WO2017186213A1 - Kurbeltrieb für eine hubkolbenbrennkraftmaschine - Google Patents

Kurbeltrieb für eine hubkolbenbrennkraftmaschine Download PDF

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WO2017186213A1
WO2017186213A1 PCT/DE2017/100289 DE2017100289W WO2017186213A1 WO 2017186213 A1 WO2017186213 A1 WO 2017186213A1 DE 2017100289 W DE2017100289 W DE 2017100289W WO 2017186213 A1 WO2017186213 A1 WO 2017186213A1
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WO
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connecting rod
fluid channel
oil
crank
bearing
Prior art date
Application number
PCT/DE2017/100289
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English (en)
French (fr)
Inventor
Andreas Nendel
Markus Popp
Original Assignee
Schaeffler Technologies AG & Co. KG
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Publication date
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Publication of WO2017186213A1 publication Critical patent/WO2017186213A1/de

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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00Other engines
    • F02B75/04Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06Adjustable connecting-rods
    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C23/00Bearings for exclusively rotary movement adjustable for aligning or positioning
    • F16C23/10Bearings, parts of which are eccentrically adjustable with respect to each other

Definitions

  • the invention relates to a crank mechanism for a reciprocating internal combustion engine, the cylinder units of which are associated with adjusting the compression ratio with a connecting rod of the respective cylinder unit, which is mounted on a crank pin of a crankshaft via a connecting rod bearing arranged in a connecting rod bearing eye and by means of the adjusting device in its effective length at least two stages is adjustable, and with a switching valve for hydraulic actuation of the actuating device, wherein the switching valve for switching to one of its switching positions via an outgoing from the connecting rod bearing, extending in the connecting rod fluid channel hydraulically with a different control pressures having pressure medium flow is acted upon and wherein the Pleuellager via at least one oil outlet bore of the crank pin, running within the crankshaft oil ducts and a main bearing with an oil gallery of Hu Bkolbenbrennkraftmaschine is connected.
  • the invention also relates to a connecting rod for a reciprocating internal combustion engine with adjustable compression ratio, which is adjustable in two stages to adjust the Verdicht- ratio in its effective length, with at least one hydraulic adjusting device for adjusting the effective length of the connecting rod, the at least one in a piston side Connecting rod eye of the connecting rod arranged eccentric body, at least two acted upon by a hydraulic fluid pressure chambers of support cylinders, in each of which a control piston is displaceably guided, and at least two piston rods, each connecting an actuating piston with the eccentric body, wherein the actuating device is adjustable via a switching valve whose Control chamber is connected via a fluid passage with a connecting rod bearing of the connecting rod.
  • the actuating device is adjustable via a switching valve whose Control chamber is connected via a fluid passage with a connecting rod bearing of the connecting rod.
  • the compression ratio ⁇ of a reciprocating internal combustion engine denotes a ratio of a volume of the entire cylinder space to a volume of the compression space.
  • a change in the compression ratio is particularly advantageous for supercharged reciprocating internal combustion engines with spark ignition, since in this case a low compression ratio is predetermined with regard to the charge pressure achieved with the charge, the compression improving the thermodynamic efficiency in unfavorable regions of a corresponding engine characteristic is to increase.
  • the compression ratio is adjusted via an eccentric, which is arranged within a connecting rod eye of the connecting rod. This eccentric is received on its outer circumferential surface of the connecting rod eye, while an eccentric to the longitudinal center axis of the connecting rod bore extending bore of the eccentric serves as a piston pin bearing for receiving a piston pin.
  • An adjustment of the eccentric by the rotation thereof is effected by the engine forces occurring in the cylinder unit between the connecting rod on the one hand and the piston pin or the crank pin on the other hand, ie load forces resulting from the mass and gas forces. In the working cycle of the cylinder unit, the acting forces change continuously. It is expedient to connect the eccentric with two actuating pistons, which attack on this to its rotation and support via tabs. Thus, the rotational movement supported by the two adjusting pistons and a provision of the eccentric, which can occur due to the forces acting on the eccentric with different directions of force, are avoided.
  • the adjustment of the eccentric in the respective rotational positions is controlled by a switching valve designed as a directional control valve, so that each cylinder unit of the reciprocating internal combustion engine is assigned in each case a switching valve, via which the compression ratio of the cylinder unit is set.
  • a connecting rod which should be mounted according to the preamble of claim 1 on a crank pin of a crankshaft, is known from DE 10 2014 220 175 A1.
  • a hydraulically actuated switching valve for the control of an adjusting device for changing a compression ratio of a reciprocating internal combustion engine is arranged in the connecting rod.
  • the adjusting device has a arranged in a connecting rod eye of a connecting rod eccentric with an eccentric piston pin bore, wherein the eccentric is provided with diametrically extending tabs on which attack on eccentric rods piston.
  • Pressure chambers which are delimited by the respective piston and a guide cylinder formed in the connecting rod, are supplied with oil from a connecting rod bearing via oil feed lines, in each of which a non-return valve which prevents backflow.
  • a further oil return line leading to the aforementioned switching valve.
  • the switching valve consists of a valve spool which can be moved into two different switching positions and a valve housing which accommodates the spool, which in turn is arranged in a receiving bore formed in the connecting rod.
  • the control slide is arranged longitudinally displaceably in a cylindrical housing bore formed by the valve housing and can be acted upon via a control chamber connected to a control connection at a first axially directed end face with a hydraulic control pressure of a fluid channel extending inside the connecting rod.
  • the switching valve has a return spring, with which a second axially directed end face of the valve slide facing away from the first axially directed end face can be acted upon by a restoring force.
  • the connecting rod bearing is supplied with engine oil, with a hydraulic pump which pumps the engine oil being adjustable in its delivery volume.
  • the control valve pressure generated is varied, resulting in a longitudinal displacement of the valve spool in its different switching positions.
  • the object of the invention is to provide a hydraulic control for a switching valve of the generic adjusting device, which prevents the occurring in the control line and the control chamber pressure fluctuations caused by the oscillating movement of the connecting rod and the crank movements of the crank pin will lead to faulty switching of the switching valve.
  • the arrangement of the piston provided with an adjusting device for varying the compression ratio of a corresponding cylinder unit on a crank pin according to DE 10 2014 220 175 A1 has no means for influencing or compensating for the pressure fluctuations occurring in the control line.
  • the device should be designed as a rotation angle-dependent connection between Oiaustrittsbohrung and fluid channel. It is further provided that the blocking of the transition between Oiauseriesbohrung and fluid channel takes place only during a positive pressure change of the control pressure. If the different pressures occurring due to the oscillating oil volume of the oil passages, the oil outlet bore and the fluid channel in the control chamber of the switching valve are plotted in a coordinate system above the respective crank angle of the crankshaft, the result is a sinusoidal curve whose amplitude increases as the rotational speed of the lifting gear increases. piston engine also enlarged. There are sections of this curve, in which, however, only slight pressure fluctuations occur.
  • a connection between the Oiaustrittsbohrung and the fluid channel should be made only in these areas of low pressure fluctuations.
  • the Oiauseriesbohrung are arranged in the crank pin, that it is only connected to the fluid channel of the connecting rod within a phase in which the crank pin is in the region of a bottom dead center.
  • a relatively small negative pressure reduction in the fluid channel results. Therefore, it is expedient to connect the Oiauseriesbohrung with the fluid channel in this phase, in which no pressure change or a negative pressure change occurs.
  • Relative to the crank angle of the crankshaft This may be a phase of its rotational movement, which is between 150 ° and 230 °, when the bottom dead center is assumed to be 180 °.
  • At least one groove section extending in the circumferential direction is intended to be provided in an inner lateral surface of the connecting rod bearing via which the oil outlet bore is connected to the fluid channel within at least one crank angle range of the crankshaft.
  • the connecting rod bearing formed by plain bearing shells on extending in the circumferential direction groove portion which passes during a revolution of the crank pin only over a limited crank angle with the oil outlet hole in coverage, so that only in this phase pressure fluid from the crankshaft can get into the fluid channel.
  • the switching valve based on a longitudinal extension of the connecting rod, is arranged with the smallest possible distance to Pleuellagerauge so that the fluid channel receives only a small volume of oil and this causes only small pressure fluctuations.
  • a circumferentially offset ⁇ lmakerssnut is provided in the bearing shells of the connecting rod bearing, via which the adjusting device is supplied to change the compression ratio via oil supply lines with pressure medium and possibly also connected to a return of the switching valve.
  • the device in which a corresponding blocking of the pressure medium transmission takes place in a certain range of the crank angle, provision is made for the device to be designed as a centrifugal force-actuated shut-off valve. It may be a check valve, the blocking body blocks the fluid channel from a predetermined centrifugal force, which is directed for example in the direction of top dead center of the cylinder unit.
  • a corresponding check valve may for example also be arranged directly upstream of the control chamber of the switching valve.
  • the switching valve for a change in the compression ratio of a Hub piston internal combustion engine with a pressure medium via a crank mechanism can also be provided that its spool moved only by different control pressures in cooperation with a return spring of the switching valve in its two switching positions and held in these becomes.
  • These control pressures may be a normal engine oil pressure, a higher control pressure than this, and a lower reset pressure than the engine oil pressure.
  • the switching valve thus has a longitudinally displaceable in a housing bore, movable in two different switching positions ren spool, which is provided with a first and a second control edge and whose one end face is acted upon by the force of a return spring.
  • the return spring moves the spool to a first shift position and holds it there as long as the control pressure is equal to the reset pressure or the engine oil pressure.
  • About two different control pressures of the spool is movable from this first to a second switching position.
  • a switching of the switching valve from the second switching position to the first switching position is effected in that the reset pressure prevails in the control chamber of the switching valve. Consequently, according to the invention, the entire switching operations of the switching valve and the positioning of the spool in its settings are performed exclusively hydraulically.
  • a reset function is performed at short intervals, so that the positions of all switching valves and consequently all adjustment devices of a reciprocating internal combustion engine are automatically synchronized.
  • This reset function occurs with each switching of the switching valve from its second switching position into the first switching position due to a relative to the operating pressure PM reset reset pressure pRes, through which all switching valves of the reciprocating internal combustion engine are moved by means of the return springs in their defined end position. It is of great importance to prevent pressure pulsations with a large amplitude from occurring in the fluid line and thus in the control chamber as a result of the oscillating oil volume.
  • a device in the region of the outlet of the oil outlet bore and the inlet into the fluid channel, a device is provided, with which during a movement phase of the crank pin and the connecting rod, in which an oil column in the oil channels and in the fluid channel is subjected to acceleration forces, the pressure medium flow blocking or can be throttled.
  • the device is preferably designed as a rotation angle-dependent connection between the oil outlet bore and the fluid channel.
  • a connecting rod for a reciprocating internal combustion engine with adjustable compression ratio which is at least two stages adjustable to adjust the compression ratio in its effective length, with a hydraulic friendshipin- direction for adjusting the effective length of the connecting rod to be provided.
  • the adjusting device has an eccentric body arranged in a piston-side connecting rod eye of the connecting rod, two pressure chambers of supporting cylinders in which an actuating piston is displaceably guided, and two piston rods, wherein the piston rods each connect an actuating piston to the eccentric body. Furthermore, the adjusting device is adjustable via a switching valve whose control chamber is connected via a fluid channel with a connecting rod bearing of the connecting rod. Within the fluid channel or between an oil outlet bore of the crank pin, a device should be arranged and designed in the manner described above.
  • FIG. 1 shows a schematic representation of a in a connecting rod bearing eye of a
  • FIG. 1 is a schematic representation of the arrangement of Figure 1, wherein the connecting rod is in its top dead center
  • Figure 3 is a partial view of a crankshaft with a shaft journal and a
  • crank pin wherein the crank pin is mounted in a connecting rod eye of a connecting rod
  • Figure 4 is a diagram in which the in a fluid passage at different
  • FIG. 5 shows a diagram in which the pressure fluctuations occurring in the fluid channel at different rotational speeds are likewise plotted against the respective crankshaft angle, wherein in this embodiment If an oil outlet bore of the crank pin is connected to the fluid channel exclusively within a phase in which it is in the region of its bottom dead center, and
  • FIG. 6 shows a longitudinal section through a switching valve, which is hydraulically actuated and whose spool is in its first switching position.
  • FIGS. 1 and 2 denoted by 1 is a connecting rod for a cylinder unit of a reciprocating internal combustion engine, which consists of a connecting rod upper part 2, partly designed as a connecting rod shaft, and a connecting rod lower part 3.
  • the connecting rod upper part 2 and the Pleuelunterteil 3 together form a connecting rod bearing eye 4, via which the connecting rod 1 is mounted on a crank pin 5 of a crankshaft 6 shown in sections in FIG.
  • the crankshaft 6 moreover has a plurality of shaft journals 7 with which it is mounted in a main bearing, not shown, of a crankcase of the reciprocating internal combustion engine.
  • the Pleueloberteil 2 is provided with a connecting rod 8, in which an eccentric 9, a piston pin 10 in turn in an eccentric within the eccentric body 9 extending piston pin bearing 1 1 can be arranged bar.
  • piston pin 10 is not shown working piston of a cylinder unit of Hubkolbenbrennkraft- machine received on the eccentric 9, wherein a rotation of the eccentric 9 in one direction to set a relatively low compression ratio and its rotation in the opposite direction to the setting - leads to a higher compression ratio.
  • the eccentric body 9 is adjusted by the in the cylinder unit between the connecting rod 1 on the one hand and the piston pin bearing 1 1 and the crank pin 5 on the other hand occurring engine forces, ie mass and gas forces. During the working process of the cylinder unit, the acting forces change continuously.
  • the Exzenter stresses 9 designed as a two-armed lever eccentric 12 is rotatably connected, the diametrically extending tabs 13 and 14, wherein these are respectively connected via piston rods 15 and 16 with single-acting actuator piston 17 and 18.
  • the piston rods 15 and 16 are each pivotally guided on the lugs 13 and 14 via a bolt 19.
  • the actuating piston 17 and 18 engage on the aforementioned components on the eccentric body 9 to allow this rotation or support it in the respective position.
  • the rotational movement of the eccentric body 9 can be assisted by the adjusting pistons 17 and 18, or its return, which would be effected due to the forces transmitted to the eccentric body 9 with different force directions, be avoided.
  • the actuating pistons 17 and 18 are guided in cylinder bores 20 and 21, wherein they define pressure chambers 22 and 23, respectively.
  • Lubricating oil of the reciprocating internal combustion engine serving as a hydraulic medium can flow into the pressure chambers 22 and 23 from a connecting rod bearing 24 arranged in the connecting rod bearing eye 4 via oil feed lines 25 and 26.
  • an oil return line 27 and 28 which, as is apparent from Figures 1 and 2, both lead to a switching valve 29, which is designed as a 3/2 way valve.
  • the switching valve 29 may be inserted into a valve receiving bore, which extends within the connecting rod shaft, transversely to this, ie parallel to the crank pin 5.
  • a fluid passage 30 as a control line to the switching valve 29 and causes its hydraulic control.
  • a check valve 31 and 32 is respectively arranged, which allows a flow of the pressure medium in the respective pressure chamber 22 and 23, however, prevents a backflow.
  • a hydraulic pump adjustable in its delivery volume which preferably also serves as a lubricating oil pump of the reciprocating internal combustion engine, then conveys the lubricating oil serving as hydraulic fluid via an oil gallery into the main bearing and via the oil inlet bore 33 of the shaft journal 7 shown in FIG Pressure medium via an oil guide 34 which passes through a crank arm 35, guided in the interior of the crank pin 5. From this oil guide 34, the lubricating oil serving as a pressure medium exits via an oil outlet bore 36 provided in the crank pin 5.
  • the fluid channel 30 starts from a first groove section 38 formed in the connecting rod bearing 24, which is produced in the circumferential direction over a partial area of an inner circumferential surface of the connecting rod bearing 24 as a groove-shaped recess.
  • the oil outlet hole 36 opens into this groove portion 38 only when the crank pin 5 and thus the connecting rod 1 are in the range of a bottom dead center.
  • a second provided in the connecting rod bearing 24 groove portion 39 which is offset in the circumferential direction to the first groove portion 38, during another crank angle range of the crankshaft 6, the ⁇ laus- passage bore 36 in a corresponding phase with the Olzulauftechnisch 25 and 26 and connected to a return 40 of the switching valve 29.
  • FIG. 4 shows in a diagram over the crank angle ⁇ (°) the respective pressure changes in the control chamber of the switching valve 29 when a device 37 according to the invention for blocking or throttling the pressure medium transmission into the fluid channel 30 is not provided.
  • the switching valve 29 is shown as a possible embodiment.
  • the switching valve 29 has a cup-shaped outer housing 41, which consequently consists of a hollow cylindrical section 42 and of a head part 43 integrally formed therewith.
  • Within the outer housing 41 extends a designed as a blind bore housing bore 44 in which a spool 45 is guided.
  • control connections 46 which are connected via the fluid channel 30 shown in FIGS. 1 and 2, the oil outlet bore 36 and the oil guide 34 to an oil gallery of the reciprocating internal combustion engine and can be acted upon by different control pressures pwi, pmax and pRes.
  • the hollow piston-like control slide 45 is guided longitudinally displaceably within the housing bore 44 and has a first end face 47 for support on a return spring 48 and a second end face 49 which can be acted upon by a control pressure.
  • the second end face 49 consists of a first circular portion 50, which is formed at the end of a cylindrical recess 51 of the spool 45, and an annular portion 52 which is radially enclosed by a second control edge 53.
  • an inner element 55 is guided by means of its outer circumferential surface 56, wherein this inner element 55, together with the spool 45, assumes the function of a pilot control valve unit 57.
  • the inner member 55 has a reduced diameter end, with which it is pressed into a blind bore of the head part 43.
  • the inner member 55 has a longitudinal bore 58 which is constantly connected to the control ports 46 and which is directed at its other end to a bottom 59 of the cylindrical recess 51 which forms the circular portion 50 and can build up the control pressure thereon.
  • the longitudinal bore 58 together with the control terminals 46 acts as a total control chamber of the switching valve 29.
  • From the longitudinal bore 58 go radial bores 60, via which the longitudinal bore 58 is connectable to a forming upon displacement of the spool 45 in the direction of its second switching position annular space 61.
  • This annular space 61 is bounded by the spool 45 by means of the annular portion 52 of its second end face 49.
  • a circumferential groove 62 is provided on the outer circumferential surface 56 of the inner element 55.
  • the annular space 61 extending from the inside of the spool 45 extending bore portions 63 and 64, connectable to an oil drain hole 65.
  • the outer housing 41 has a first Häanschiuss 66 and a second Häanschiuss 67. In the first switching position of the switching valve 29, which is shown in Figures 6, the spool 45 in the outer housing 41 assumes a position in which a first control edge 68, the first Ulanschususs 66 opens.
  • the interior of the cylindrical recess 51 is connected via at least one provided in the spool 45 transverse bore 69 with a first control edge forming circumferential groove 70 in the outer circumferential surface 71.
  • An entry of this transverse bore 69 is directly adjacent to the bottom 59. If the spool is in the first switching position, pressure medium can flow from the pressure chamber 23 (FIGS. 1 and 2) associated with the gas force side of the cylinder unit of the reciprocating internal combustion engine via the circumferential groove 70, the at least one transverse bore 69 and the longitudinal bore 58 into the control ports 46 ,
  • the return spring 48 is supported in the outer housing 41 via a spring plate 72, which has a direction of the first end face 47 of the spool 45 facing approach 73 on which the return spring 48 is guided radially.
  • the spring plate 72 also acts together with the first end face 47 as Wegbegrenzung for the spool 45.
  • the spring plate 72 has a non-illustrated sequence for a spring chamber 74 accumulating pressure fluid through which this without pressure in a sump, not shown, the reciprocating internal combustion engine is derived.
  • This pressure medium is the residual amount, as explained above, from the annular space 61 via the bore sections 63 and 64, the circumferential groove 62 and the oil drain hole 65 into the spring chamber
  • the outer housing has peripheral grooves 75, 76 and 77 on its outer circumference.
  • the control connections 46 are connected to the fluid line 30.
  • the groove 76 connects the first Ulanschiuss 66 with the Olguriaufieitung 28, the groove 77 the second Häanschius 67 with the Olguriaufieitung 27. Between these grooves 75, 76 and 77 may be provided for receiving further radial grooves radial grooves.

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Abstract

Ein Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, besteht aus einem Pleuel (1) der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagerauge (4) angeordnetes Pleuellager (24) auf einem Kurbelzapfen (5) einer Kurbelwelle (6) gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist. Weiterhin ist ein Schaltventil (29) zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung vorgesehen, das zur Umschaltung in eine seiner Schaltstellungen über einen vom Pleuellager (24) ausgehenden, im Pleuel (1) verlaufenden Fluidkanal (30) hydraulisch mit einem unterschiedliche Steuerdrücke (pM, pmax, und pRes) aufweisenden Druckmittelstrom beaufschlagbar ist. Dabei ist das Pleuellager (24) über zumindest eine Ölaustrittsbohrung (36) des Kurbelzapfens (5), über innerhalb von Kurbelwangen der Kurbelwelle (6) verlaufende Ölführungen (34) und über ein Hauptlager mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden, dabei soll zwischen der Ölaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) eine Einrichtung (37) vorgesehen sein, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens (5) und des Pleuels (1), in der eine Ölsäule in den Ölführungen (34) und im Fluidkanal (30) Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom innerhalb des Fluidkanals (30) oder zwischen der Ölaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) sperr- oder drosselbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung
Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine
Beschreibung
Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft einen Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, mit einem Pleuel der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagerauge angeordnetes Pleuellager auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung in seiner effektiven Länge wenigs- tens zweistufig verstellbar ist, und mit einem Schaltventil zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung, wobei das Schaltventil zur Umschaltung in eine seiner Schaltstellungen über einen vom Pleuellager ausgehenden, im Pleuel verlaufenden Fluidkanal hydraulisch mit einem unterschiedliche Steuerdrücke aufweisenden Druckmittelstrom beaufschlagbar ist und wobei das Pleuellager über zumindest eine Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens, über innerhalb der Kurbelwelle verlaufende Olführungen und über ein Hauptlager mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist.
Des Weiteren betrifft die Erfindung auch ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdich- tungsverhältnisses 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 über ein Schaltventil verstellbar ist, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist. Stand der Technik
Das Verdichtungsverhältnis ε einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet ein Verhältnis eines Volumens des gesamten Zylinderraumes zu einem Volumen des Kompressionsraumes. Eine Steigerung des Wirkungsgrades der Hubkolbenbrennkraftmaschine lässt sich durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses erzielen, woraus insgesamt eine Reduktion des Kraftstoffverbrauchs bei gleicher Leistung der Hubkolbenbrennkraftmaschine resultiert. Bei einer Erhöhung des Verdichtungsver- hältnisses ist allerdings zu berücksichtigen, dass bei fremdgezündeten Hubkolben- brennkraftmaschinen mit der Erhöhung im Volllastbetrieb die Klopfneigung der betreffenden Zylindereinheiten zunimmt. Das Klopfen wird durch eine unkontrollierte Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches hervorgerufen. Im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, könnte hingegen das Verdichtungsverhältnis zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Daraus resultiert aber, dass es insgesamt zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Verdichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben. Je nach Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine müsste daher das Verdichtungsverhältnis entsprechend angepasst, also verändert werden.
Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist im Übrigen besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die mit der Aufladung erzielten Ladedruck insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynami- schen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist.
Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis generell in Abhängigkeit von weiteren Betriebsparametern der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu verändern, wie z.B. von Fahrzuständen des Kraftfahrzeugs, Betriebspunkten der Brennkraftmaschine, Signalen eines Klopfsensors, Abgaswerten usw. Es sind aus dem Stand der Technik unter anderem Vorrichtungen bekannt, bei denen das Verdichtungsverhältnis über einen Exzenter verstellt wird, der innerhalb eines Pleuelauges des Pleuels angeordneten. Dieser Exzenter wird an seiner Außenmantel- fläche vom Pleuelauge aufgenommen, während eine exzentrisch zur Längsmittelachse des Pleuelauges verlaufende Bohrung des Exzenters als Kolbenbolzenlager zur Aufnahme eines Kolbenbolzens dient.
Eine Verstellung des Exzenters durch dessen Verdrehung erfolgt durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel einerseits und dem Kolbenbolzen oder dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Lastkräfte, die aus den Massen- und Gaskräften resultieren. Im Arbeitstakt der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Es ist dabei zweckmäßig, den Exzenter mit zwei Stellkolben zu verbinden, die an diesem zu dessen Verdrehung sowie Abstützung über Laschen angreifen. Somit kann durch die beiden Stellkolben die Drehbewegung unterstützt und eine Rückstellung des Exzenters, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenter wirkenden Kräfte auftreten kann, vermieden werden. Die Verstellung des Exzenters in die jeweiligen Drehlagen wird über ein als Wegeventil ausgebildetes Schaltventil gesteuert, so dass jeder Zylindereinheit der Hubkolben- brennkraftmaschine jeweils ein Schaltventil, über welches das Verdichtungsverhältnis der Zylindereinheit eingestellt wird, zugeordnet ist.
Ein Pleuel, das gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert sein soll, ist aus der DE 10 2014 220 175 A1 bekannt. Dabei ist im Pleuel ein hydraulisch betätigtes Schaltventil für die Steuerung einer Versteilvorrichtung zur Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- brennkraftmaschine angeordnet. Die Versteileinrichtung weist einen in einem Pleuelauge eines Pleuels angeordneten Exzenter mit einer exzentrischen Kolbenbolzenbohrung auf, wobei der Exzenter mit diametral verlaufenden Laschen versehen ist, an denen über Exzenterstangen Kolben angreifen. Druckräume, die durch den jeweiligen Kolben und einem im Pleuel ausgebildeten Führungszylinder begrenzt sind, werden über Ölzulaufleitungen, in denen jeweils ein einen Rückfluss verhinderndes Rückschlagventil angeordnet ist, mit Motoröl aus einem Pleuellager versorgt. Neben der jeweiligen Ölzulaufleitung ist an jeden der beiden Druckräume eine weitere Ölrücklauf- leitung angeschlossen, die zu dem vorstehend genannten Schaltventil führt.
Das Schaltventil besteht aus einem in zwei unterschiedliche Schaltstellungen beweg- baren Steuerschieber und einem den Steuerschieber aufnehmenden Ventilgehäuse, welches seinerseits in einer im Pleuel ausgebildeten Aufnahmebohrung angeordnet ist. Der Steuerschieber ist in einer durch das Ventilgehäuse gebildeten, zylindrischen Gehäusebohrung längsverschiebbar angeordnet und über einen mit einem Steueran- schluss verbundenen Steuerraum an einer ersten axial gerichteten Stirnfläche mit ei- nem hydraulischen Steuerdruck eines innerhalb des Pleuels verlaufenden Fluidkanals beaufschlagbar. Des Weiteren weist das Schaltventil eine Rückstellfeder auf, mit der eine von der ersten axial gerichteten Stirnfläche abgewandte zweite axial gerichtete Stirnfläche des Ventilschiebers mit einer Rückstellkraft beaufschlagbar ist.
Aus einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine wird das Pleuellager mit Mo- toröl versorgt, wobei eine das Motoröl fördernde Hydraulikpumpe in ihrem Fördervolumen verstellbar ist. Dadurch wird dem Fluidkanal erzeugte Steuerdruck variiert, woraus eine Längsverschiebung des Ventilschiebers in seine unterschiedlichen Schaltstellungen resultiert.
Dabei besteht das Problem, dass pulsierende Öldruckschwankungen in dem Fluidkanal und somit im Steuerraum zu unkontrollierbaren Fehlschaltungen des Schaltventils führen. Diese Öldruckschwankungen resultieren aus den auf die Ölsäule der Steuerleitung wirkenden Fliehkräften, die mit zunehmender Motordrehzahl ebenfalls ansteigen. Eine Amplitude der Druckschwankungen nimmt quadratisch mit der Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine zu.
Offenbarung der Erfindung Aufgabe der Erfindung ist es, eine hydraulische Steuerung für ein Schaltventil der gattungsgemäßen Stelleinrichtung zu schaffen, bei der verhindert wird, dass die in der Steuerleitung und im Steuerraum auftretenden Druckschwankungen, die durch die oszillierende Bewegung des Pleuels und die Kurbelbewegungen des Kurbelzapfens hervorgerufen werden, zu Fehlschaltungen des Schaltventils führen. Diese Aufgabe wird durch die unabhängigen Patentansprüche 1 und 9 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.
Zur Vermeidung derartiger Fehlschaltung des Schaltventils soll erfindungsgemäß zwischen der Ölaustrittsbohrung und dem Fluidkanal eine Einrichtung vorgesehen sein, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens und des Pleuels, in der eine Ölsäule in den Ölführungen und im Fluidkanal Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom innerhalb der Fluidbohrung oder zwischen der Ölaustrittsbohrung sperr- oder drosselbar ist.
Bei einem Kurbelradius des Kurbeltriebs von Rcrank= 56,3 mm und einem Kurbelzap- fendurchmesser D= 64,0 mm liegen die bis zur Ölaustrittsöffnung auftretenden Druckänderungen bei einer Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine 4.000 U/min zwischen -0,7 und +4,7 bar, betragen also Δρ= 5,4 bar. Zusätzlich wirken sich die Fliehkräfte auf die Ölsäule des Fluidkanals aus. Bei einem Abstand einer Längsmittelachse der Aufnahmebohrung des Schaltventils vom pleuellagerseitigen Ende des Fluidka- nals, der beispielsweise nur 23,0 mm beträgt, und bei einer ebenfalls 4.000 U/min betragenden Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine liegen die Druckänderungen zwischen pmax= 1 ,9 bar und pmin= 1 ,9 bar, also Δρ= 3,8 bar.
Daher wird erfindungsgemäß verhindert, dass die positiven und negativen Druckspit- zen des oszillatorisch variierten Steuerdrucks, die insbesondere im hohen Drehzahlbereich in einem großen Druckschwankungsbereich liegen, auf den Steuerraum des Schaltventils übertragen werden. In Bewegungsphasen des Kurbelzapfens und somit des Pleuels, in denen hohe Beschleunigungskräfte auf das Druckmittel in der Ölfüh- rung der Kurbelwangen und im Fluidkanal wirken, soll letzterer gesperrt oder dessen Verbindung mit der Ölaustrittsbohrung des Kurbelzapfens unterbrochen sein.
Die hohen Beschleunigungskräfte treten insbesondere bei Erreichen des oberen und des unteren Totpunkts sowie unmittelbar vor und nach Erreichen dieses Drehwinkels der Kurbelwelle auf. Durch die Sperrung des Fluidkanals oder seiner Verbindung zur Ölaustrittsbohrung wird verhindert, dass Druckpulsationen im Fluidkanal zu Fehlschaltungen des Schaltventils führen.
Demgegenüber weist die Anordnung des mit einer Stelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer entsprechenden Zylindereinheit versehenen Pleuels auf einem Kurbelzapfen nach der DE 10 2014 220 175 A1 keine Mittel auf, um die in der Steuerleitung auftretenden Druckschwankungen zu beeinflussen oder zu kompensieren.
Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung soll die Einrichtung als dreh- winkelabhängige Verbindung zwischen Oiaustrittsbohrung und Fluidkanal ausgebildet sein. Dabei ist weiterhin vorgesehen, dass die Sperrung des Übertritts zwischen Oiaustrittsbohrung und Fluidkanal nur während einer positiven Druckänderung des Steuerdruckes erfolgt. Wenn die durch das oszillierende Ölvolumen der Ölführungen, der Oiaustrittsbohrung und des Fluidkanals im Steuerraum des Schaltventils auftretenden unterschiedlichen Drücke in einem Koordinatensystem über dem jeweiligen Kurbelwinkel der Kurbelwelle aufgetragen werden, so ergibt sich insgesamt ein sinusförmiger Kurvenverlauf, dessen Amplitude sich mit zunehmender Drehzahl der Hub- kolbenbrennkraftmaschine ebenfalls vergrößert. Dabei gibt es Abschnitte dieses Kurvenverlaufs, in denen allerdings nur geringfügige Druckschwankungen auftreten. Gemäß der vorgenannten Lösung soll nur in diesen Bereichen geringer Druckschwankungen eine Verbindung zwischen der Oiaustrittsbohrung und dem Fluidkanal hergestellt sein. In diesem Zusammenhang ist weiterhin vorgesehen, dass die Oiaustrittsbohrung derart in dem Kurbelzapfen angeordnet sind, dass sie ausschließlich innerhalb einer Phase, in der sich der Kurbelzapfen im Bereich eines unteren Totpunkts befindet, mit dem Fluidkanal des Pleuels verbunden ist. Bezogen auf eine Nulllinie der Druckschwankungen ergibt sich, selbst bei relativ hohen Drehzahlen der Hubkolbenbrenn- kraftmaschine von etwa 5000 Umdrehungen/min eine verhältnismäßig geringe negative Druckreduzierung im Fluidkanal. Daher ist es zweckmäßig, in dieser Phase, in der keine Druckänderung oder eine negative Druckänderung erfolgt, die Oiaustrittsbohrung mit dem Fluidkanal zu verbinden. Bezogen auf den Kurbelwinkel der Kurbelwelle kann es sich hierbei um eine Phase von deren Drehbewegung handeln, die zwischen 150° und 230° liegt, wenn der untere Totpunkt mit 180° angenommen wird.
In weiterer Ausgestaltung dieser Ausbildung soll in einer Innenmantelfläche des Pleuellagers zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Nutabschnitt vorgesehen sein, über den die Ölaustrittsbohrung innerhalb zumindest eines Kurbelwinkelbereichs der Kurbelwelle mit dem Fluidkanal verbunden ist. Dabei weist das durch Gleitlagerschalen gebildete Pleuellager den in Umfangsrichtung verlaufende Nutabschnitt auf, der während einer Umdrehung des Kurbelzapfens nur über einen begrenzten Kurbelwinkel mit der Ölaustrittsbohrung in Überdeckung gelangt, so dass nur in dieser Phase Druckmittel aus der Kurbelwelle in den Fluidkanal gelangen kann. Dabei ist auch von Vorteil, wenn das Schaltventil, bezogen auf eine Längserstreckung des Pleuels, mit möglichst geringem Abstand zum Pleuellagerauge angeordnet ist, so dass der Fluidkanal nur ein geringes Ölvolumen aufnimmt und dieses nur geringe Druckschwankungen bewirkt. Im Übrigen ist in den Lagerschalen des Pleuellagers eine in Umfangsrichtung versetzte Ölversorgungsnut vorgesehen, über die die Stelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses über Ölzulaufleitungen mit Druckmittel versorgt wird und das eventuell auch mit einem Rücklauf des Schaltventils verbunden ist.
Weiterhin ist alternativ zu vorgenannten Lösungen, bei denen in einem bestimmten Bereich des Kurbelwinkels eine entsprechende Sperrung der Druckmittelübertragung erfolgt, vorgesehen, dass die Einrichtung als fliehkraftbetätigtes Sperrventil ausgebil- det ist. Dabei kann es sich um ein Sperrventil handeln, dessen Sperrkörper ab einer vorgegebenen Fliehkraft, die beispielsweise in Richtung des oberen Totpunkts der Zylindereinheit gerichtet ist, den Fluidkanal sperrt. Ein entsprechendes Sperrventil kann beispielsweise auch dem Steuerraum des Schaltventils unmittelbar vorgeordnet sein. Bei dem Schaltventil für eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hub- kolbenbrennkraftmaschine mit einer Druckmittelbeaufschlagung über einen Kurbeltrieb kann außerdem vorgesehen sein, dass dessen Steuerschieber ausschließlich durch unterschiedliche Steuerdrücke im Zusammenwirken mit einer Rückstellfeder des Schaltventils in seine beiden Schaltstellungen verschoben und in diesen gehalten wird. Bei diesen Steuerdrücken kann es sich um einen normalen Motoröldruck, einen gegenüber diesem erhöhten Steuerdruck sowie einem gegenüber dem Motoröldruck reduzierten Resetdruck handeln. Das Schaltventil weist somit einen in einer Gehäusebohrung längsverschiebbaren, in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegba- ren Steuerschieber auf, der mit einer ersten und einer zweiten Steuerkante versehen ist und dessen eine Stirnfläche mit der Kraft einer Rückstellfeder beaufschlagt wird. Die Rückstellfeder bewegt den Steuerschieber in eine erste Schaltstellung und hält ihn in dieser, solange der Steuerdruck dem Resetdruck oder dem Motoröldruck entspricht. Über zwei unterschiedliche Steuerdrücke ist der Steuerschieber aus dieser ersten in eine zweite Schaltstellung bewegbar. Eine Umschaltung des Schaltventils aus der zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung erfolgt dadurch, dass im Steuerraum des Schaltventils der Resetdruck herrscht. Folglich werden erfindungsgemäß die gesamten Umschaltvorgänge des Schaltventils und die Positionierung des Steuerschiebers in seinen Einstellungen ausschließlich hydraulisch durchgeführt.
Außerdem wird bei der erfindungsgemäßen Lösung in kurzen Intervallen jeweils eine Resetfunktion durchgeführt, so dass die Stellungen sämtlicher Schaltventile und folglich sämtlicher Versteilvorrichtungen einer Hubkolbenbrennkraftmaschine selbsttätig synchronisiert werden. Diese Resetfunktion kommt bei jeder Umschaltung des Schalt- ventils aus seiner zweiten Schaltstellung in die erste Schaltstellung aufgrund eines gegenüber dem Betriebsdruck PM abgesenkten Resetdruck pRes zustande, durch den sämtliche Schaltventile der Hubkolbenbrennkraftmaschine mittels der Rückstellfedern in ihre definierte Endposition bewegt werden. Dabei ist es von großer Bedeutung zu verhindern, dass in der Fluidleitung und somit im Steuerraum durch das oszillierende Ölvolumen Druckpulsationen mit einer großen Amplitude auftreten. Daher ist im Bereich des Austritts der Ölaustrittsbohrung und dem Eintritt in den Fluidkanal eine Einrichtung vorgesehen, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens und des Pleuels, in der eine Ölsäule in den Öl- führungen und im Fluidkanal Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom sperr- oder drosselbar ist. Die Einrichtung ist dabei vorzugsweise als dreh- winkelabhängige Verbindung zwischen der Ölaustrittsbohrung und dem Fluidkanal ausgebildet. Schließlich soll ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit einer hydraulischen Stellein- richtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels versehen sein. Die Stelleinrichtung weist einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenterkörper, zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und zwei Kolbenstangen auf, wobei die Kolbenstangen jeweils einen Stellkolben mit dem Ex- zenterkörper verbinden. Weiterhin ist die Stelleinrichtung über ein Schaltventil verstellbar, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist. Innerhalb des Fluidkanals oder zwischen einer Olaustrittsbohrung des Kurbelzapfens soll in der vorstehend erläuterten Weise eine Einrichtung angeordnet und ausgebildet sein.
Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale der unabhängigen Patentansprüche mit den abhängigen Patentansprüchen beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung des Ausführungsbeispieles oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Verwendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf das dargestellte Ausführungsbeispiel beschränken. Kurze Beschreibung der Zeichnung
Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Figuren verwiesen, in denen ein Ausführungsbeispiel der Erfindung vereinfacht dargestellt ist. Es zeigen: Figur 1 eine schematische Darstellung einen in einem Pleuellagerauge eines
Pleuels gelagerten Kurbelzapfen, wobei das Pleuel mit einer Stelleinrichtung versehen ist und das Pleuel sich in seinem unteren Totpunkt befindet, Figur 2 eine schematische Darstellung der Anordnung aus der Figur 1 , wobei sich das Pleuel in seinem oberen Totpunkt befindet, Figur 3 eine Teilansicht einer Kurbelwelle mit einem Wellenzapfen und einem
Kurbelzapfen, wobei der Kurbelzapfen in einem Pleuellagerauge eines Pleuels gelagert ist,
Figur 4 ein Diagramm, in dem die in einem Fluidkanal bei unterschiedlichen
Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine auftretenden Druckschwankungen über dem jeweiligen Kurbelwellenwinkel eingetragen sind, wobei diese Druckschwankungen ohne die Verwendung einer erfindungsgemäßen Einrichtung auftreten, Figur 5 ein Diagramm, in dem ebenfalls die in dem Fluidkanal bei unterschiedlichen Drehzahlen auftretenden Druckschwankungen über dem jeweiligen Kurbelwellenwinkel eingetragen sind, wobei in diesem Fall eine Ölaus- trittsbohrung des Kurbelzapfens ausschließlich innerhalb einer Phase, in der dieser sich im Bereich seines unteren Totpunkts befindet, mit dem Fluidkanal verbunden ist und
Figur 6 einen Längsschnitt durch ein Schaltventil, das hydraulisch betätigt ist und dessen Steuerschieber sich in seiner ersten Schaltstellung befindet. Ausführliche Beschreibung der Zeichnung
In den Figuren 1 und 2 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraftmaschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft ausgebildeten Pleueloberteil 2 und einem Pleuelunterteil 3 besteht. Das Pleueloberteil 2 und das Pleuelunterteil 3 bilden gemeinsam ein Pleuellagerauge 4, über welches das Pleuel 1 auf einem Kurbelzapfen 5 einer abschnittsweise in der Figur 3 dargestellten Kurbelwelle 6 gelagert ist. Die Kurbelwelle 6 weist im Übrigen mehrere Wellenzapfen 7 auf, mit denen sie in einem nicht näher dargestellten Hauptlager eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenbrennkraftmaschine gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 2 mit einem Pleuelauge 8 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 9 ein Kolbenbolzen 10 wiederum in einem innerhalb des Exzenterkörpers 9 exzentrisch verlaufenden Kolbenbolzenlager 1 1 anorden- bar ist. Von dem drehbar im Kolbenbolzenlager 1 1 geführten Kolbenbolzen 10 ist ein nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftma- schine am Exzenterkörper 9 aufgenommen, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 9 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstel- lung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt.
Der Exzenterkörper 9 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzenlager 1 1 sowie dem Kurbelzapfen 5 andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Ar- beitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 9 ist ein als zweiarmigen Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 12 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 13 und 14 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 15 und 16 mit einfachwirkenden Stellkolben 17 und 18 verbunden sind. Dabei sind die Kolbenstangen 15 und 16 jeweils über einen Bol- zen 19 schwenkbar an den Laschen 13 und 14 geführt. Die Stellkolben 17 und 18 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 9 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 17 und 18 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 9 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrich- tungen auf den Exzenterkörper 9 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.
Die Stellkolben 17 und 18 sind in Zylinderbohrungen 20 und 21 geführt, wobei sie Druckräume 22 bzw. 23 begrenzen. In die Druckräume 22 bzw. 23 kann als Hydrau- likmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 4 angeordneten Pleuellager 24 über Ölzulaufleitungen 25 und 26 einströmen. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 22 und 23 eine Ölrücklaufleitung 27 bzw. 28 aus, die, wie aus den Figuren 1 und 2 hervorgeht, beide zu einem Schaltventil 29 führen, das als 3/2 -Wegeventil ausgebildet ist. Das Schaltventil 29 kann in eine Ventilaufnahmebohrung eingesetzt sein, die innerhalb des Pleuelschafts, quer zu diesem, also parallel zum Kurbelzapfen 5 verläuft. Von dem Pleuellager 24 führt außerdem ein Fluidkanal 30 als Steuerleitung zu dem Schaltventil 29 und bewirkt dessen hydraulische Steuerung. In den Ölzulaufleitungen 25 und 26 ist jeweils ein Rückschlagventil 31 bzw. 32 angeordnet, das eine Strömung des Druckmittels in den jeweiligen Druckraum 22 bzw. 23 ermöglicht, jedoch eine Rückströmung verhindert.
Eine in ihrem Fördervolumen verstellbare Hydraulikpumpe, die vorzugsweise auch als Schmierölpumpe der Hubkolbenbrennkraftmaschine dient, fördert danach das als Hydraulikflüssigkeit dienende Schmieröl über eine Ölgalerie in das Hauptlager und über die in der Figur 3 gezeigte Öleintrittsbohrung 33 des Wellenzapfens 7. Von die- sem aus wird das Druckmittel über eine Ölführung 34, die durch eine Kurbelwange 35 verläuft, in das Innere des Kurbelzapfens 5 geführt. Aus dieser Ölführung 34 tritt das als Druckmittel dienende Schmieröl über eine im Kurbelzapfen 5 vorgesehene Ölaus- trittsbohrung 36 aus. Aus den Figuren 1 und 2 geht weiterhin hervor, dass ein Eintritt des Fluidkanals 30 und ein austrittsseitiges Ende der Ölaustrittsbohrung 36 eine erfindungsgemäße Einrichtung 37 bilden, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens 5 und des Pleuels 1 , in der eine Ölsäule in der Ölführung 34, der Ölaustrittsbohrung 36 und im Fluidkanal 30 Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom zwi- sehen der Ölaustrittsbohrung 36 und dem Fluidkanal 30 sperrbar ist.
Zu diesem Zweck geht der Fluidkanal 30 von einem ersten im Pleuellager 24 ausgebildeten Nutabschnitt 38 aus, der in Umfangsrichtung über einen Teilbereich einer Innenmantelfläche des Pleuellagers 24 als nutförmige Ausnehmung hergestellt ist. Wie aus der Figur 1 hervorgeht, mündet die Ölaustrittsbohrung 36 nur dann in diesen Nutabschnitt 38, wenn sich der Kurbelzapfen 5 und somit das Pleuel 1 im Bereich eines unteren Totpunkts befinden. Über einen zweiten in dem Pleuellager 24 vorgesehenen Nutabschnitt 39, der in Umfangsrichtung zu dem ersten Nutabschnitt 38 versetzt ist, werden während eines anderen Kurbelwinkelbereichs der Kurbelwelle 6 die Ölaus- trittsbohrung 36 in einer entsprechenden Phase mit den Olzulaufleitung 25 und 26 sowie mit einem Rücklauf 40 des Schaltventils 29 verbunden.
In der Figur 2 nimmt die Kurbelwelle 6 einen Kurbelwinkel ein, in welchem sich der Kurbelzapfen 5 und somit das Pleuel 1 im oberen Totpunkt befinden. In diese Stellung befindet sich die Ölaustrittsbohrung 36 mit keinem der Nutabschnitte 38 oder 39 in Überdeckung und ist somit gesperrt. Der Fluidkanal 30 ist folglich eintrittseitig nicht mehr mit der Ölaustrittsbohrung 36 sowie der Ölführung 34 verbunden. Die Figur 4 zeigt in einem Diagramm über dem Kurbelwinkel φ (°) die jeweiligen Druckänderungen im Steuerraum des Schaltventils 29, wenn eine erfindungsgemäße Einrichtung 37 zur Sperrung oder Drosselung der Druckmittelübertragung in den Fluidkanal 30 nicht vorgesehen ist. Ein gestrichelt dargestellter Kurvenverlauf A zeigt die unterschiedlichen Drücke bei einer Drehzahl der Hubkolbenbrennkraftmaschine von n = 1 .000 U/min. Der Kurvenverlauf B mit einer gepunkteten Linie betrifft eine Drehzahl n = 3.000 U/min, während der Kurvenverlauf C mit einer durchgezogenen Linie eine Drehzahl n = 5.000 U/min kennzeichnet.
Die gleichen Drehzahlen der Hubkolbenbrennkraftmaschine sind in dem Diagramm nach der Figur 5 berücksichtigt, wobei die Kurvenverläufe Α', B' und C in der gleichen Weise wie in Figur 4 gekennzeichnet sind. In diesem Fall ist die Einrichtung 37 vorgesehen, die nur im Bereich des unteren Totpunkts des Kurbelzapfens 5 und des Pleuels 1 eine Verbindung zwischen der Ölaustrittsbohrung 36 und dem Fluidkanal 30 herstellt. Dadurch wird erreicht, dass im Steuerraum des Schaltventils 29 auch bei ei- ner verhältnismäßig hohen Drehzahl n = 5.000 U/min gemäß Kurvenverlauf C kaum Druckänderungen Δρ zu verzeichnen sind. Das gilt auch für die niedrigeren Drehzahlen A' und B'.
In der Figuren 6 ist als ein mögliches Ausführungsbeispiel das Schaltventil 29 darge- stellt. Das Schaltventil 29 weist ein tassenförmiges Außengehäuse 41 auf, welches demzufolge aus einem hohlzylindrischen Abschnitt 42 und aus einem einteilig mit diesem ausgebildeten Kopfteil 43 besteht. Innerhalb des Außengehäuses 41 verläuft eine als Sackbohrung ausgeführte Gehäusebohrung 44, in der ein Steuerschieber 45 geführt ist.
Innerhalb des Kopfteils 43 verlaufen Steueranschlüsse 46, die über den in den Figu- ren 1 und 2 dargestellten Fluidkanal 30, die Ölaustrittsbohrung 36 und die Ölführung 34 mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden sind und mit unterschiedlichen Steuerdrücken pwi, pmax und pRes beaufschlagbar sind. Weiterhin ist der hohlkolbenartig ausgebildete Steuerschieber 45 innerhalb der Gehäusebohrung 44 längsverschiebbar geführt und weist eine erste Stirnfläche 47 zur Abstützung an einer Rückstellfeder 48 und eine mit einem Steuerdruck beaufschlagbare zweite Stirnfläche 49 auf. Die zweite Stirnfläche 49 besteht aus einem ersten kreisförmigen Teilbereich 50, der am Ende einer zylindrischen Ausnehmung 51 des Steuerschiebers 45 gebildet wird, und einem kreisringförmigen Teilbereich 52, der radial von einer zweiten Steuerkante 53 umschlossen ist.
An einer Innenmantelfläche 54 dieser zylindrischen Ausnehmung 51 ist ein Innenelement 55 mittels seiner Außenmantelfläche 56 geführt, wobei dieses Innenelement 55 gemeinsam mit dem Steuerschieber 45 die Funktion einer Vorsteuerventileinheit 57 übernimmt. Dabei weist das Innenelement 55 ein im Durchmesser reduziertes Ende auf, mit dem es in eine Sackbohrung des Kopfteils 43 eingepresst ist.
Das Innenelement 55 weist eine konstant mit den Steueranschlüssen 46 verbundene Längsbohrung 58 auf, die mit ihrem anderen Ende auf einen Boden 59 der zylindrischen Ausnehmung 51 , die den kreisförmigen Teilbereich 50 bildet, gerichtet ist und an diesem den Steuerdruck aufbauen kann. Dabei wirkt die Längsbohrung 58 gemeinsam mit den Steueranschlüssen 46 insgesamt als Steuerraum des Schaltventils 29. Von der Längsbohrung 58 gehen Radialbohrungen 60 aus, über die die Längsbohrung 58 mit einem sich bei Verlagerung des Steuerschiebers 45 in Richtung seiner zweiten Schaltstellung bildenden Ringraum 61 verbindbar ist. Dieser Ringraum 61 ist vom Steuerschieber 45 mittels des kreisringförmigen Teilbereichs 52 seiner zweiten Stirnfläche 49 begrenzt. Weiterhin ist an der Außenmantelfläche 56 des Innenelements 55 eine Umfangsnut 62 vorgesehen. Über diese ist der Ringraum 61 , von dem innerhalb des Steuerschiebers 45 verlaufende Bohrungsabschnitte 63 und 64 ausgehen, mit einer Ölablaufbohrung 65 verbindbar. Neben den Steueranschlüssen 46 weist das Außengehäuse 41 einen ersten Arbeitsanschiuss 66 und einen zweiten Arbeitsanschiuss 67 auf. In der ersten Schaltstellung des Schaltventils 29, die in der Figuren 6 gezeigt ist, nimmt der Steuerschieber 45 in dem Außengehäuse 41 eine Position ein, in der eine erste Steuerkante 68 den ersten Arbeitsanschiuss 66 öffnet. Das Innere der zylindrischen Ausnehmung 51 ist über zumindest eine im Steuerschieber 45 vorgesehene Querbohrung 69 mit einer die erste Steuerkante bildende Umfangsnut 70 in dessen Außenmantelfläche 71 verbunden. Ein Eintritt dieser Querbohrung 69 befindet sich dabei unmittelbar dem Boden 59 be- nachbart. Befindet sich der Steuerschieber in der ersten Schaltstellung, so kann Druckmittel von dem der Gaskraftseite der Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraft- maschine zugeordneten Druckraum 23 (Figuren 1 und 2) über die Umfangsnut 70, die zumindest eine Querbohrung 69 und die Längsbohrung 58 in die Steueranschlüsse 46 strömen.
Die Rückstellfeder 48 ist im Außengehäuse 41 über einen Federteller 72 abgestützt, welcher einen in Richtung der ersten Stirnfläche 47 des Steuerschiebers 45 weisenden Ansatz 73 aufweist, an dem die Rückstellfeder 48 radial geführt ist. Dieser Ansatz
73 wirkt außerdem gemeinsam mit der ersten Stirnfläche 47 als Wegbegrenzung für den Steuerschieber 45. Außerdem weist der Federteller 72 einen nicht näher dargestellten Ablauf für das sich einem Federraum 74 sammelnde Druckmittel auf, über welchen dieses drucklos in eine nicht näher dargestellte Ölwanne der Hubkolben- brennkraftmaschine abgeleitet wird. Bei diesem Druckmittel handelt es sich um die Restmenge, die wie zuvor erläutert, aus dem Ringraum 61 über die Bohrungsab- schnitte 63 und 64, die Umfangsnut 62 und die Ölablaufbohrung 65 in den Federraum
74 gelangt. Im Übrigen weist das Außengehäuse an seinem Außenumfang umlaufende Nuten 75, 76 und 77 auf. Über die Nut 75 stehen die Steueranschlüsse 46 mit der Fluidleitung 30 in Verbindung. Die Nut 76 verbindet den ersten Arbeitsanschiuss 66 mit der Olrückiaufieitung 28, die Nut 77 den zweiten Arbeitsanschiuss 67 mit der Olrückiaufieitung 27. Zwischen diesen Nuten 75, 76 und 77 können weitere Nuten zur Aufnahme von Radialdichtringen vorgesehen sein. Bezuqszeichenliste
1 Pleuel
2 Pleueloberteil
3 Pleuelunterteil
4 Pleuellagerauge
5 Kurbelzapfen
6 Kurbelwelle
7 Wellenzapfen von 6
8 Pleuelauge
9 Exzenterkörper
10 Kolbenbolzen
1 1 Kolbenbolzenlager
12 Exzenterhebel
13 Lasche
14 Lasche
15 Kolbenstange
16 Kolbenstange
17 Stellkolben
18 Stellkolben
19 Bolzen
20 Zylinderbohrung
21 Zylinderbohrung
22 Druckraum
23 Druckraum
24 Pleuellager
25 Ölzulaufleitung
26 Ölzulaufleitung
27 Ölrücklaufleitung
28 Ölrücklaufleitung
29 Schaltventil
30 Fluidkanal
31 Rückschlagventil 32 Rückschlagventil
33 Öleintrittsbohrung
34 Ölführung in 6
35 Kurbelwange
36 Ölaustrittsbohrung
37 Einrichtung zum Sperren eines Druckmittelstromes
38 erster Nutabschnitt in 24
39 zweiter Nutabschnitt in 24
40 Rücklauf
41 Außengehäuse von 29
42 hohlzylindrischer Abschnitt von 41
43 Kopfteil von 41
44 Gehäusebohrung
45 Steuerschieber
46 Steueranschlüsse
47 erste Stirnfläche von 45
48 Rückstellfeder
49 zweite Stirnfläche von 45
50 kreisförmiger Teilbereich von 49
51 zylindrische Ausnehmung von 45
52 kreisringförmiger Teilbereich von 49
53 zweite Steuerkante
54 Innenmantelfläche von 51
55 Innenelement
56 Außenmantelfläche von 55
57 Vorsteuerventileinheit
58 Längsbohrung von 55
59 Boden von 51
60 Radialbohrungen in 55
61 Ringraum
62 Umfangsnut von 46
63 Bohrungsabschnitt
64 Bohrungsabschnitt
65 Ölablaufbohrung 66 erster Arbeitsanschluss
67 zweiter Arbeitsanschluss
68 erste Steuerkante von 45
69 Querbohrung von 45
70 Umfangsnut in 45
71 Außenmantelfläche von 45
72 Federteller
73 Ansatz von 72
74 Federraum
75 Nut
76 Nut
77 Nut
PM Betriebsdruck
pmax erhöhter Steuerdruck
PRes Resetdruck
A Kurvenverlauf bei n = 1 .000 U/min ohne Einrichtung 37 B Kurvenverlauf bei n = 3.000 U/min ohne Einrichtung 37 C Kurvenverlauf bei n = 5.000 U/min ohne Einrichtung 37
Kurvenverlauf bei n 1 .000 U/min mit Einrichtung 37 Kurvenverlauf bei n 3.000 U/min mit Einrichtung 37 Kurvenverlauf bei n 5.000 U/min mit Einrichtung 37

Claims

Patentansprüche
1 . Kurbeltrieb für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine, deren Zylindereinheiten Stelleinrichtungen zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses zugeordnet sind, mit einem Pleuel (1 ) der jeweiligen Zylindereinheit, das über ein in einem Pleuellagerauge (4) angeordnetes Pleuellager (24) auf einem Kurbelzapfen (5) einer Kurbelwelle (6) gelagert ist und mittels der Stelleinrichtung in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, und mit einem Schaltventil (29) zur hydraulischen Betätigung der Stelleinrichtung, wobei das Schaltventil (29) zur Umschaltung in eine seiner Schaltstellungen über einen vom Pleuellager (24) ausgehenden, im Pleuel (1 ) verlaufenden Fluidkanal (30) hydraulisch mit einem unterschiedliche Steuerdrücke (PM, pmax und pRes) aufweisenden Druckmittelstrom beaufschlagbar ist und wobei das Pleuellager (24) über zumindest eine Olaustrittsbohrung (36) des Kurbelzapfens (5), über innerhalb von Kurbelwangen (35) der Kurbelwelle (6) verlaufende Ölführungen (34) und über ein Hauptlager mit einer Ölgalerie der Hubkolbenbrennkraftmaschine verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen der Olaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) eine Einrichtung (37) vorgesehen ist, mit der während einer Bewegungsphase des Kurbelzapfens (5) und des Pleuels (1 ), in der eine Ölsäule in den Ölführungen (34) und im Fluidkanal (30) Beschleunigungskräften ausgesetzt ist, der Druckmittelstrom innerhalb des Fluidkanals (30) oder zwischen der Olaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) sperr- oder drosselbar ist.
2. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (37) als drehwinkelabhängige Verbindung zwischen der Olaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) ausgebildet ist.
3. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Sperrung des Übertritts zwischen der Olaustrittsbohrung (36) und dem Fluidkanal (30) nur während einer positiven Druckänderung des Steuerdruckes erfolgt.
4. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Ölaus- trittsbohrung (36) ausschließlich innerhalb einer im Bereich eines unteren Totpunkts des Pleuels liegenden Phase mit dem Fluidkanal (30) verbunden ist.
5. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Innenmantelfläche des Pleuellagers (24) zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Nutabschnitt (38) vorgesehen ist, über den die Ölaustrittsbohrung (36) innerhalb zumindest eines Kurbelwinkelbereichs der Kurbelwelle (6) mit dem Fluidkanal (30) verbunden ist.
6. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass in einer Innenmantelfläche des Pleuellagers (24) zumindest ein in Umfangsrichtung verlaufender Nutabschnitt (38) vorgesehen ist, über den die Ölaustrittsbohrung (36) innerhalb zumindest eines Kurbelwinkelbereichs der Kurbelwelle (6) mit dem Fluidkanal (30) verbunden ist.
7. Kurbeltrieb nach einem der Patentansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass in zumindest einer der Lagerschalen des Pleuellagers (24) eine in Umfangsrichtung versetzte Ölversorgungsnut (39) vorgesehen, über die die Stelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses über Olzulaufleitungen (25 und 26) mit Druckmittel versorgt wird und die eventuell auch mit einem Rücklauf (40) des Schaltventils (29) verbunden ist.
8. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (37) als fliehkraftbetätigtes Sperrventil ausgebildet ist.
9. Kurbeltrieb nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass ein Steuerschieber (45) des Schaltventils (29) ausschließlich durch unterschiedliche Steuerdrücke (PM, pmax und pRes) im Zusammenwirken mit einer Rückstellfeder (48) des Schaltventils (29) in seine beiden Schaltstellungen verschoben und in diesen gehalten wird.
10. Pleuel (1 ) für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels (1 ), die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge (8) des Pleuels (1 ) angeordneten Exzenterkörper (9), wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume (22, 23) von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben (17, 18) verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen (15, 16), die jeweils einen Stellkolben (17, 18) mit dem Exzenterkörper (9) verbinden, aufweist, wobei die Stelleinrichtung über ein Schaltventil (29) verstellbar ist, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal (30) mit einem Pleuellager (24) des Pleuels (1 ) verbunden ist, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (37) nach einem der Patentansprüche 1 bis 9.
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