WO2017220086A1

WO2017220086A1 - Anordnung eines umschaltelements in einem pleuel einer hubkolbenbrennkraftmaschine

Info

Publication number: WO2017220086A1
Application number: PCT/DE2017/100535
Authority: WO
Inventors: Markus Popp; Michael Knorr; Jan PFANNENMÜLLER
Original assignee: Schaeffler Technologies AG & Co. KG
Priority date: 2016-06-24
Filing date: 2017-06-26
Publication date: 2017-12-28
Also published as: US10563575B2; DE102016211322A1; CN109415973A; CN109415973B; DE102016211322B4; US20190301364A1

Abstract

Ein Umschaltelement ist in einem Pleuel (1) einer Hubkolbenbrennkraftmaschine zur Steuerung einer Versteilvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen. Das Umschaltelement ist über Ölrücklaufleitungen (24 und 25) jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Versteilvorrichtung und mit zumindest einer Abströmbohrung verbindbar, wobei es in einer Aufnahmebohrung (28) des Pleuels (1) anordenbar ist und einen mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber (27) aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen (35 und 35a) durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist. Zur Schaffung einer Anordnung eines mechanisch betätigten Umschaltelements, das sich in vorteilhafter Weise in das Pleuel integrieren lässt, soll das Umschaltelement in einem Steuerungsmodul (26) angeordnet sein, dessen Modulgehäuse (29) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenkontur und zur Aufnahme des Steuerschiebers (27) eine quer verlaufende Durchgangsbohrung (34) aufweist, wobei das Steuerungsmodul (26) mit dem zylindrischen Abschnitt in die Aufnahmebohrung (28), die im Pleuel (1), quer zu einer Längsmittelachse des Pleuellagerauges verläuft, einsetzbar ist.

Description

Bezeichnung der Erfindung

Anordnung eines Umschaltelements in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine

Beschreibung Gebiet der Erfindung Die Erfindung betrifft eine Anordnung eines Umschaltelements in einem Pleuel einer Hubkolbenbrennkraftmaschine, wobei das Umschaltelement zur Steuerung einer Versteilvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Ölrücklaufleitungen jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzy- lindern der Versteilvorrichtung und mit zumindest einer Abström bohrung verbunden ist, wobei das in einer Aufnahmebohrung des Pleuels anordenbare Umschaltelement einen mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist.

Weiterhin betrifft die Erfindung auch ein Pleuel für eine Hubkolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels, die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Exzenterkörper, wenigstens zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbare Druckräume von Stützzylindern, in denen jeweils ein Stellkolben verschiebbar geführt ist, und wenigstens zwei Kolbenstangen, die jeweils einen Stellkolben mit dem Exzenterkörper verbinden, aufweist, wobei die Stelleinrichtung über ein Schaltventil ver- stellbar ist, dessen Steuerraum über einen Fluidkanal mit einem Pleuellager des Pleuels verbunden ist. Stand der Technik

Mit dem Verdichtungsverhältnis einer Hubkolbenbrennkraftmaschine ε ist das Verhältnis des Volumens des gesamten Zylinderraumes zum Volumen des Kompressions- raumes bezeichnet. Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses können der Wirkungsgrad der Hubkolbenbrennkraftmaschine gesteigert und somit insgesamt der Kraftstoffverbrauch reduziert werden. Bei fremdgezündeten Hubkolbenbrennkraftma- schinen nimmt allerdings mit der Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses im Volllastbetrieb deren Klopfneigung zu. Bei dem Klopfen handelt es sich um eine unkontrollier- te Selbstzündung des Kraftstoff-Luftgemisches.

Demgegenüber könnte das Verdichtungsverhältnis im Teillastbetrieb, in welchem die Füllung geringer ist, zur Verbesserung des entsprechenden Teillastwirkungsgrades erhöht werden, ohne dass dadurch das zuvor erwähnte Klopfen auftreten würde. Dar- aus resultiert, dass es zweckmäßig ist, die Hubkolbenbrennkraftmaschine im Teillastbetrieb mit einem relativ hohen Ver-dichtungsverhältnis und im Volllastbetrieb mit einem gegenüber diesem reduzierten Verdichtungsverhältnis zu betreiben.

Eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses ist außerdem besonders vorteilhaft für aufgeladene Hubkolbenbrennkraftmaschinen mit Fremdzündung, da bei diesen im Hinblick auf die Aufladung insgesamt ein niedriges Verdichtungsverhältnis vorgegeben wird, wobei zur Verbesserung des thermodynamischen Wirkungsgrades in ungünstigen Bereichen eines entsprechenden Motorkennfeldes die Verdichtung zu erhöhen ist. Darüber hinaus besteht die Möglichkeit, das Verdichtungsverhältnis gene- rell 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, mit de- nen die effektive Länge des Pleuels verstellt wird. Es handelt sich dabei um Vorrichtungen, mit denen der Abstand zwischen einem auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle angeordneten Pleuellagerauge des Pleuels und einem in einem Pleuelauge des Pleuels angeordneten Kolbenbolzenlager verändert wird. Dabei kann die Verstellung an dem das Kolbenbolzenlager aufnehmenden Pleuelauge oder an dem am Kur- beizapfen gellagerten Pleuellagerauge erfolgen, wodurch sich jeweils die Lage des Kolbens gegenüber dem Kurbelzapfen verändert.

Eine Vorrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolben- brennkraftmaschine der im Oberbegriff des Patentanspruch 1 beschriebenen Gattung ist aus der DE 10 2012 1 12 461 A1 bekannt. Danach nimmt ein im Bereich seines Pleuelauges geteiltes Pleuel über die Bohrung dieses Pleuelauges einen Exzenterkörper auf, an dem ein zweiarmiger Exzenterhebel angreift und in welchem ein Mittelpunkt einer Kolbenbolzenbohrung gegenüber einem Mittelpunkt des Pleuelauges versetzt angeordnet ist. Der Exzenterkörper ist mit einer zylindrischen äußeren Umfangsfläche in der Bohrung des Pleuelauges geführt und als Gleitlager ausgebildet. Drehbewegungen des Exzenterkörpers in der Bohrung des Pleuelauges erfolgen selbsttätig. Ausgelöst werden diese durch die Einwirkung von Massen- und Gaskräfte der Zylindereinheit, wobei sich deren Wirkrichtungen während des Arbeitsverfahrens derselben stän- dig ändern. Weiterhin ist der Exzenterhebel an seinen Enden jeweils über ein Schwenklager mit einer einen Stellkolben aufnehmenden Kolbenstange verbunden, wobei die Stellkolben in Stellzylindern geführt sind.

Eine Drehbewegung des Exzenterkörpers unter den Massen- und Gaskräften der Zy- lindereinheit und folglich ein Verschwenken des Exzenterhebels in eine der beiden Richtungen wird dadurch ermöglicht, dass der in der Richtung liegende Druckraum des Stellzylinders drucklos ist, während in den Druckraum des anderen Stellzylinders Mo- toröl mit dem entsprechenden Druck der Schmierölpumpe einströmt. Diese Steuerung wird von einem als Steuerschieber ausgebildeten Schieber einer Umschalteinrichtung, die in der Nähe des Pleuelauges angeordnet und als Umschaltventil ausgeführt ist, übernommen. Der Steuerschieber wird dabei mechanisch in eine seiner beiden Schaltstellungen verschoben, so dass jeweils einer der Druckräume drucklos in die Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine entleert und der andere Druckraum mit Motoröl befüllt wird.

Dabei ist in eine parallel zur Längsmittelachse des Pleuellagerauges verlaufende Aufnahmebohrung ein als hülsenförmiges Verbindungselement bezeichnetes Gehäuse des Umschaltventils eingesetzt, das eine erste und eine zweite jeweils mit Hydraulikflüssigkeitsleitungen verbundene Bohrungen sowie eine mit einem Entlüftungskanal verbundene Entlüftungsbohrung aufweist. Der im Gehäuse längsverschiebbare Schieber weist eine T-förmige Nut auf, über die wahlweise eine der beiden Bohrungen mit der Entlüftungsbohrung verbunden wird. Für die Verstellung des Schiebers jede seiner beiden Schaltstellungen soll ein mittels eines vorzugsweise elektrisch betätigten Stell- gliedes übertragener Betätigungsimpuls vorgesehen sein.

Offenbarung der Erfindung

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Anordnung eines mechanisch betätig- ten Umschaltelements für ein mit einer Vorrichtung zur Änderung der Verdichtung einer Zylindereinheit zu schaffen, das sich in vorteilhafter Weise in das Pleuel integrieren lässt.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des kennzeichnenden Teils der unabhängigen Patentansprüche 1 und 10 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen sind in den abhängigen Patentansprüchen wiedergegeben, die jeweils für sich genommen oder in verschiedenen Kombinationen miteinander einen Aspekt der Erfindung darstellen können.

Danach ist die Anordnung eines Umschaltelements in einem Pleuel einer Hubkolben- brennkraftmaschine zur Steuerung einer Versteilvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine vorgesehen. Das Umschaltelement ist über Ölrücklaufkanäle jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen von Stützzylindern der Versteilvorrichtung und mit zumindest einer Abström bohrung verbunden, wobei es in einer Aufnahmebohrung des Pleuels anordenbar ist und einen mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist. Erfindungsgemäß soll dabei das Umschaltelement in einem Steuerungsmodul angeordnet sein, dessen Modulgehäuse zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenkontur und zur Aufnahme des Steuerschiebers eine quer verlaufende Durchgangsbohrung aufweist, wobei das gesamte Steuerungsmodul mit seiner zylindri- schen Außenkontur in die Aufnahmebohrung, die in einem Pleuellagergehäuse quer zu einer Pleuellagerachse verläuft, einsetzbar ist. Die Durchgangsbohrung für den Steuerschieber erstreckt sich somit unter einem Winkel von 90° zur Längsmittelachse des Modulgehäuses.

Wenn das Modulgehäuse in die Aufnahmebohrung eingesetzt und der Steuerschieber in dessen Durchgangsbohrung eingefügt ist, verläuft der Steuerschieber parallel zur Längsmittelachse des Pleuellagers. Das Modulgehäuse kann insgesamt als zylindrischer Wellenstummel ausgeführt sein, der mit einem Teilabschnitt in die als Sackloch ausgebildete Aufnahmebohrung des Pleuels, bevorzugt in einem Bereich, in welchem ein Pleuelschaft in ein Oberteil des Pleuellagergehäuses übergeht, eingeführt ist. Vorzugsweise soll das Modulgehäuse in die Aufnahmebohrung einpressbar sein, so dass es sich gegenüber dem Pleuel nicht verdrehen kann. Es können aber auch zusätzliche Sicherungsmittel, die das Verdrehen oder ein Herauswandern des Steuerungsmoduls im Betrieb der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus der Aufnahmebohrung dauerhaft verhindern.

Dabei weist der in die Aufnahmebohrung eingesetzte Abschnitt eine ausreichende Länge auf, um Leckagen aus den Ölrücklaufleitungen zu vermeiden. Weiterhin nimmt ein aus der Aufnahmebohrung vorstehendes Ende des Modulgehäuses über die Durchgangsbohrung den Steuerschieber auf. Die Länge des über das Pleuel vorstehenden Endes kann folglich variiert und somit derart ausgebildet werden, dass die Enden des Steuerschiebers in einer vorgesehenen Art mit beispielsweise als Kurvenscheiben ausgebildeten, im Kurbelgehäuse angeordneten Stellelementen zusam- menwirken können. Der über das Pleuel vorstehende Abschnitt des Modulgehäuses kann auch einen rechteckigen Querschnitt aufweisen.

Demgegenüber ist bei dem Umschaltventil nach der 10 2012 1 12 461 A1 der Schieber derart in dem Gehäuse angeordnet, dass deren Längsmittelachsen gleichachsig ver- laufen. Das Umschaltventil ist für eine Anordnung innerhalb einer als Durchgangsbohrung ausgebildeten Aufnahmebohrung des Pleuels vorgesehen. Die Längsmittelachse der Aufnahmebohrung verläuft dabei parallel zur Längsmittelachse des Pleuellagerauges, am unteren Ende der jeweiligen Zylinderlaufbuchse vorgesehen und weist das zwei Führungsnuten aufnehmende Führungselement auf. Die Verzahnungen der Zahnstangenabschnitte und der Steuerwelle bilden jeweils einen Linearantrieb für jedes der Kurvenelemente, so dass eine Verdrehung der Steuerwelle zu einer entsprechenden Längsbewegung der Kurvenelemente führt. Eine derartige Ausbildung des Aktuators ist mit erheblichem Bauaufwand verbunden und beansprucht einen Einbauraum, der im Bereich des Pleuels und des Kurbeltriebes zumeist nicht zur Verfügung steht.

In weiterer Ausgestaltung der Erfindung soll die zur Aufnahme des Steuerungsmoduls vorgesehene Aufnahmebohrung im Pleuel als Sackloch ausgebildet sein, wobei die Ölrücklaufleitungen stirnseitig in das Sackloch einmünden, und wobei von einer Stirnseite des Steuerungsmoduls aus, in diesem zwei längs verlaufende und mit den Ölrücklaufleitungen kommunizierende Rücklaufbohrungen ausgehen. Das Modulgehäuse, das beispielsweise aus einem Wellenstummel hergestellt ist, wird zunächst mit der quer verlaufenden Durchgangsbohrung versehen, die sich nahe des einen Endes des Modulgehäuses befindet. Anschließend werden von dem anderen Ende des Modulgehäuses her die beiden längs verlaufenden Rücklaufbohrungen hergestellt, die mit der Durchgangsbohrung verbunden sind. Über den in die Durchgangsbohrung eingesetzten Steuerschieber kann je nach dessen Schaltstellung eine der beiden Rücklaufbohrungen mit einer Abström bohrung verbunden werden. Im Falle einer Abströmbohrung wird somit ein 3/2 -Wegeventil und im Falle zweier Abströmbohrung ein 4/2-Wegeventil gebildet.

Wenn, wie weiterhin vorgesehen, der Steuerschieber mit einem Rastgebirge verse- hen ist, soll dieses mittig des Steuerschiebers vorgesehen sein und an dessen Umfang umlaufen. Dabei soll der Steuerschieber im Bereich seiner beiden Enden, in welchem die Rücklaufbohrungen in die Durchgangsbohrung einmünden, mit seiner Außenmantelfläche dichtend in der Durchgangsbohrung geführt sein, wobei je nach Schaltstellung des Steuerschiebers über die durch das Rastgebirge gebildeten Aus- nehmungen jeweils eine der beiden Rücklaufbohrungen mit einer Abström bohrung verbunden ist. Weiterhin kann erfindungsgemäß die zumindest eine Abströmbohrung mit einem innerhalb des Pleuellagergehäuses vorgesehenen Abströmkanal verbunden sein, der in das Innere des Pleuellagers mündet. Somit wird das über den Abströmkanal aus einem der beiden Stellzylinder abgeführte Druckmittel wieder dem Pleuellager zuge- führt, also in das Ölversorgungsnetz rekuperiert. Dadurch können die Druckverluste im Schmierölsystem, die anderenfalls bei einer Umschaltung der am Pleuel vorgesehenen Versteileinrichtung auftreten könnten, erheblich reduziert werden. An der Außenmantelfläche des Modulgehäuses kann ein entsprechender Sammelraum durch eine Abflachung oder Ausnehmung hergestellt sein, wobei zweckmäßigerweise die beiden Abströmbohrungen, ausgehend von der Durchgangsbohrung V-förmig verlaufend, in diesen Sammelraum einmünden. Der Sammelraum ist dabei weiterhin mit einem Abströmkanal verbunden, der dann in das Innere des Pleuellagers führt.

Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sollen zwei Rastnuten des Rastgebirges zu den Enden des Steuerschiebers hin durch kreisringförmige Flanken begrenzt sein, wobei jede der Flanken gemeinsam mit der Außenmantelfläche Steuerkanten bildet. Dabei kann, wie weiterhin vorgeschlagen, ein in das Rastgebirge eingreifender zylindrischer Arretierstift in einer im Bereich der Längsmittelachse des Steuerungsmoduls verlaufenden Führungsbohrung geführt und über eine Arretierfeder abgestützt sein. Von den beiden Rastnuten aus verlaufen somit zur Mitte des Steuerschiebers hin kegelig ausgebildete Arretierflächen, die das Rastgebirge bilden, während die beiden Rastnuten in Richtung der Enden des Steuerschiebers durch die kreisringförmigen Flanken begrenzt sind. Über seine außerhalb des Rastgebirges liegenden Abschnitte ist der Steuerschieber dichtend in der Durchgangsbohrung geführt, so dass über diese Abschnitte die Rücklaufbohrungen versperrbar sind. Der Übergang von der jeweiligen kreisringförmigen Flanke zur Außenmantelfläche des Steuerschiebers dient dabei als Steuerkante.

Neben den beiden Rücklaufbohrungen ist im Modulgehäuse folglich eine zentrisch verlaufende Führungsbohrung vorgesehen, in der der zylindrische Arretierstift verschiebbar angeordnet ist. Dieser an seinem vom Steuerschieber abgewandten Ende an einer als Druckfeder ausgebildeten Arretierfeder abgestürzte Arretierstift sorgt außerdem für eine axiale Wegbegrenzung des Steuerschiebers, da sich dessen Ende bei Erreichen der Schaltstellung jeweils an die entsprechende kreisringförmige Flanke der Rastnut anlegt.

Weiterhin kann an der Stirnseite des Steuerungsmoduls zwischen jeder der Ölrück- laufleitungen und den diesen zugeordneten Rücklaufbohrungen jeweils eine Blende angeordnet sein. Da die beiden Blenden am Übergang der Ölrücklaufleitungen in die Rücklaufbohrungen vorgesehen werden, können diese mit geringem Fertigungsaufwand hergestellt werden. In diesem Zusammenhang ist auch vorgesehen, die Blenden durch ein an der Stirnseite des Steuerungsmoduls fixiertes Blechelement zu bilden, wobei dann das Blechelement Blendenbohrungen aufweist. Das die Blendenbohrungen aufweisende Blechelement kann dabei in einfacher Weise dadurch am stirnseitigen Ende des Modulgehäuses fixiert werden, dass es eine hohlkolbenartige Ausformung aufweist, die spanlos hergestellt ist und in die zuvor erläuterte zentrische Führungsbohrung einge- presst wird. Die hohlkolbenartige Ausformung dient außerdem zur axialen Abstützung der Arretierfeder.

Schließlich soll die vorgenannte Aufgabe auch bei einem Pleuel für eine Hub- kolbenbrennkraftmaschine mit einstellbarem Verdichtungsverhältnis, das zur Einstellung des Verdichtungsverhältnisses in seiner effektiven Länge wenigstens zweistufig verstellbar ist, gelöst werden. Dieses Pleuel ist mit wenigstens einer hydraulischen Stelleinrichtung zum Einstellen der effektiven Länge des Pleuels versehen, die wenigstens einen in einem kolbenseitigen Pleuelauge des Pleuels angeordneten Ex- zenterkörper, 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. Dabei ist die Stelleinrichtung über ein Umschaltelement verstellbar. Dabei soll eine Anordnung und Ausbildung eines Umschaltelements in der vor- stehend beschriebenen erfindungsgemäßen Ausgestaltung verwendet werden.

Die Erfindung ist nicht auf die angegebene Kombination der Merkmale des Patentanspruchs 1 und der von diesem abhängigen Patentansprüche beschränkt. Es ergeben sich darüber hinaus weitere Möglichkeiten, einzelne Merkmale, insbesondere dann, wenn sie sich aus den Patentansprüchen, der nachfolgenden Beschreibung der Ausführungsbeispiele oder unmittelbar aus den Figuren ergeben, miteinander zu kombinieren. Außerdem soll die Bezugnahme der Patentansprüche auf die Figuren durch die Ver- wendung von Bezugszeichen den Schutzumfang der Patentansprüche auf keinen Fall auf die dargestellten Ausgestaltungsbeispiele beschränken.

Kurze Beschreibung der Zeichnung Zur weiteren Erläuterung der Erfindung wird auf die Zeichnung verwiesen, in der zwei unterschiedliche Ausführungsbeispiele vereinfacht dargestellt sind. Es zeigen:

Figur 1 eine schematische Teilansicht eines Pleuels im Längsschnitt mit einer

Versteilvorrichtung, die einem Pleuelauge des Pleuels zugeordnet ist und zwei Stellkolben, einen über einen Exzenterhebel verdrehbaren Exzenterkörper sowie ein erfindungsgemäßes Steuerungsmodul aufweist,

Figur 2 eine Teilansicht des Pleuels mit dem in diesem angeordneten Steuerungsmodul im Schnitt, Figur 3 im Querschnitt eine Teilansicht einer oberen Hälfte eines Pleuellagergehäuses, wobei das in diesem angeordnete Steuerungsmodul über Abströmbohrungen mit einem in ein Pleuellager führenden Abströmkanal verbunden ist,

Figur 4 im Maßstab vergrößert, eine stirnseitige Ansicht des Steuerungsmoduls,

Figur 5 einen Längsschnitt gemäß Linie V - V durch das Steuerungsmodul der

Figur 4 ,

Figur 6 eine um 90° verdrehte Ansicht des Steuerungsmoduls der Figur 5, Figur 7 eine um 90° gegenüber der Figur 6 gedrehte Ansicht des Steuerungsmoduls,

Figur 8 einen Querschnitt durch das Steuerungsmodul gemäß Linie VIII - VIII in

Figur 7,

Figur 9 eine perspektivische Ansicht des Steuerungsmoduls,

Figur 10 einen Teilschnitt durch eine Teilansicht des Steuerungsmoduls, in welchem die beiden Abström bohrungen sichtbar sind,

Figur 1 1 im Längsschnitt ein weiteres Ausführungsbeispiel eines Steuerungsmoduls, dessen Abströmbohrungen in das Kurbelgehäuse münden,

Figur 12 eine perspektivische Ansicht eines mit Blendenbohrungen versehenen

Blechelements,

Figur 13 eine Draufsicht auf das Blechelement und

Figur 14 einen Längsschnitt durch das Blechelement der Figur 13 gemäß Linie

XIV - XIV.

Ausführliche Beschreibung der Zeichnung

In der Figur 1 ist mit 1 ein Pleuel für eine Zylindereinheit einer Hubkolbenbrennkraft- maschine bezeichnet, das aus einem zum Teil als Pleuelschaft 2 ausgebildeten Pleu- eloberteil 3 und einem Pleuelunterteil 4 besteht. Das Pleueloberteil 3 und das Pleuelunterteil 4 bilden gemeinsam ein Pleuellagergehäuse 5 mit einem Pleuellagerauge 5a, wobei das Pleuellagerauge 5a eine Längsmittelachse 6 aufweist und über dieses das Pleuel 1 auf einem in der Figur 1 nicht näher dargestellten Kurbelzapfen einer Kurbelwelle gelagert ist. An seinem anderen Ende ist das Pleueloberteil 3 mit einem Pleu- elauge 7 versehen, in welchem über einen Exzenterkörper 8 und ein Kolbenbolzenlager 8a ein nicht näher dargestellter Kolbenbolzen angeordnet ist. Über den drehbar im Kolbenbolzenlager 8a geführten Kolbenbolzen ist ein ebenfalls nicht dargestellter Arbeitskolben einer Zylindereinheit der Hubkolbenbrennkraftmaschine an dem Exzenter- körper 8 geführt, wobei eine Verdrehung des Exzenterkörpers 8 in einer Richtung zur Einstellung eines verhältnismäßig geringen Verdichtungsverhältnisses und dessen Verdrehung in die entgegengesetzte Richtung zur Einstellung eines höheren Verdichtungsverhältnisses führt. Der Exzenterkörper 8 wird durch die in der Zylindereinheit zwischen dem Pleuel 1 einerseits und dem Kolbenbolzen sowie dem Kurbelzapfen andererseits auftretenden Triebwerkskräfte, also Massen- und Gaskräfte, verstellt. Während des Arbeitsverfahrens der Zylindereinheit ändern sich die wirkenden Kräfte kontinuierlich. Mit dem Exzenterkörper 8 ist ein als zweiarmiger Hebel ausgebildeter Exzenterhebel 9 drehfest verbunden, der diametral verlaufende Laschen 10 und 1 1 aufweist, wobei diese jeweils über Kolbenstangen 12 und 13 mit einfachwirkenden Stellkolben 14 und 15 verbunden sind. Die Stellkolben 14 und 15 greifen über die vorgenannten Bauelemente an dem Exzenterkörper 8 an, um diesem eine Verdrehung zu ermöglichen oder ihn in der jeweiligen Position abzustützen. Somit kann durch die Stellkolben 14 und 15 die Drehbewegung des Exzenterkörpers 8 unterstützt oder seine Rückstellung, die aufgrund der mit unterschiedlichen Kraftrichtungen auf den Exzenterkörper 8 übertragenen Kräfte bewirkt werden würde, vermieden werden.

Die Stellkolben 14 und 15 bilden gemeinsam mit Zylinderbohrungen 16 und 17, in de- nen sie geführt sind, Stützzylinder 18 und 19, wobei jeder Stützzylinder 18 bzw. 19 einen Druckraum 20 bzw. 21 aufnimmt. In die Druckräume 20 bzw. 21 kann als Hydraulikmedium dienendes Schmieröl der Hubkolbenbrennkraftmaschine aus einem im Pleuellagerauge 5a angeordneten Pleuellager über Ölzulaufleitungen 22 und 23 einströmen, in denen Rückschlagventile 22a und 23a angeordnet sind. Weiterhin geht von jedem der Druckräume 20 und 21 eine Ölrücklaufleitung 24 bzw. 25 aus, die beide zu einem erfindungsgemäß ausgebildeten Steuerungsmodul 26 führen, das quer zur Längsmittelachse 6 des Pleuellagerauges verläuft. Das Steuerungsmodul 26 weist einen Steuerschieber 27 auf, der quer zu diesem und folglich parallel zur Längsmittelachse 6, des Pleuellagerauges 5a verläuft. In der Figur 2 ist das gemäß der Figur 1 verwendete Steuerungsmodul 26 im Längsschnitt dargestellt. Dieses Steuerungsmodul 26, das in eine als Sackloch ausgebildete Aufnahmebohrung 28 des Pleuels 1 eingepresst ist, weist ein zylindrisches Modulge- häuse 29 auf, welches vorzugsweise aus einem Wellenstummel hergestellt ist. Aus der Darstellung geht hervor, dass das Modulgehäuse 29 eine zentrisch verlaufende Führungsbohrung 30 und, radial beabstandet zu dieser, zwei Rücklaufbohrungen 31 und 32 aufweist. Die beiden Rücklaufbohrungen 31 und 32 fluchten dabei mit Enden der beiden bereits im Zusammenhang mit der Figur 1 erläuterten Ölrücklaufleitungen 24 und 25.

Das Modulgehäuse 29 weist weiterhin einen in seinem Außendurchmesser reduzierten Endabschnitt 33 auf, der axial über die Aufnahmebohrung 28 und somit über das Pleuel 1 vorsteht. Innerhalb dieses Endabschnittes 33 befindet sich eine quer zur Längserstreckung des Modulgehäuses 29 verlaufende Durchgangsbohrung 34, in der der Steuerschieber 27 längsverschieblich geführt ist. Dieser weist Stirnflächen 35 und 35a sowie, in axialer Richtung gesehen, in seiner Mitte ein Rastgebirge 36 auf, das aus einer kegelige Rampen 37 aufweisenden Rasterhöhung 38 und beidseitig von diesem befindlichen Rastnuten 39 und 40 besteht. In Richtung der beiden Enden des Steuerschiebers sind die Rastnuten 39 und 40 jeweils durch eine kreisringförmige Flanke 41 und 42 begrenzt. Im Übrigen weist der Steuerschieber zylindrische Außenmantelflächen 43 und 44 auf, die wahlweise eine der Rücklaufbohrungen 31 oder 32 sperren. In der Darstellung nach der Figur 2 ist die Rücklaufbohrung 31 durch die zylindrische Außenmantelfläche 43 gesperrt, während die Rücklaufbohrung 32 gegen- über der Rastnut 40 geöffnet ist. Aus der Darstellung geht weiterhin hervor, dass in der Führungsbohrung 30 ein Arretierstift 45 angeordnet ist, der in diesem Fall in die Rastnut 39 eingreift und dabei an der kreisringförmigen Flanke 41 anliegt. Der Arretierstift 45 ist dabei über eine Arretierfeder 46 gegenüber dem in die Aufnahmebohrung 28 eingesetzten Ende des Modulgehäuses 29 abgestützt.

Eine Anordnung des Steuerungsmoduls 26 im Pleuellagergehäuse 5, wie sie bereits in der Figur 1 dargestellt ist, geht im Übrigen aus der Figur 3 hervor, wobei in diesem Fall eine Teilansicht einer oberen Hälfte des Pleuellagergehäuses 5 im Schnitt gezeigt ist. Danach weist das Pleuellagerauge 5a eine Schmiertasche 47 auf, in die ein Ab- strömkanal 48 einmündet. Dieser im Pleuellagergehäuse 5 verlaufende Abströmkanal 48 geht dabei von einem in der Außenmantelfläche des Steuerungsmoduls 26 ausgebildeten Sammelraum 49 aus. In den Figuren 4 und 5 ist das Steuerungsmodul 26 als separates Bauteil dargestellt, wobei dieses mit dem bereits in der Figur 2 dargestellten Steuerungsmodul 26 übereinstimmt. Dabei geht aus dieser im Maßstab vergrößerten Darstellung des Steuerungsmoduls 26 hervor, dass an dem von der Durchgangsbohrung abgewandten Ende des Modulgehäuses 29 an einer Stirnseite 50 ein Blechteil 51 fixiert ist. Das Blech- teil 51 ist mit Blendenbohrungen 52 und 53 versehen, die jeweils im Eintrittsbereich der Rücklaufbohrungen 31 und 32 liegen. In seiner Mitte weist das Blechteil 51 eine hohlzylindrische Ausformung 54 auf, die in das entsprechende Ende der Führungsbohrung 30 eingepresst ist. Diese hohlzylindrische Ausformung 54 dient dabei zur AbStützung der Arretierfeder 46. Die entsprechende Stirnseite 50 des Modulgehäuses 29 geht insbesondere aus der Figur 4 hervor. Dabei wird deutlich, dass das Blechteil 51 verdrehgesichert an dieser Stirnseite 50 geführt ist, indem es eine sehnenartig verlaufende Führungskante 55 aufweist, die an einer Kante 56 des Modulgehäuses 29 anliegt. Die Figur 6 stellt im Wesentlichen eine im Maßstab vergrößerte Ansicht des Steuerungsmoduls 26 der Figur 3 dar. Weiterhin ist in der Figur 7 das Steuerungsmodul 26 in einer Draufsicht gezeigt, wobei in dieser Ansicht der Sammelraum 49 sichtbar ist. Bei dem Querschnitt durch das Modulgehäuse 29 in der Figur 8 sind die Rücklaufbohrungen 31 und 32 sowie die Führungsbohrung 30 mit dem darin angeordneten Arre- tierstift 45 sichtbar. Wie aus den Figuren 9 und 10 hervorgeht, münden in den Sammelraum 49 Abströmbohrungen 57 und 58, die von der Durchgangsbohrung 34 ausgehen. Diese weisen dabei einen V-förmigen Verlauf auf.

Nach der Figur 1 1 sind im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Anordnung im Mo- dulgehäuse 29 zwei Abströmbohrungen 59 und 60 vorgesehen, die unmittelbar in das Innere eines Kurbelgehäuses der Hubkolbenbrennkraftmaschine münden. Das abgesteuert Druckmittel wird also im Gegensatz zu der zuvor beschriebenen Ausbildung des Steuerungsmoduls 26 nunmehr nicht mehr dem Pleuellager zugeführt sondern gelangt in eine Ölwanne der Hubkolbenbrennkraftmaschine. Schließlich geht aus den Figuren 12, 13 und 14 die Ausbildung des Blechteils 51 hervor, wobei deutlich wird, dass dieses die entsprechenden Blendenbohrungen 52 und 53 sowie die hohlzylindrische Ausformung 54 aufweist.

Bezuqszeichenliste

1 Pleuel

2 Pleuelschaft

3 Pleueloberteil

4 Pleuelunterteil

5 Pleuellagergehäuse

5a Pleuellagerauge

6 Längsmittelachse von 5

7 Pleuelauge

8 Exzenterkörper

8a Kolbenbolzenlager

9 Exzenterhebel

10 Lasche

1 1 Lasche

12 Kolbenstange

13 Kolbenstange

14 Stellkolben

15 Stellkolben

16 Zylinderbohrung

17 Zylinderbohrung

18 Stützzylinder

19 Stützzylinder

20 Druckraum

21 Druckraum

22 Ölzulaufleitung

22a Rückschlagventil

23 Ölzulaufleitung

23a Rückschlagventil

24 Ölrücklaufleitung

25 Ölrücklaufleitung

26 Steuerungsmodul

27 Steuerschieber 28 Aufnahmebohrung

29 Modulgehäuse

30 Führungsbohrung

31 Rücklaufbohrung

32 Rücklaufbohrung

33 Endabschnitt von 29

34 Durchgangsbohrung

35 Stirnfläche von 27

35a Stirnfläche von 27

36 Rastgebirge

37 kegelige Rampen

38 Rasterhöhung

39 Rastnut

40 Rastnut

41 kreisringförmige Flanke

42 kreisringförmige Flanke

43 zylindrische Außenmantelfläche

44 zylindrische Außenmantelfläche

45 Arretierstift

46 Arretierfeder

47 Schmiertasche

48 Abström kanal

49 Sammelraum

50 Stirnseite von 29

51 Blechteil

52 Blendenbohrung

53 Blendenbohrung

54 hohlzylindrische Ausformung

55 sehnenartige Führungskante

56 Kante

57 Abström bohrung

58 Abström bohrung

59 Abström bohrung

60 Abström bohrung

Claims

Patentansprüche

1 . Anordnung eines Umschaltelements in einem Pleuel (1 ) einer Hubkolbenbrenn- kraftmaschine, wobei das Umschaltelement zur Steuerung einer Versteilvorrichtung für eine Änderung des Verdichtungsverhältnisses einer Zylindereinheit der Hubkol- benbrennkraftmaschine vorgesehen ist und über Ölrücklaufleitungen (24 und 25) jeweils mit zwei mit einem Hydraulikfluid beaufschlagbaren Druckräumen (20 und 21 ) von Stützzylindern (18 und 19) der Versteilvorrichtung sowie mit zumindest einer Abström bohrung (57, 58, 59, 60) verbindbar ist, wobei das in einer Aufnahmeboh- rung (28) des Pleuels (1 ) anordenbare Umschaltelement einen mechanisch in zwei unterschiedliche Schaltstellungen bewegbaren Steuerschieber (27) aufweist, der abwechselnd an seinen beiden Stirnflächen (35 und 35a) durch Steuerflächen zumindest eines Aktuators längsverschiebbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Umschaltelement in einem Steuerungsmodul (26) angeordnet ist, dessen Modulge- häuse (29) zumindest abschnittsweise eine zylindrische Außenkontur und zur Aufnahme des Steuerschiebers (27) eine quer verlaufende Durchgangsbohrung (34) aufweist, und dass das Steuerungsmodul (26) mit dem zylindrischen Abschnitt in die Aufnahmebohrung (28), die im Pleuel (1 ), quer zu einer Längsmittelachse (6) des Pleuellagerauges (5a) verläuft, einsetzbar ist.

2. Anordnung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die zur Aufnahme des Steuerungsmoduls (26) vorgesehene Aufnahmebohrung (28) als Sackloch ausgebildet ist, wobei die Ölrücklaufleitungen (24 und 25) stirnseitig in das Sackloch einmünden, und dass von einer Stirnseite (50) des Steuerungsmoduls (26), in diesem zwei längs verlaufende und mit den Ölrücklaufleitungen (24 und 25) kommunizierende Rücklaufbohrungen (31 und 32) ausgehen.

3. Anordnung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (27) mittig mit einem an seinem Umfang umlaufenden Rastgebirge (36) versehen und im Bereich seiner beiden Enden, in welchem Rücklaufbohrungen (31 und 32) in die Durchgangsbohrung (34) münden, mit seiner Außenmantelfläche (43, 44) dichtend in der Durchgangsbohrung (34) geführt ist, und dass je nach Schaltstellung des Steuerschiebers (27) über die durch das Rastgebirge (36) gebildeten Rastnuten (39 und 40) jeweils eine der beiden Rücklaufbohrungen (31 , 32) mit zumindest einer Abströmbohrung (57, 58, 59, 60) verbunden ist.

4. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zumin- dest eine Abström bohrung (57, 58) mit zumindest einem innerhalb des Pleuellagergehäuses (5) vorgesehenen Abströmkanal (48) verbunden ist, der in das Innere des im Pleuellagerauge (5a) vorgesehenen Pleuellagers mündet.

5. Anordnung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Ab- strömbohrungen (57 und 58) in einen in der Außenmantelfläche des Modulgehäuses

(29) vorgesehenen Sammelraum (49) einmünden, welcher mit dem Abströmkanal (48) verbindbar ist.

6. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zwei Rast- nuten (39 und 40) des Rastgebirges (36), zu den Enden des Steuerschiebers (27) hin, durch kreisringförmige Flanken (41 , 42) begrenzt sind, wobei jede der Flanken (41 , 42) gemeinsam mit der Außenmantelfläche (43, 44) Steuerkanten bildet.

7. Anordnung nach Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass ein in das Rastgebirge (36) eingreifender zylindrischer Arretierstift (45) in einer im Bereich der

Längsmittelachse des Steuerungsmoduls (26) verlaufenden Führungsbohrung (30) geführt und über eine Arretierfeder (46) abgestützt ist.

8. Anordnung nach Patentanspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass an der Stirn- seite (50) des Steuerungsmoduls (26) zwischen jeder der Olrücklaufleitungen (24 und 25) und den diesen zugeordneten Rücklaufbohrungen (31 und 32) jeweils eine Blende (52, 53) angeordnet ist.

9. Anordnung nach Patentanspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Blenden durch ein an der Stirnseite (50) des Steuerungsmoduls (26) fixiertes Blechelement

(51 ) gebildet werden, wobei das Blechelement (51 ) Blendenbohrungen (52 und 53) aufweist.

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 (18, 19), 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 Umschaltelement verstellbar ist, gekennzeichnet durch eine Anordnung und Ausbildung eines Umschaltelements nach einem der Patentansprüche 1 bis 9.