EP3351764A1 - Hydraulikmodul zum steuern eines hydraulikflüssigkeitsstroms eines pleuels für eine brennkraftmaschine mit variabler verdichtung sowie pleuel - Google Patents

Hydraulikmodul zum steuern eines hydraulikflüssigkeitsstroms eines pleuels für eine brennkraftmaschine mit variabler verdichtung sowie pleuel Download PDF

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EP3351764A1
EP3351764A1 EP18150946.4A EP18150946A EP3351764A1 EP 3351764 A1 EP3351764 A1 EP 3351764A1 EP 18150946 A EP18150946 A EP 18150946A EP 3351764 A1 EP3351764 A1 EP 3351764A1
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EP
European Patent Office
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hydraulic
cylinder
hydraulic module
connecting rod
hydraulic fluid
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EP18150946.4A
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English (en)
French (fr)
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EP3351764B1 (de
Inventor
David Huber
Dietmar Schulze
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Eco Holding 1 GmbH
Original Assignee
Eco Holding 1 GmbH
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Publication date
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length

Definitions

  • the invention relates to a hydraulic module for controlling a hydraulic fluid flow of a connecting rod for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length and a connecting rod with such a hydraulic module.
  • a high compression ratio has a positive effect on the efficiency of the internal combustion engine.
  • compression ratio is generally understood the ratio of the entire cylinder space before compression to the remaining cylinder space after compression.
  • the compression ratio may only be selected so high that a so-called "knocking" of the internal combustion engine is avoided during full load operation.
  • the compression ratio could be selected with higher values without "knocking" occurring.
  • the important part load range of a Internal combustion engine can be improved if the compression ratio is variably adjustable. To adjust the compression ratio, for example, systems with variable connecting rod length are known.
  • a hydraulic module for a connecting rod for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjustment device for adjusting an effective connecting rod length is for example from DE 10 2012 020 999 A1 known.
  • An object of the invention is to provide a hydraulic module for a connecting rod for a variable compression internal combustion engine with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length, which has a stable operating behavior.
  • Another object is to provide an improved connecting rod with such a hydraulic module.
  • a hydraulic module for controlling a hydraulic fluid flow of a connecting rod for a variable compression internal combustion engine with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length, wherein the eccentric adjusting device has at least a first cylinder and a second cylinder as hydraulic chambers and wherein both each have an inlet for supplying hydraulic fluid into the cylinder via a supply line and in each case a drain for discharging Hydraulic fluid are provided by the cylinders.
  • At least one movable piston in a housing is present, which is selectively displaceable in a first switching position or a second switching position, wherein in the first switching position, the flow of the second cylinder and in the second switching position, the outlet of the first cylinder is connected to the supply line.
  • the cylinders are each associated with a check valve, which allows a supply of hydraulic fluid into the cylinder and prevents discharge of hydraulic fluid from the cylinders. In this case, the cylinders are connected such that in the second switching position hydraulic fluid can be conducted from the first cylinder into the second cylinder via a channel in the hydraulic module.
  • the first cylinder may be connected as a hydraulic chamber of the adjustable connecting rod, for example the cylinder on a gas side (GKS) of the connecting rod, and at the second working connection, the second cylinder as a hydraulic chamber, for example the cylinder on the mass side ( MKS) of the connecting rod.
  • GKS gas side
  • MKS mass side
  • the corresponding chambers are commonly referred to as GKS chamber or MBS chamber.
  • the speed-dependent acceleration of the relatively long hydraulic fluid columns in the connecting rod of the engine oil used as hydraulic fluid can produce pressure differences. These can be both positive and negative, ie the hydraulic fluid columns can be accelerated to assist in draining and filling the hydraulic chambers of the cylinder of the connecting rod, but also to hinder this. Especially with a cylinder on the mass force side (MBS) of the connecting rod, this effect can have a negative effect.
  • the acceleration of the hydraulic fluid columns can cause that in front of and behind the MKS-side check valve no positive pressure difference longer forms, which causes hydraulic fluid can be nachgeschreibt in the MKS chamber.
  • the GKS-chamber can conduct in the MKS-chamber is lower in the position of compaction ( ⁇ low) nachgealterte hydraulic fluid directly and unthrottled.
  • This can be effected because the hydraulic fluid which presses the GKS chamber in the direction of pressure in the MKS chamber by the connecting rod acting on the gas and mass forces, has a substantially higher pressure than the hydraulic fluid pressure of the hydraulic supply in the bearing shell of the connecting rod. As a result, the hydraulic fluid can be pressed from the GKS chamber into the MKS chamber.
  • the position stability on the rotation, or the stiffness of the connecting rod can increase.
  • the eccentric lever since the hydraulic fluid columns also have a certain flexibility and there is always a certain sinking of the support piston in the filled chamber. If the connecting rod completely returns to the end of the turn, it is called “stable in position". Nevertheless, with a change in the angle of the eccentric, or the lever assembly when resetting the respective support piston could hit the bottom of the chamber, which can affect the life of negative.
  • a pressure-loaded prestressed MBS hydraulic fluid column advantageously sinks less than a non-prestressed hydraulic fluid column. Less sinking means less lever movement, whereby the positional stability can be improved in the position ⁇ low .
  • the hydraulic module according to the invention represents an advantageous design solution for biasing the MBS chamber combined with a hydraulic switching valve and integrated check valves.
  • An advantageous feature is that the hydraulic fluid supply of the MBS chamber via a circumferential groove in a stepped piston of the hydraulic module is deactivated or activated can be.
  • frontal bores introduced into the housing of the hydraulic module are interconnected.
  • the hydraulic module according to the invention advantageously makes possible a hydraulic adjustment of a connecting rod via a quasi-static change of the hydraulic bearing shell pressure. Due to the change in the hydraulic pressure at the supply connection, the stepped piston is displaced in the axial direction counter to or in the direction of the spring force and thus opens or closes the GKS or MKS drain holes in order to initiate the eccentric adjustment.
  • the stepped piston is also provided with a circumferential groove, the already introduced in the housing holes in a defined switching position ⁇ low together and thus allows a bias of the MKS chamber.
  • band check valves are incorporated over the outer periphery of the hydraulic module, which simplify the overall system connecting rod.
  • the band elements can advantageously be provided with slots or holes to allow for a compact space, consistent functionality, and similar band rigidities sufficiently large flow cross-sections and to ensure high functionality in a small space. Conveniently, only 3 holes in Pleuelground stresses are necessary.
  • a locking ring can be introduced in combination with a sealing washer in the housing and the front side welded to the housing.
  • Another alternative hydraulic module could push two inclined planes in one of the two end positions of the stepped piston, which in turn deactivate or activate a hydraulic fluid connection.
  • a switching element may be provided in the piston for controlling the hydraulic fluid flow in the channel.
  • the hydraulic fluid supply of the MBS chamber can advantageously be deactivated or activated via the switching element in the piston.
  • the switching element connects the holes introduced in the housing in one of the two switching positions, preferably in the first switching position for low compression ⁇ low and thus allows a bias of the MKS chamber.
  • the switching element may be provided as a contour shape on the piston.
  • a circumferential groove in the stepped piston can also be a shape contour on the stepped piston be present, which opens a certain spring stroke slider or slider system opens when a certain stroke, which in turn allows a connection between the MKS chamber and GKS chamber.
  • a circumferential groove of the piston which forms part of the channel.
  • the circumferential groove can connect holes introduced in the housing in one of the two switch positions, preferably in the second switch position for low compression ⁇ low , and thus advantageously enable a pretensioning of the MBS chamber.
  • the hydraulic fluid flow in the channel via the circumferential groove by an axial displacement of the piston in the first or switchable second switching position.
  • the drain holes of the GKS chamber and the MBS chamber can be opened or closed in an advantageous manner, so as to initiate an eccentric adjustment.
  • the outlet of the first cylinder in the second switching position, can be connectable via the peripheral groove to the inlet of the second cylinder.
  • the connecting rod can advantageously be switched to a low compression position ⁇ low , in that the hydraulic fluid can be conducted unthrottled from the GKS chamber into the MBS chamber.
  • the outlet of the first cylinder in the second switching position, can be connectable to the circumferential groove via an end-side transverse bore and / or via an oblique bore.
  • end-side bores of the housing can be sealed by means of an annular sealing washer and / or a locking ring.
  • the check valves may be integrated into the hydraulic module.
  • the integration of the check valves in the hydraulic module results in a particularly compact design of the entire hydraulic system of the connecting rod, since only the combined supply and discharge of the hydraulic chambers and a supply line in Pleuelgrund stresses and / or connecting rod cover are provided.
  • At least one of the check valves as a closing element is a substantially annular Have band member which surrounds the housing at least partially on its circumference and is at least partially supported on the housing and by means of which in a closed position working ports are closed.
  • a so-called band check valve represents a particularly compact design of a check valve and also allows a particularly compact design of the hydraulic module including integration in the Pleuelground stresses and / or connecting rod cover.
  • the at least one check valve can open radially outward.
  • Such a band-check valve can be arranged particularly favorable on the outer circumference of the housing of the hydraulic module.
  • the check valve is very easy to install in this way and results in a compact design of the hydraulic module.
  • the band member may have at least one arranged in its peripheral surface radial opening. In this way, a compact space, consistent functionality and similar tape stiffness can be achieved and it can be particularly favorable parallel throttle points to the check valves.
  • the opening may be formed in the circumferential direction as a slot.
  • a favorable throttle point in a band element of a check valve is a slot, which defines the flow resistance by forming its length, which can be suitably varied by the geometric design.
  • the band element may have at least one radially inwardly disposed on its circumference groove.
  • Such arranged on the inside of the band member groove is a favorable alternative to an opening such as a hole or a slot in the circumferential direction of the band member.
  • a connecting rod is proposed for an internal combustion engine with variable compression with an eccentric adjusting device for adjusting an effective connecting rod length with a hydraulic module.
  • the eccentric adjusting device has at least a first cylinder and a second cylinder. In this case, both an inlet for supplying hydraulic fluid into the cylinder via a supply line and in each case a drain for discharging hydraulic fluid from the cylinders are provided in each case.
  • the connecting rod according to the invention advantageously requires only three hydraulic fluid lines in the connecting rod main body, whereby a favorable production can be achieved. Further, only a 3/2-way valve is required as a changeover valve in the hydraulic module, which advantageously simplifies the construction of the connecting rod.
  • the MBS hydraulic chamber can be biased by the GKS hydraulic chamber in the first low compression position ⁇ low . Conveniently, only differential volumes of hydraulic fluid between GKS and MBS hydraulic chamber are thus exchanged with the bearing shell of the connecting rod, ie no additional hydraulic fluid flows via the hydraulic fluid lines in the bearing shells.
  • Check valves and chokes can conveniently be structurally integrated in a hydraulic module. Thus, the hydraulic circuit diagram for both variants without or with additional check valve can be accommodated in a hydraulic module.
  • FIGS. 1 to 17 is an inventive hydraulic module 10 can be seen in various representations and sections. It shows FIG. 1 a side view of the hydraulic module 10 with various marked sectional planes, which for the representations in the FIGS. 3 to 17 were used while FIG. 2 the hydraulic module off FIG. 1 in a perspective view.
  • FIGS. 3 to 7 is the hydraulic module 10 in a first switching position S1 for high compression ⁇ high and in the FIGS. 13 to 17 shown in a second switching position S2 for low compression ⁇ low .
  • the FIGS. 8 to 12 show the hydraulic module 10 and the corresponding sections during a switching operation, ie in a position between the two switching positions S1 and S2.
  • Corresponding hydraulic circuit diagrams of a connecting rod 1 according to the invention are the FIGS. 18 and 19 refer to.
  • the connecting rod 1 according to the invention is in the hydraulic circuit diagrams according to the FIGS. 18 and 19 shown only schematically, but for example from the DE 10 2013 107 127 A1 known, to which express reference is made.
  • the connecting rod 1 for an internal combustion engine with variable compression for example, a not entirely and in detail illustrated eccentric adjusting device 40 for adjusting an effective connecting rod length.
  • This eccentric adjusting device 40 comprises a first cylinder 4 and a second cylinder 5 as hydraulic chambers, wherein both an inlet 6, 7 for supplying hydraulic fluid into the cylinders 4, 5 and in each case a drain 11, 12 for discharging hydraulic fluid from the Cylinders 4, 5 are provided.
  • the trained as a switching valve 41 and functioning hydraulic module 10 has a movable in a housing 3 stage piston 17th which is selectively displaceable in a first switching position S1 or a second switching position S2, wherein in the first switching position S1, the outlet 12 of the second cylinder 5 and in the second switching position S2, the outlet 11 of the first cylinder 4 is connected to a supply line 8.
  • the basic function of the switching valve 41 is also from the DE 10 2013 107 127 A1 known.
  • the cylinders 4, 5 are connected in the hydraulic module 10 according to the invention such that in the second switching position S2 hydraulic fluid from the first cylinder 4 into the second cylinder 5 via a channel 32 in the hydraulic module 10 can be conducted.
  • a switching element 36 is provided for controlling the hydraulic fluid flow in the channel 32, which is provided for example as a circumferential groove 27 of the piston 17, which forms part of the channel 32.
  • the hydraulic fluid flow is in the channel 32 via the circumferential groove 27 by an axial displacement of the piston 17 in the first or second switching position S1, S2 switchable.
  • the outlet 11 of the first cylinder 4 can be connected via the peripheral groove 27 to the inlet 7 of the second cylinder 5.
  • the cylinder 4 represents a hydraulic chamber on the gas-force side (GKS) of the connecting rod 1
  • the cylinder 5 represents a hydraulic chamber on the mass-force side (MCS) of the connecting rod 2.
  • the cylinders 4, 5 each have a check valve 18, 19 assigned in the inlet 6, 7, which allows a supply of hydraulic fluid into the cylinders 4, 5 and prevents the discharge of hydraulic fluid from the cylinders 4, 5.
  • a check valve 18, 19 assigned in the inlet 6, 7, which allows a supply of hydraulic fluid into the cylinders 4, 5 and prevents the discharge of hydraulic fluid from the cylinders 4, 5.
  • Only two check valves 18, 19 are necessary in the context of the invention. Further check valves need not be provided.
  • Inlet 6, 7 and outlet 11, 12 of a cylinder 4, 5 each open into a common line 13, 14 in the cylinder 4, fifth
  • the check valves 18, 19 are integrated in the hydraulic module 10 and have as closing element a substantially annular band member 33, 34 which surrounds the housing 3 at least partially on its circumference and is at least partially supported on the housing 3 and by means of which in a closed position Working connections 21, 22 are closable.
  • the two check valves 18, 19 open radially outward.
  • the band element 33, 34 has in each case at least one radial opening 35 arranged in its peripheral surface, wherein the opening 35 is designed as a slot in the circumferential direction.
  • the band element 33, 34 have at least one radially inwardly disposed on its circumference groove.
  • the outlet 11 of the first cylinder 4 can be connected to the peripheral groove 27 in the second switch position S2 via an end-side transverse bore 28 and / or via an oblique bore 29.
  • the connecting rod 1 In the starting position, the connecting rod 1 is in the switching position S1 for high compression ⁇ high .
  • the GKS hydraulic chamber 4 In this operating state, the GKS hydraulic chamber 4 is filled with hydraulic fluid, for example engine oil, and the MKS hydraulic chamber 5 is preferably throttled via the outlet 12 to the supply line 8, which is connected to a supply source P.
  • the step piston 17 of the hydraulic module 10 takes in the FIGS. 3 to 7 shown position.
  • At least one first working port 21 of the housing 3 of the hydraulic module 10 assigned to the GKS hydraulic chamber 4 is connected to a supply port 20 in communication with the supply line 8, in particular in FIG. 5 is apparent.
  • the connected to the first working port 21, preferably throttled drain 11 is closed by the piston 17, as in particular from FIG. 4 in the longitudinal section according to the sectional plane BB FIG. 2 is apparent.
  • a second, the MKS hydraulic chamber associated working port 22 is connected via the outlet 12 and the radial bore 15 to the supply port 20, so that the MKS hydraulic chamber 5 can empty. As in FIG. 4 can be seen, this is realized over a section of the stepped piston 17.
  • the supply port 20 and the working ports 21, 22 are formed as circumferential annular grooves, in which the inlets 6, 7, runs 11, 12 and other holes open. All holes (inlet 6, 7, drain 11, 12, etc.) in the housing 3 may be provided as a single bore, but are preferably distributed evenly over the circumference of the housing 3 several times.
  • the stepped piston 17 passes over at a defined switching stroke an edge 25 of an overflow channel 26, which from FIG. 8 is apparent. From this point, the pressure-acting surface of the piston 17 increases abruptly, so that the step piston 17 snaps into the other end position or in the switching position S2, which in the FIGS. 13 to 17 is shown.
  • the hydraulic fluid from the GKS hydraulic chamber 4 can flow via the outlet 11 and the supply port 20 throttled to P, while the drain 12 of the MKS hydraulic chamber 5 is closed via the step piston 17.
  • hydraulic fluid can be conducted from the first cylinder 4 into the second cylinder 5 via a channel in the hydraulic module 10.
  • the piston 17 has a circumferential groove 27, which can be activated and deactivated by the switching positions S1, S2.
  • FIGS. 16 and 17 can be removed, the outlet 11 of the first cylinder 4 via one or more end-side transverse bores 28, one or more oblique bores 29 and the circumferential groove 27 with the inlet 7 of the second cylinder 5 unthrottled connectable.
  • the MKS hydraulic chamber 5 sucks in hydraulic fluid (oil) from the circumferential groove 27 of the stepped piston 17 now connected to the GKS hydraulic chamber 4 via the check valve 19. This ensures that hydraulic fluid with GKS chamber pressure is available to the MKS hydraulic chamber 5. As a result, a more reliable filling of the MKS hydraulic chamber 5 is achieved in comparison to a direct suction from the supply source P at gallery pressure.
  • the band check valves 18, 19 are disposed over the outer periphery of the hydraulic module 10, whereby the overall system connecting rod can be simplified.
  • the band members 33, 34 are provided with openings 35 such as slots or holes to allow for a compact space, consistent functionality, and similar band rigidities sufficiently large flow cross-sections.
  • openings 35 such as slots or holes to allow for a compact space, consistent functionality, and similar band rigidities sufficiently large flow cross-sections.
  • a closure ring 30 is introduced into the housing 3 in combination with a sealing washer 31 and welded to the front side of the housing 3.
  • FIG. 20 represents a pressure-stroke diagram of the hydraulic module according to the invention with a hysteresis loop.
  • a stroke of the stepped piston 17 with increasing pressure for a switching from ⁇ high to ⁇ low (solid line) and a stroke curve at falling pressure for a Switching operation from ⁇ low to ⁇ high (wide dashed line).
  • the stroke is shown when switching (narrow dashed line).
  • the illustrated hysteresis loop of the hydraulic module 10 is reflected in a bistable behavior of the connecting rod 1 again. If the pressure in the gallery or the supply source P never increases above a certain switching pressure addition, the connecting rod 1 is always in the operating state ⁇ high . When the switching pressure is exceeded, the connecting rod 1 changes the operating state to ⁇ low . This state is maintained until the gallery pressure again falls below a certain switching pressure, which is lower than in the previous switching operation.
  • the hydraulic module according to the invention is thus a possible design solution for biasing the MKS hydraulic chamber 5 combined with a hydraulic changeover valve and integrated non-return valves 18, 19th
  • the hydraulic fluid supply of the MKS hydraulic chamber 5 via the gallery pressure can advantageously be deactivated and activated via a circumferential groove 27 in the stepped piston 17.
  • a circumferential groove 27 in the stepped piston 17 in the housing 3 of the hydraulic module 10 introduced frontal bores 15, 28, 29 interconnected.
  • a shape contour on the stepped piston 17 is also conceivable which, when a certain stroke is exceeded, opens a spring-loaded slide or slide system, which in turn enables a connection between the MBS chamber 5 and the GKS hydraulic chamber 4.
  • a similar system could push two inclined planes in one of the two end positions, which in turn deactivate or activate an oil connection.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Hydraulikmodul (10) zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms eines Pleuels (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (40) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (40) wenigstens einen ersten Zylinder (4) und einen zweiten Zylinder (5) als Hydraulikkammern aufweist. Modulseitig ist wenigstens ein in einem Gehäuse (3) beweglicher Kolben (17) vorhanden, welcher wahlweise in eine erste Schaltstellung (S1) oder eine zweite Schaltstellung (S2) verlagerbar ist. Den Zylindern (4, 5) ist jeweils ein Rückschlagventil (18, 19) zugeordnet, welches ein Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder (4, 5) ermöglicht und ein Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern (4, 5) verhindert. Die Zylinder (4, 5) sind derart verbunden, dass in der zweiten Schaltstellung (S2) Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder (4) in den zweiten Zylinder (5) über einen Kanal (32) im Hydraulikmodul (10) leitbar ist.
Die Erfindung betrifft ferner einen Pleuel (1) mit einem Hydraulikmodul (10).

Description

    Technisches Gebiet
  • Die Erfindung betrifft ein Hydraulikmodul zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms eines Pleuels für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge sowie einen Pleuel mit einem derartigen Hydraulikmodul.
    • Stand der Technik
  • Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes "Klopfen" der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein "Klopfen" auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt.
  • Eine Hydraulikmodul für einen Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge ist beispielsweise aus der DE 10 2012 020 999 A1 bekannt.
    • Offenbarung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein Hydraulikmodul für einen Pleuel für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge zu schaffen, welches ein stabiles Betriebsverhalten aufweist.
  • Eine weitere Aufgabe ist es, einen verbesserten Pleuel mit einem solchen Hydraulikmodul zu schaffen.
  • Die vorgenannten Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.
  • Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.
  • Es wird nach einem Aspekt der Erfindung ein Hydraulikmodul vorgeschlagen zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms eines Pleuels für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung wenigstens einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder als Hydraulikkammern aufweist und wobei sowohl jeweils ein Zulauf zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder über eine Versorgungsleitung als auch jeweils ein Ablauf zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern vorgesehen sind. Modulseitig ist wenigstens ein in einem Gehäuse beweglicher Kolben vorhanden, welcher wahlweise in eine erste Schaltstellung oder eine zweite Schaltstellung verlagerbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung der Ablauf des zweiten Zylinders und in der zweiten Schaltstellung der Ablauf des ersten Zylinders mit der Versorgungsleitung verbunden ist. Den Zylindern ist jeweils ein Rückschlagventil zugeordnet, welches ein Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder ermöglicht und ein Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern verhindert. Dabei sind die Zylinder derart verbunden, dass in der zweiten Schaltstellung Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder in den zweiten Zylinder über einen Kanal im Hydraulikmodul leitbar ist.
  • An einem ersten Arbeitsanschluss des erfindungsgemäßen Hydraulikmoduls kann der erste Zylinder als Hydraulikkammer des verstellbaren Pleuels, beispielsweise der Zylinder auf einer Gaskraftseite (GKS) des Pleuels, angeschlossen sein und an dem zweiten Arbeitsanschluss kann der zweite Zylinder als Hydraulikkammer, beispielsweise der Zylinder auf der Massenkraftseite (MKS) des Pleuels angeschlossen sein. Die entsprechenden Kammern werden üblicherweise als GKS-Kammer bzw. MKS-Kammer bezeichnet.
  • Die drehzahlabhängige Beschleunigung der im Pleuel befindlichen relativ langen Hydraulikflüssigkeitssäulen des als Hydraulikflüssigkeit verwendeten Motoröls können Druckdifferenzen erzeugen. Diese können sich sowohl positiv als auch negativ auswirken, d.h. die Hydraulikflüssigkeitssäulen können so beschleunigt werden, dass das Entleeren und Füllen der Hydraulikkammern der Zylinder des Pleuels unterstützt wird, aber auch, dass dies behindert wird. Vor allem bei einem Zylinder auf der Massenkraftseite (MKS) des Pleuels kann sich dieser Effekt negativ auswirken. Die Beschleunigung der Hydraulikflüssigkeitssäulen kann bewirken, dass sich vor und hinter dem MKS-seitigen Rückschlagventil keine positive Druckdifferenz mehr ausbildet, die bewirkt, dass in die MKS-Kammer Hydraulikflüssigkeit nachgefördert werden kann. Da die Kammern durch Leckage und andere Effekte immer Hydraulikflüssigkeit verlieren, bewirkt das ein stufenartiges, langsames Verstellen des Exzenters über mehrere Umdrehungen und damit der effektiven Länge des Pleuels von einer Stellung niedriger Verdichtung (εlow), welche der ersten Schaltstellung des Hydraulikmoduls entspricht, in eine Stellung hoher Verdichtung (εhigh), welche der zweiten Schaltstellung des Hydraulikmoduls entspricht. Man spricht dabei vom sogenannten Abdriften. Dies tritt vor allem in Motorlastfällen auf mit hohen Massenkräften (Zugkraft und Druckkraft am Pleuel) und niedrigen Gaskräften (Druckkraft am Pleuel). Eine eventuelle Verstellung des Pleuels in Richtung hoher Verdichtung εhigh durch die Massenkräfte in Zugrichtung kann von den Massenkräften in Druckrichtung und den Gaskräften nicht wieder vollständig zurückgestellt werden.
  • Dieser Effekt kann mit dem erfindungsgemäßen Hydraulikmodul vorteilhaft vermieden werden dadurch, dass die GKS-Kammer die in der Stellung niedriger Verdichtung (εlow) nachgeförderte Hydraulikflüssigkeit direkt und ungedrosselt in die MKS-Kammer leiten kann. Dies kann bewirkt werden, weil die Hydraulikflüssigkeit, die die GKS-Kammer durch die am Pleuel angreifenden Gas- und Massenkräfte in Druckrichtung in die MKS-Kammer drückt, einen wesentlich höheren Druck hat als der Hydraulikflüssigkeitsdruck der Hydraulikversorgung in der Lagerschale des Pleuels. Dadurch kann die Hydraulikflüssigkeit von der GKS-Kammer in die MKS-Kammer gedrückt werden.
  • Neben der Lagestabilität der Exzenter-Verstelleinrichtung des Pleuels in der Stellung εlow, d.h. dass sich nach einer Umdrehung der Pleuel wieder in seiner Endlage εlow befindet, kann sich auch die Lagestabilität über die Umdrehung, bzw. die Steifigkeit des Pleuels erhöhen. Während einer Umdrehung gibt es nämlich immer eine Bewegung des Exzenterhebels, da die Hydraulikflüssigkeitssäulen auch eine gewisse Flexibilität haben und es so immer zu einem gewissen Einsinken des Stützkolbens in der gefüllten Kammer kommt. Stellt sich der Pleuel bis zum Ende der Umdrehung wieder vollständig zurück, spricht man von "lagestabil". Dennoch könnte bei einer Winkeländerung an dem Exzenter, bzw. der Hebelbaugruppe beim Rückstellen der jeweilige Stützkolben auf den Kammerboden schlagen, was sich auf die Lebensdauer negativ auswirken kann. Aus diesem Grund kann die Verstellgeschwindigkeit der Exzenter-Verstelleinrichtung begrenzt werden durch Drosselstellen in den Hydraulikleitungen. Eine mit Druck belastete vorgespannte MKS-Hydraulikflüssigkeitssäule sinkt vorteilhaft weniger ein als eine nicht vorgespannte Hydraulikflüssigkeitssäule. Weniger Einsinken bedeutet weniger Hebelbewegung, wodurch die Lagestabilität in der Stellung εlow verbessert werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikmodul stellt eine vorteilhafte konstruktive Lösung für das Vorspannen der MKS-Kammer kombiniert mit einem hydraulischen Schaltventil und integrierten Rückschlagventilen dar. Ein vorteilhaftes Merkmal ist, dass die Hydraulikflüssigkeitsversorgung der MKS-Kammer über eine Umfangsnut in einem Stufen-Kolben des Hydraulikmoduls deaktiviert oder aktiviert werden kann. Dafür sind in das Gehäuse des Hydraulikmoduls eingebrachte stirnseitige Bohrungen miteinander verschaltet.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikmodul ermöglicht vorteilhaft eine hydraulische Verstellung eines Pleuels über eine quasistatische Änderung des hydraulischen Lagerschalendrucks ab. Durch die Änderung des Hydraulikdrucks an dem Versorgungsanschluss wird der Stufen-Kolben entgegen oder in Richtung der Federkraft in axialer Richtung verschoben und öffnet oder schließt so die GKS- bzw. MKS-Ablaufbohrungen um die Exzenterverstellung einzuleiten.
  • Der Stufen-Kolben ist darüber hinaus mit einer Umfangsnut versehen, die bereits im Gehäuse eingebrachte Bohrungen in einer definierten Schaltstellung εlow miteinander verbindet und somit eine Vorspannung der MKS-Kammer ermöglicht.
  • Des Weiteren sind Band-Rückschlagventile über dem Außenumfang des Hydraulikmoduls eingebracht, die das Gesamtsystem Pleuel vereinfachen. Die Bandelemente können vorteilhaft mit Schlitzen oder Löchern versehen sein, um bei einem kompakten Bauraum, gleichbleibender Funktionalität, sowie ähnlichen Bandsteifigkeiten ausreichend große Strömungsquerschnitte zu ermöglichen und hohe Funktionalität bei geringem Bauraum zu gewährleisten. Dabei sind günstigerweise nur noch 3 Bohrungen im Pleuelgrundkörper notwendig.
  • Um die zusätzlich eingebrachten Bohrungen gegeneinander und nach außen hin abzudichten, kann ein Verschlussring in Kombination mit einer Dichtscheibe in das Gehäuse eingebracht und stirnseitig mit dem Gehäuse verschweißt werden.
  • Ein weiteres alternatives Hydraulikmodul könnte in einer der beiden Endlagen des Stufen-Kolbens zwei schiefe Ebenen aufeinander schieben, die wiederum eine Hydraulikflüssigkeitsverbindung deaktivieren oder aktivieren.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann ein Schaltelement im Kolben zur Steuerung des Hydraulikfluidstroms in dem Kanal vorgesehen sein. Über das Schaltelement im Kolben kann vorteilhaft die Hydraulikflüssigkeitsversorgung der MKS-Kammer deaktiviert oder aktiviert werden. Das Schaltelement verbindet die im Gehäuse eingebrachten Bohrungen in einer der beiden Schaltstellungen, bevorzugt in der ersten Schaltstellung für niedrige Verdichtung εlow und ermöglicht so eine Vorspannung der MKS-Kammer.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Schaltelement als Formkontur auf dem Kolben vorgesehen sein. Alternativ beispielsweise zu einer Umfangsnut im Stufen-Kolben kann auch eine Formkontur auf dem Stufen-Kolben vorhanden sein, die bei Überschreiten eines gewissen Hubs einen federgelagerten Schieber, oder Schiebersystem, öffnet, der wiederum eine Verbindung zwischen MKS-Kammer und GKS-Kammer ermöglicht.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann als Schaltelement eine Umfangsnut des Kolbens vorgesehen sein, welche einen Teil des Kanals bildet. Die Umfangsnut kann im Gehäuse eingebrachten Bohrungen in einer der beiden Schaltstellungen, bevorzugt in der zweiten Schaltstellung für niedrige Verdichtung εlow verbinden und so eine Vorspannung der MKS-Kammer vorteilhaft ermöglichen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann der Hydraulikflüssigkeitsstrom im Kanal über die Umfangsnut durch ein axiales Verschieben des Kolbens in die erste oder zweite Schaltstellung schaltbar sein. Dadurch können in vorteilhafter Weise die Ablaufbohrungen der GKS-Kammer und der MKS-Kammer geöffnet oder geschlossen werden, um so eine Exzenterverstellung einzuleiten.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in der zweiten Schaltstellung der Ablauf des ersten Zylinders über die Umfangsnut mit dem Zulauf des zweiten Zylinders verbindbar sein. Dadurch kann der Pleuel vorteilhaft in eine Stellung niedriger Verdichtung εlow geschaltet werden, indem die Hydraulikflüssigkeit ungedrosselt von der GKS-Kammer in die MKS-Kammer geleitet werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann in der zweiten Schaltstellung der Ablauf des ersten Zylinders über eine stirnseitige Querbohrung und/oder über eine Schrägbohrung mit der Umfangsnut verbindbar sein. Günstigerweise kann die Verschaltung der Hydraulikleitungen im Gehäuse des Hydraulikmoduls über die Umfangsnut durch Querbohrungen und/oder Schrägbohrungen erfolgen. Auf diese Weise ist ein sehr kompakter Aufbau des Hydraulikmoduls möglich.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können stirnseitige Bohrungen des Gehäuses mittels einer ringförmigen Dichtscheibe und/oder eines Verschlussringes abgedichtet vorgesehen sein. Dadurch lässt sich eine dauerhafte Abdichtung der Bohrungen erreichen, so dass eine zuverlässige Funktion des Exzenterverstellmechanismus auf Dauer sichergestellt werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Rückschlagventile in das Hydraulikmodul integriert sein. Durch die Integration der Rückschlagventile in das Hydraulikmodul ergibt sich ein besonders kompakter Aufbau der gesamten Hydraulikanordnung des Pleuels, da nur noch die kombinierten Zuleitungen und Ableitungen der Hydraulikkammern sowie eine Versorgungsleitung im Pleuelgrundkörper und/oder Pleueldeckel vorzusehen sind.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann wenigstens eines der Rückschlagventile als Schließelement ein im Wesentlichen ringförmiges Bandelement aufweisen, welches das Gehäuse wenigstens teilweise auf seinem Umfang umschließt und am Gehäuse wenigstens teilweise abgestützt ist und mittels welchem in einer geschlossenen Position Arbeitsanschlüsse verschließbar sind. Ein solches sogenanntes Bandrückschlagventil stellt eine besonders kompakte Bauform eines Rückschlagventils dar und ermöglicht darüber hinaus einen besonders kompakten Aufbau des Hydraulikmoduls einschließlich Integration in den Pleuelgrundkörper und/oder Pleueldeckel.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das wenigstens eine Rückschlagventil nach radial außen öffnen. Ein solches Band-Rückschlagventil kann besonders günstig auf dem Außenumfang des Gehäuses des Hydraulikmoduls angeordnet werden. Das Rückschlagventil ist auf diese Weise sehr einfach zu montieren und ergibt eine kompakte Bauform des Hydraulikmoduls.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Bandelement wenigstens eine in seiner Umfangsfläche angeordnete radiale Öffnung aufweisen. Auf diese Weise lassen sich ein kompakter Bauraum, gleichbleibende Funktionalität sowie ähnliche Bandsteifigkeiten erreichen und es lassen sich besonders günstig parallele Drosselstellen zu den Rückschlagventilen darstellen.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Öffnung in Umfangsrichtung als Langloch ausgebildet sein. Eine günstige Drosselstelle in einem Bandelement eines Rückschlagventils stellt ein Langloch dar, welches durch Ausbildung seiner Länge den Strömungswiderstand festlegt, der durch die geometrische Ausbildung geeignet variiert werden kann.
  • Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung kann das Bandelement wenigstens eine auf seinem Umfang radial innenliegend angeordnete Nut aufweisen. Eine solche auf der Innenseite des Bandelements angeordnete Nut stellt eine günstige Alternative zu einer Öffnung wie einer Bohrung oder einem Langloch in Umfangsrichtung des Bandelements dar.
  • Nach einem weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Pleuel vorgeschlagen für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge mit einem Hydraulikmodul. Die Exzenter-Verstelleinrichtung weist wenigstens einen ersten Zylinder und einen zweiten Zylinder auf. Dabei sind sowohl jeweils ein Zulauf zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder über eine Versorgungsleitung als auch jeweils ein Ablauf zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern vorgesehen.
  • Der erfindungsgemäße Pleuel benötigt vorteilhaft nur drei Hydraulikflüssigkeitsleitungen im Pleuel-Grundkörper, wodurch eine günstige Fertigung erreicht werden kann. Weiter wird nur ein 3/2-Wegeventil als Umschaltventil im Hydraulikmodul benötigt, was die Konstruktion des Pleuels vorteilhaft vereinfacht. Die MKS-Hydraulikkammer kann von der GKS-Hydraulikkammer in der ersten Schaltstellung niedriger Verdichtung εlow vorgespannt werden. Günstigerweise werden so nur Differenzvolumina an Hydraulikflüssigkeit zwischen GKS- und MKS-Hydraulikkammer mit der Lagerschale des Pleuels ausgetauscht, d.h. es fließt keine zusätzliche Hydraulikflüssigkeit über die Hydraulikflüssigkeitsleitungen in den Lagerschalen. Rückschlagventile und Drosseln lassen sich günstigerweise konstruktiv in einem Hydraulikmodul integrieren. So kann der Hydraulikschaltplan für beide Varianten ohne, bzw. mit zusätzlichem Rückschlagventil in einem Hydraulikmodul untergebracht werden.
    • Kurze Beschreibung der Zeichnungen
  • Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.
    • Es zeigen beispielhaft:
    • Fig. 1
    eine Seitenansicht eines erfindungsgemäßen Hydraulikmoduls mit eingezeichneten Schnittebenen der in den Figuren 3 bis 17 dargestellten Längsschnitte;
    Fig. 2
    das Hydraulikmodul aus Fig. 1 in perspektivischer Darstellung;
    Fig. 3
    einen Längsschnitt in Schnittebene A-A des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer ersten Schaltstellung;
    Fig. 4
    einen Längsschnitt in Schnittebene B-B des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer ersten Schaltstellung;
    Fig. 5
    einen Längsschnitt in Schnittebene C-C des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer ersten Schaltstellung;
    Fig. 6
    einen Längsschnitt in Schnittebene D-D des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer ersten Schaltstellung;
    Fig. 7
    einen Längsschnitt in Schnittebene E-E des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer ersten Schaltstellung;
    Fig. 8
    einen Längsschnitt in Schnittebene A-A des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 während eines Schaltvorganges;
    Fig. 9
    einen Längsschnitt in Schnittebene B-B des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 während eines Schaltvorganges;
    Fig. 10
    einen Längsschnitt in Schnittebene C-C des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 während eines Schaltvorganges;
    Fig. 11
    einen Längsschnitt in Schnittebene D-D des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 während eines Schaltvorganges;
    Fig. 12
    einen Längsschnitt in Schnittebene E-E des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 während eines Schaltvorganges;
    Fig. 13
    einen Längsschnitt in Schnittebene A-A des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer zweiten Schaltstellung;
    Fig. 14
    einen Längsschnitt in Schnittebene B-B des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer zweiten Schaltstellung;
    Fig. 15
    einen Längsschnitt in Schnittebene C-C des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer zweiten Schaltstellung;
    Fig. 16
    einen Längsschnitt in Schnittebene D-D des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer zweiten Schaltstellung;
    Fig. 17
    einen Längsschnitt in Schnittebene E-E des Hydraulikmoduls gemäß Fig. 2 in einer zweiten Schaltstellung;
    Fig. 18
    einen hydraulischen Schaltplan eines erfindungsgemäßen Pleuels mit dem Hydraulikmodul gemäß Fig. 2 in der ersten Schaltstellung;
    Fig. 19
    einen hydraulischen Schaltplan des erfindungsgemäßen Pleuels mit dem Hydraulikmodul gemäß Fig. 2 in der zweiten Schaltstellung und
    Fig. 20
    ein Druck-Hub-Diagramm des erfindungsgemäßen Hydraulikmoduls mit einer Hystereseschleife.
    Ausführungsformen der Erfindung
  • In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.
  • Den Figuren 1 bis 17 ist ein erfindungsgemäßes Hydraulikmodul 10 in verschiedenen Darstellungen und Schnitten zu entnehmen. Dabei zeigt Figur 1 eine Seitenansicht des Hydraulikmoduls 10 mit verschiedenen eingezeichneten Schnittebenen, welche für die Darstellungen in den Figuren 3 bis 17 verwendet wurden, während Figur 2 das Hydraulikmodul aus Figur 1 in perspektivischer Darstellung zeigt. In den Figuren 3 bis 7 ist das Hydraulikmodul 10 in einer ersten Schaltstellung S1 für hohe Verdichtung εhigh und in den Figuren 13 bis 17 in einer zweiten Schaltstellung S2 für niedrige Verdichtung εlow dargestellt. Die Figuren 8 bis 12 zeigen das Hydraulikmodul 10 bzw. die entsprechenden Schnitte während eines Schaltvorganges, d.h. in einer Position zwischen den beiden Schaltstellungen S1 und S2. Entsprechende hydraulische Schaltpläne eines erfindungsgemäßen Pleuels 1 sind den Figuren 18 und 19 zu entnehmen.
  • Der erfindungsgemäße Pleuel 1 ist in den hydraulischen Schaltplänen gemäß den Figuren 18 und 19 lediglich schematisch dargestellt, beispielsweise jedoch aus der DE 10 2013 107 127 A1 bekannt, auf welche ausdrücklich Bezug genommen wird.
  • Wie in den Figuren 18, 19 dargestellt, weist der Pleuel 1 für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung beispielsweise eine nicht gänzlich und im Detail dargestellte Exzenter-Verstelleinrichtung 40 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge auf. Diese Exzenter-Verstelleinrichtung 40 umfasst einen ersten Zylinder 4 und einen zweiten Zylinder 5 als Hydraulikkammern, wobei sowohl jeweils ein Zulauf 6, 7 zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder 4, 5 als auch jeweils ein Ablauf 11, 12 zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern 4, 5 vorgesehen sind. Das als Umschaltventil 41 ausgebildete und funktionierende Hydraulikmodul 10 weist einen in einem Gehäuse 3 beweglichen Stufen-Kolben 17 auf, welcher wahlweise in eine erste Schaltstellung S1 oder eine zweite Schaltstellung S2 verlagerbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung S1 der Ablauf 12 des zweiten Zylinders 5 und in der zweiten Schaltstellung S2 der Ablauf 11 des ersten Zylinders 4 mit einer Versorgungsleitung 8 verbunden ist.
  • Die grundsätzliche Funktion des Umschaltventils 41 ist ebenfalls aus der DE 10 2013 107 127 A1 bekannt.
  • Die Zylinder 4, 5 sind bei dem erfindungsgemäßen Hydraulikmodul 10 derart verbunden, dass in der zweiten Schaltstellung S2 Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder 4 in den zweiten Zylinder 5 über einen Kanal 32 im Hydraulikmodul 10 leitbar ist.
  • Im Kolben 17 des Hydraulikmoduls 10 ist ein Schaltelement 36 zur Steuerung des Hydraulikfluidstroms in dem Kanal 32 vorgesehen, welches beispielsweise als eine Umfangsnut 27 des Kolbens 17 vorgesehen ist, welche einen Teil des Kanals 32 bildet. Der Hydraulikflüssigkeitsstrom ist im Kanal 32 über die Umfangsnut 27 durch ein axiales Verschieben des Kolbens 17 in die erste oder zweite Schaltstellung S1, S2 schaltbar. In der zweiten Schaltstellung S2 ist der Ablauf 11 des ersten Zylinders 4 über die Umfangsnut 27 mit dem Zulauf 7 des zweiten Zylinders 5 verbindbar.
  • Der Zylinder 4 stellt dabei eine Hydraulikkammer auf der Gaskraftseite (GKS) des Pleuels 1 dar, während der Zylinder 5 eine Hydraulikkammer auf der Massenkraftseite (MKS) des Pleuels 2 darstellt.
  • Den Zylindern 4, 5 ist jeweils im Zulauf 6, 7 ein Rückschlagventil 18, 19 zugeordnet, welches ein Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder 4, 5 ermöglicht und ein Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern 4, 5 verhindert. Vorteilhaft sind im Rahmen der Erfindung lediglich zwei Rückschlagventile 18, 19 notwendig. Weitere Rückschlagventile müssen nicht vorgesehen werden. Zulauf 6, 7 und Ablauf 11, 12 eines Zylinders 4, 5 münden jeweils in einer gemeinsamen Leitung 13, 14 in den Zylinder 4, 5.
  • Die Rückschlagventile 18, 19 sind in das Hydraulikmodul 10 integriert und weisen als Schließelement ein im Wesentlichen ringförmiges Bandelement 33, 34 auf, welches das Gehäuse 3 wenigstens teilweise auf seinem Umfang umschließt und am Gehäuse 3 wenigstens teilweise abgestützt ist und mittels welchem in einer geschlossenen Position Arbeitsanschlüsse 21, 22 verschließbar sind. Die beiden Rückschlagventile 18, 19 öffnen nach radial außen. Das Bandelement 33, 34 weist jeweils wenigstens eine in seiner Umfangsfläche angeordnete radiale Öffnung 35 auf, wobei die Öffnung 35 in Umfangsrichtung als Langloch ausgebildet ist. Alternativ kann das Bandelement 33, 34 wenigstens eine auf seinem Umfang radial innenliegend angeordnete Nut aufweisen.
  • Der Ablauf 11 des ersten Zylinders 4 ist in der zweiten Schaltstellung S2 über eine stirnseitige Querbohrung 28 und/oder über eine Schrägbohrung 29 mit der Umfangsnut 27 verbindbar.
  • In der Ausgangslage befindet sich der Pleuel 1 in der Schaltstellung S1 für hohe Verdichtung εhigh. In diesem Betriebszustand ist die GKS-Hydraulikkammer 4 mit Hydraulikflüssigkeit, beispielsweise Motoröl, gefüllt und die MKS-Hydraulikkammer 5 über den Ablauf 12 vorzugsweise gedrosselt mit der Versorgungsleitung 8 verbunden, welche mit einer Versorgungsquelle P verbunden ist. Der Stufen-Kolben 17 des Hydraulikmoduls 10 nimmt die in den Figuren 3 bis 7 dargestellte Position ein.
  • In dieser ersten Schaltstellung S1 ist wenigstens ein erster, der GKS-Hydraulikkammer 4 zugeordneter Arbeitsanschluss 21 des Gehäuses 3 des Hydraulikmoduls 10 mit einem mit der Versorgungsleitung 8 in Verbindung stehenden Versorgungsanschluss 20 verbunden, wie insbesondere in Figur 5 ersichtlich ist. Der Arbeitsanschluss 21, welcher mittels des als Band-Rückschlagventil ausgebildeten Rückschlagventils 18 in Richtung Zylinder 4 öffenbar ist, ist hierfür mit dem als Querbohrung bzw. mehrere Querbohrungen ausgebildeten Zulauf 6 verbunden, welcher über eine oder mehrere Radialbohrungen 15 mit dem Versorgungsanschluss 20 in Verbindung steht.
  • Der mit dem ersten Arbeitsanschluss 21 verbundene, vorzugsweise gedrosselte Ablauf 11 ist durch den Kolben 17 verschlossen, wie insbesondere aus Figur 4 in dem Längsschnitt gemäß der Schnittebene B-B aus Figur 2 ersichtlich ist. Ein zweiter, der MKS-Hydraulikkammer zugeordneter Arbeitsanschluss 22 ist über den Ablauf 12 und der Radialbohrung 15 mit dem Versorgungsanschluss 20 verbunden, so dass sich die MKS-Hydraulikkammer 5 entleeren kann. Wie in Figur 4 ersichtlich ist, wird dies über einen Ausschnitt des Stufen-Kolbens 17 realisiert.
  • Der Versorgungsanschluss 20 sowie die Arbeitsanschlüsse 21, 22 sind als umlaufende Ringnuten ausgebildet, in welche die Zuläufe 6, 7, Abläufe 11, 12 sowie weitere Bohrungen münden. Alle Bohrungen (Zulauf 6, 7, Ablauf 11, 12 etc.) im Gehäuse 3 können als jeweils einzelne Bohrung vorgesehen sein, sind jedoch vorzugsweise mehrfach gleichmäßig über den Umfang des Gehäuses 3 verteilt.
  • Wird der Druck von der Versorgungsquelle P, z.B. der Galeriedruck der Brennkraftmaschine, erhöht, übersteigt die auf eine Stirnfläche 23 des Stufen-Kolbens 17 wirkende Druckkraft die Federkraft einer den Kolben 17 beaufschlagenden Feder 24 und der Kolben 17 bewegt sich entgegen der Federkraft und erlangt eine in den Figuren 8 bis 12 dargestellte Position zwischen den beiden Schaltstellungen S1 und S2.
  • Der Stufen-Kolben 17 überfährt bei einem definierten Schalthub eine Kante 25 eines Überstromkanals 26, welcher aus Figur 8 ersichtlich ist. Ab diesem Punkt vergrößert sich die druckwirkende Fläche des Kolbens 17 schlagartig, sodass der Stufen-Kolben 17 in die andere Endlage bzw. in die Schaltstellung S2 schnappt, welche in den Figuren 13 bis 17 dargestellt ist.
  • Die Hydraulikflüssigkeit aus der GKS-Hydraulikkammer 4 kann über den Ablauf 11 und den Versorgungsanschluss 20 gedrosselt nach P abfließen, während der Ablauf 12 der MKS-Hydraulikkammer 5 über den Stufen-Kolben 17 verschlossen wird.
  • In der zweiten Schaltstellung S2 ist erfindungsgemäß Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder 4 in den zweiten Zylinder 5 über einen Kanal im Hydraulikmodul 10 leitbar. Hierzu weist der Kolben 17 eine Umfangsnut 27 auf, welche durch die Schaltstellungen S1, S2 aktivierbar und deaktivierbar ist.
  • Wie insbesondere den Figuren 16 und 17 entnehmbar ist, ist der Ablauf 11 des ersten Zylinders 4 über eine oder mehrere stirnseitige Querbohrungen 28, eine oder mehrere Schrägbohrungen 29 sowie die Umfangsnut 27 mit dem Zulauf 7 des zweiten Zylinders 5 ungedrosselt verbindbar.
  • Die MKS-Hydraulikkammer 5 saugt also Hydraulikflüssigkeit (Öl) aus der jetzt mit der GKS-Hydraulikkammer 4 verbundenen Umfangsnut 27 des Stufen-Kolbens 17 über das Rückschlagventil 19 an. So wird sichergestellt, dass der MKS-Hydraulikkammer 5 Hydraulikflüssigkeit mit GKS-Kammerdruck zur Verfügung steht. Dadurch wird ein zuverlässigeres Befüllen der MKS-Hydraulikkammer 5 im Vergleich zu einem direkten Ansaugen aus der Versorgungsquelle P bei Galeriedruck erzielt.
  • Fällt der Druck in der Hydraulikgalerie der Brennkraftmaschine bzw. der Versorgungsquelle P wieder ab, bewegt sich der Stufen-Kolben 17 in Federkraftrichtung zurück in die Ausgangslage, d.h. in die Schaltstellung S1. Da die druckwirkende Fläche jedoch immer noch vergrößert ist, wird die Schaltposition des Stufen-Kolbens 17 in anderer Richtung erst bei geringerem Druck erreicht. Es stellt sich ein Hysterese-Verhalten ein, wie in Figur 20 dargestellt.
  • Die Band-Rückschlagventile 18, 19 sind über den Außenumfang des Hydraulikmoduls 10 angeordnet, wodurch das Gesamtsystem Pleuel vereinfacht werden kann. Die Bandelemente 33, 34 sind mit Öffnungen 35 wie beispielsweise Schlitzen oder Löchern versehen, um bei einem kompakten Bauraum, gleichbleibender Funktionalität, sowie ähnlichen Bandsteifigkeiten ausreichend große Strömungsquerschnitte zu ermöglichen. Wie aus den schematischen Schaltplänen gemäß den Figuren 18 und 19 hervorgeht, sind hierzu lediglich drei Bohrungen im Grundkörper des Pleuels 1 notwendig, um das Hydraulikmodul für einen vorteilhaften Betrieb der Exzenter-Verstelleinrichtung 40 zu betreiben.
  • Um die zusätzlich eingebrachten Bohrungen gegeneinander und nach außen hin abzudichten, wird ein Verschlussring 30 in Kombination mit einer Dichtscheibe 31 in das Gehäuse 3 eingebracht und stirnseitig mit dem Gehäuse 3 verschweißt.
  • Figur 20 stellt ein Druck-Hub-Diagramm des erfindungsgemäßen Hydraulikmoduls mit einer Hystereseschleife dar. In dem Diagramm sind ein Hubverlauf des Stufen-Kolbens 17 bei steigendem Druck für einen Schaltvorgang von εhigh nach εlow (durchgezogene Linie) sowie ein Hubverlauf bei fallendem Druck für einen Schaltvorgang von εlow nach εhigh (weit gestrichelte Linie). Weiter ist der Hub beim Umschalten eingezeichnet (eng gestrichelte Linie).
  • Die dargestellte Hystereschleife des Hydraulikmoduls 10 spiegelt sich in einem bistabilen Verhalten des Pleuels 1 wieder. Wird der Druck in der Galerie bzw. der Versorgungsquelle P nie über einen gewissen Schaltdruck hinaus erhöht, befindet sich der Pleuel 1 stets in dem Betriebszustand εhigh. Bei Überschreiten des Schaltdrucks wechselt der Pleuel 1 den Betriebszustand in εlow. Dieser Zustand wird solange gehalten, bis der Galeriedruck wieder einen bestimmten Schaltdruck unterschreitet, der jedoch niedriger ist als in dem vorangegangenen Schaltvorgang.
  • Das erfindungsgemäße Hydraulikmodul ist so eine mögliche konstruktive Lösung für das Vorspannen der MKS-Hydraulikkammer 5 kombiniert mit einem hydraulischen Umschaltventil und integrierten Rückschlagventilen 18, 19.
  • Die Hydraulikflüssigkeitsversorgung der MKS-Hydraulikkammer 5 über den Galeriedruck kann vorteilhaft über eine Umfangsnut 27 im Stufen-Kolben 17 deaktiviert und aktiviert werden. Dafür sind im Gehäuse 3 des Hydraulikmoduls 10 eingebrachte stirnseitige Bohrungen 15, 28, 29 miteinander verschaltet.
  • Alternativ zu einer Umfangsnut 27 im Kolben 17 ist auch eine Formkontur auf dem Stufen-Kolben 17 denkbar, die bei Überschreiten eines gewissen Hubs einen federgelagerten Schieber oder Schiebersystem öffnet, die wiederum eine Verbindung zwischen MKS-Kammer 5 und GKS-Hydraulikkammer 4 ermöglicht.
  • Ein ähnliches System könnte in einer der beiden Endlagen zwei schiefe Ebenen aufeinander schieben, die wiederum eine Ölverbindung deaktivieren oder aktivieren.

Claims (15)

  1. Hydraulikmodul (10) zum Steuern eines Hydraulikflüssigkeitsstroms eines Pleuels (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (40) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge,
    wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (40) wenigstens einen ersten Zylinder (4) und einen zweiten Zylinder (5) als Hydraulikkammern aufweist und wobei sowohl jeweils ein Zulauf (6, 7) zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder (4, 5) über eine Versorgungsleitung (8) als auch jeweils ein Ablauf (11, 12) zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern (4, 5) vorgesehen sind,
    wobei modulseitig wenigstens ein in einem Gehäuse (3) beweglicher Kolben (17) vorhanden ist, welcher wahlweise in eine erste Schaltstellung (S1) oder eine zweite Schaltstellung (S2) verlagerbar ist, wobei in der ersten Schaltstellung (S1) der Ablauf (12) des zweiten Zylinders (5) und in der zweiten Schaltstellung (S2) der Ablauf (11) des ersten Zylinders (4) mit der Versorgungsleitung (8) verbunden ist,
    wobei den Zylindern (4, 5) jeweils ein Rückschlagventil (18, 19) zugeordnet ist, welches ein Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder (4, 5) ermöglicht und ein Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern (4, 5) verhindert, und
    wobei die Zylinder (4, 5) derart verbunden sind, dass in der zweiten Schaltstellung (S2) Hydraulikflüssigkeit aus dem ersten Zylinder (4) in den zweiten Zylinder (5) über einen Kanal (32) im Hydraulikmodul (10) leitbar ist.
  2. Hydraulikmodul nach Anspruch 1, wobei ein Schaltelement (36) im Kolben (17) zur Steuerung des Hydraulikfluidstroms in dem Kanal (32) vorgesehen ist.
  3. Hydraulikmodul nach Anspruch 2, wobei das Schaltelement (36) als Formkontur auf dem Kolben (17) vorgesehen ist.
  4. Hydraulikmodul nach Anspruch 2, wobei als Schaltelement (36) eine Umfangsnut (27) des Kolbens (17) vorgesehen ist, welche einen Teil des Kanals (32) bildet.
  5. Hydraulikmodul nach Anspruch 4, wobei der Hydraulikflüssigkeitsstrom im Kanal (32) über die Umfangsnut (27) durch ein axiales Verschieben des Kolbens (17) in die erste oder zweite Schaltstellung (S1, S2) schaltbar ist.
  6. Hydraulikmodul nach Anspruch 4 oder 5, wobei in der zweiten Schaltstellung (S2) der Ablauf (11) des ersten Zylinders (4) über die Umfangsnut (27) mit dem Zulauf (7) des zweiten Zylinders (5) verbindbar ist.
  7. Hydraulikmodul nach einem der Ansprüche 4 bis 6, wobei in der zweiten Schaltstellung (S2) der Ablauf (11) des ersten Zylinders (4) über eine stirnseitige Querbohrung (28) und/oder über eine Schrägbohrung (29) mit der Umfangsnut (27) verbindbar ist.
  8. Hydraulikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei stirnseitige Bohrungen (6, 28) des Gehäuses (3) mittels einer ringförmigen Dichtscheibe (31) und/oder eines Verschlussringes (30) abgedichtet vorgesehen sind.
  9. Hydraulikmodul nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Rückschlagventile (18, 19) in das Hydraulikmodul (10) integriert sind.
  10. Hydraulikmodul nach Anspruch 9, wobei wenigstens eines der Rückschlagventile (18, 19) als Schließelement ein im Wesentlichen ringförmiges Bandelement (33, 34) aufweist, welches das Gehäuse (3) wenigstens teilweise auf seinem Umfang umschließt und am Gehäuse (3) wenigstens teilweise abgestützt ist und mittels welchem in einer geschlossenen Position Arbeitsanschlüsse (21, 22) verschließbar sind.
  11. Hydraulikmodul nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine Rückschlagventil (18, 19) nach radial außen öffnet.
  12. Hydraulikmodul nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Bandelement (33, 34) wenigstens eine in seiner Umfangsfläche angeordnete radiale Öffnung (35) aufweist.
  13. Hydraulikmodul nach Anspruch 12, wobei die Öffnung (35) in Umfangsrichtung als Langloch ausgebildet ist.
  14. Hydraulikmodul nach Anspruch 10 oder 11, wobei das Bandelement (33, 34) wenigstens eine auf seinem Umfang radial innenliegend angeordnete Nut aufweist.
  15. Pleuel (1) für eine Brennkraftmaschine mit variabler Verdichtung mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung (40) zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, mit einem Hydraulikmodul (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung (40) wenigstens einen ersten Zylinder (4) und einen zweiten Zylinder (5) aufweist und wobei sowohl jeweils ein Zulauf (6, 7) zum Zuführen von Hydraulikflüssigkeit in die Zylinder (4, 5) über eine Versorgungsleitung (8) als auch jeweils ein Ablauf (11, 12) zum Abführen von Hydraulikflüssigkeit von den Zylindern (4, 5) vorgesehen sind.
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