der beiden Enden des Steuerschiebers 27 sind die Rastnuten 39 und 40 jeweils durch eine kreisringförmige Flanke 41 und 42 begrenzt. Im Übrigen weist der Steuerschieber 27 zylindrische Außenmantelflächen 43 und 44 auf, die wahlweise eine der Rücklaufbohrungen 31 oder 32 sperren.
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In der Darstellung nach der 2 ist die Rücklaufbohrung 32 durch die zylindrische Außenmantelfläche 43 gesperrt, während die Rücklaufbohrung 31 gegenüber der Rastnut 39 geöffnet ist. Aus der Darstellung geht weiterhin hervor, dass in der Führungsbohrung 30 ein Arretierstift 45 angeordnet ist, der in diesem Fall in die Rastnut 40 eingreift und dabei an der kreisringförmigen Flanke 42 anliegt. Der Arretierstift 45 ist dabei mittels einer Arretierfeder 46 und eines Anschlags 47 gegenüber dem in die Aufnahmebohrung 28 eingesetzten Ende des Modulgehäuses 29 abgestützt. In das Modulgehäuse 29 sind Rückschlagventile 22 und 23 integriert, mittels der der Ölzulauf hin zu dem jeweiligen Druckraum 20. bzw. 21 steuerbar ist. Die Rückschlagventile 22 und 23 sind in Aufnahmebohrungen 22a und 23a angeordnet. Die Aufnahmebohrungen 22a und 23a verlaufen parallel zueinander und sind senkrecht zu der Durchgangsbohrung 34 in dem Modulgehäuse 29 angeordnet. Entsprechende Ventilgehäuse der Rückschlagventile 22 bzw. 23 werden in die jeweilige Aufnahmebohrung 22a bzw. 23a eingepresst.
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Eine Anordnung des Umschaltelements 26 im Pleuellagergehäuse 5, wie sie bereits in der 1 dargestellt ist, geht weiterhin aus der bereits zitierten 3 hervor, wobei in diesem Fall eine Teilansicht einer oberen Hälfte des Pleuellagergehäuses 5 im Schnitt gezeigt ist. Danach weist das Pleuellagerauge 5a eine Schmiertasche 48 auf, in die die Fluidbohrung 49 einmündet. Diese im Pleuellagergehäuse 5 verlaufende Fluidbohrung 49 geht dabei von einem in der Außenmantelfläche des Umschaltelements 26 ausgebildeten Sammelraum 50 aus.
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In den 4 und 5 ist das Umschaltelement 26 als separates Bauteil dargestellt, wobei dieses mit dem bereits in der 2 dargestellten Umschaltelement 26 übereinstimmt. 3 zeigt das Modulgehäuse 29 in einer rückwärtigen Ansicht, in der eine Anlagefläche 51, mit der das Modulgehäuse 29 am Boden der Aufnahmebohrung 28 anliegt, dargestellt ist. Aus der im Maßstab vergrößerten Darstellung des Umschaltelements 26 gemäß der 5 geht hervor, dass an dem von der Durchgangsbohrung 34 abgewandten Ende des Modulgehäuses 29 dieses an einer Stirnseite 51a mit Blendenbohrungen 52 und 53 versehen ist, die jeweils koaxial zu den Rücklaufbohrungen 31 und 32 angeordnet sind. Die Anordnung der Blendenbohrungen 52 und 53 ist für eine externe Ölrückführung vorgesehen. Dabei strömt das Öl in Abhängigkeit von der Schaltstellung des Steuerschiebers 27 durch die entsprechende Blendenbohrung 52 oder 53 in das Innere eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenbrennkraftmaschine ab. Das abgesteuerte Druckmittel wird nicht mehr dem Pleuellager zugeführt sondern gelangt in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine.
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In 6 ist eine gegenüber der 4 verdrehte Ansicht des Umschaltelements 26, also in dessen Draufsicht dargestellt. Die Aufnahmebohrungen 22a bzw. 23a, in welchen die Rückschlagventile 22 bzw. 23 eingepresst sind, gehen vom Sammelraum 50 aus. Das jeweilige Rückschlagventil 22 bzw. 23 umfasst ein Rückschlagventilgehäuse 55 bzw. 56. Die Darstellung gemäß 6 zeigt die Oberseite der Rückschlagventilgehäuse 55 und 56. Das Modulgehäuse 29 weist eine Ausrichtfläche 54 auf.
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7 zeigt eine Schnittansicht entlang der Linie VII-VII gemäß der 6. Die 7 stellt dabei im Wesentlichen eine im Maßstab vergrößerte Ansicht des Umschaltelements 26 der 3 dar.
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In 8 ist eine Schnittansicht entlang der Linie VIII-VIII gemäß der 6 dargestellt. Die Aufnahmebohrungen 22a bzw. 23a gehen von dem Sammelraum 50 aus, wie bereits ausgeführt. Im Inneren des Umschaltelements 26 verlaufen die jeweiligen Ölrücklaufbohrung 31 und 32, die einerseits an die Ölleitungen 24 und 25 sowie andererseits an die Steuerräume bildende Rastnuten 39 und 40 angeschlossen sind. Weiterhin zeigt die Darstellung in 8 den Aufbau der Rückschlagventile 22, 23. Die Rückschlagventile 22, 23 bestehen aus einem kugelförmigen Schließelement 57, 58, einer Druckfeder 59, 60, dem Rückschlagventilgehäuse 55, 56 und einem Rückschlagventildeckel 61, 62. Das Druckmittel gelangt, wie die 3 zeigt, aus der Fluidbohrung 49 in den Sammelraum 50. Aus diesem strömt das Druckmittel über das sich jeweils öffnende Rückschlagventil 22 oder 23 in die entsprechende Ölleitung 24 oder 25. Von diesen zweigen jeweils die Ölrücklaufbohrungen 31 und 32 ab,
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Die 9 stellt ein Umschaltelement 26 gemäß einer alternativen Ausführungsform in einer perspektivischen Ansicht dar. Gemäß dieser Ausführungsform erfolgt die Ölrückführung intern, das heißt, dass das aus dem jeweiligen Druckraum 21 bzw. 22 zurückströmende Öl letztendlich in den Sammelraum 50 zurückfließt. Dadurch werden die Druckverluste im Schmierölsystem erheblich reduziert. Die Darstellung in 10 zeigt eine Draufsicht auf das Umschaltelement 26 gemäß 9. Wie aus den beiden Darstellungen hervorgeht, münden in den Sammelraum 50 Abströmbohrungen 63 und 64, die von der Durchgangsbohrung 34 ausgehen. Die Abströmbohrungen 63 und 64 weisen dabei einen V-förmigen Verlauf auf. Die Abströmbohrung 63 ist der Gaskraftseite, die Abströmbohrung 64 der Massenkraftseite zugeordnet.
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In 11 ist eine Schnittansicht des Umschaltelements 26 entlang der Linie D-D gemäß der 10 dargestellt. Dargestellt ist die mit der Gaskraftseite verbundene Abströmbohrung 63. In die jeweilige Abströmbohrung 63 bzw. 64 ist eine erste Blende 65 bzw. eine zweite Blende 66 eingepresst. Eine alternative Ausgestaltung sieht die Anordnung einer ersten und einer zweiten Blende ausgangsseitig der Abströmbohrungen 63 und 64 auf der dem Sammelraum 50 zugewandten Seite vor.
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Eine weitere alternative Anordnung der ersten Blende 65 und der zweiten Blende 66 ist aus der Darstellung in 12 ersichtlich. Die Darstellung gemäß 12 zeigt einen Längsschnitt durch das Umschaltelement 26 entsprechend der Darstellung in 2. Das Modulgehäuse 29 des Umschaltelements 26 unterscheidet sich von dem in 2 dargestellten dadurch, dass auf der Stirnseite 51a des Modulgehäuses 29 keine Blendenbohrungen vorgesehen sind. Von der in den 11 dargestellten Ausführungsform des Modulgehäuses 29 unterschiedet sich dieses dadurch, dass die erste Blende 65 bzw. die zweite Blende 66 in der jeweiligen Rücklaufbohrung 31 bzw. 32 angeordnet ist. Die erste Blende 65 und die zweite Blende 66 ist in die jeweilige Rücklaufbohrung 31 bzw. 32 respektive Abströmbohrung 63 bzw. 64 eingepresst.
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In 13 ist ein innerhalb des Pleuels 1 vorgesehenes Steuersystem dargestellt. Das Umschaltelement 26 ist als ein hydraulisch betätigbares Wegeventil ausgeführt. Dieses kann auch, wie zuvor erläutert, mechanisch über einen Aktuator, wie z.B. eine Kurvenscheibe betätigbar sein. Das Druckmittel wird durch die nutförmige Schmiertasche 48, die sich nur über einen Teilbereich des Umfangs des Pleuellagers 67 erstreckt, phasenweise der Fluidbohrung 49 zugeführt. Weiterhin sind gemäß der 13 die Ölleitungen 24 und 25, die in die Druckräume 20 und 21 der Stützzylinder 18 und 19 einmünden, derart mit der Fluidbohrung 49 und dem Wegeventil 67 verbunden, dass sie durch die sich bei den Verstellvorgängen wechselweise öffnenden Rückschlagventile 22 und 23 einen Ölzulauf in die Druckräume 20 bzw. 21 ermöglichen, sowie durch die über die Blendenbohrungen 52 und 53 und Ölrücklaufbohrungen 31 und 32 bei entsprechend geschaltetem Wegeventil einen Ölrücklauf in die Fluidbohrung 49 ermöglichen.
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Weiterhin weist dieser Aufbau den Vorteil auf, dass an die Druckräume 20 und 21 nur die Ölleitungen 24 und 25 angeschlossen sind, während zwei Ölrücklaufbohrungen 31 und 32 nur zwischen den Ölleitungen 24 und 25 und dem Wegeventil 67 verlaufen. Der Darstellung kann entnommen werden, dass das in den beiden Schaltstellungen des als Wegeventil ausgebildeten Umschaltelements 26 aus den Ölrücklaufbohrungen 31 und 32 abgeführte Druckmittel wieder der Fluidbohrung 49 und somit dem Pleuellager 67 zugeleitet wird, so dass Öldruckverluste im Pleuellager 67 und folglich auch in der Ölgalerie vermieden werden.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- Pleuel
- 2
- Pleuelschaft
- 3
- Pleueloberteil
- 4
- Pleuelunterteil
- 5
- Pleuellagergehäuse
- 5a
- Pleuellagerauge
- 6
- Längsmittelachse von 5
- 7
- Pleuelauge
- 8
- Exzenterkörper
- 8a
- Kolbenbolzenlager
- 9
- Exzenterhebel
- 10
- Lasche
- 11
- Lasche
- 12
- Kolbenstange
- 13
- Kolbenstange
- 14
- Stellkolben
- 15
- Stellkolben
- 16
- Zylinderbohrung
- 17
- Zylinderbohrung
- 18
- Stützzylinder
- 19
- Stützzylinder
- 20
- Druckraum
- 21
- Druckraum
- 22
- Rückschlagventil
- 22a
- Aufnahmebohrung
- 23
- Rückschlagventil
- 23a
- Aufnahmebohrung
- 24
- Ölleitung
- 25
- Ölleitung
- 26
- Umschaltelement
- 27
- Steuerschieber
- 28
- Aufnahmebohrung
- 29
- Modulgehäuse
- 30
- Führungsbohrung
- 31
- Ölrücklaufbohrung
- 32
- Ölrücklaufbohrung
- 33
- Endabschnitt
- 34
- Durchgangsbohrung
- 35
- Stirnfläche von 27
- 35a
- Stirnfläche von 27
- 36
- Rastgebirge
- 37
- Rampe
- 38
- Rasterhöhung
- 39
- Rastnut
- 40
- Rastnut
- 41
- kreisringförmige Flanke
- 42
- kreisringförmige Flanke
- 43
- Außenmantelfläche
- 44
- Außenmantelfläche
- 45
- Arretierstift
- 46
- Arretierfeder
- 47
- Anschlag
- 48
- Schmiertasche
- 49
- Fluidbohrung
- 50
- Sammelraum
- 51
- Anlagefläche
- 51a
- Stirnseite von 29
- 52
- Blendenbohrung
- 53
- Blendenbohrung
- 54
- Ausrichtfläche
- 55
- Rückschlagventilgehäuse
- 56
- Rückschlagventilgehäuse
- 57
- Schließelement
- 58
- Schließelement
- 59
- Druckfeder
- 60
- Druckfeder
- 61
- Rückschlagventildeckel
- 62
- Rückschlagventildeckel
- 63
- Abströmbohrung
- 64
- Abströmbohrung
- 65
- erste Blende
- 66
- zweite Blende
- 67
- Pleuellager
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102012112434 A1 [0009]
- DE 102010016037 A1 [0010, 0016]
- DE 102012112461 A1 [0011]
