WO2020073067A1 - Längenverstellbares pleuel mit massereduziertem ablassventil - Google Patents

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WO2020073067A1
WO2020073067A1 PCT/AT2019/060334 AT2019060334W WO2020073067A1 WO 2020073067 A1 WO2020073067 A1 WO 2020073067A1 AT 2019060334 W AT2019060334 W AT 2019060334W WO 2020073067 A1 WO2020073067 A1 WO 2020073067A1
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WO
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connecting rod
valve
closing
closing body
length
Prior art date
Application number
PCT/AT2019/060334
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Heller
Kai Arens
Zóltan Riba
Martin Bodensteiner
Stefan Latz
Bernhard Kometter
Robert St John
Wilhelm Greylinger
Heinrich FÜRHAPTER
Siegfried Lösch
Original Assignee
Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg
Avl List Gmbh
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Publication date
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Priority to US17/283,235 priority patent/US11378004B2/en
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Classifications

    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02B—INTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B75/00—Other engines
    • F02B75/04—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads
    • F02B75/045—Engines with variable distances between pistons at top dead-centre positions and cylinder heads by means of a variable connecting rod length
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02D—CONTROLLING COMBUSTION ENGINES
    • F02D15/00—Varying compression ratio
    • F02D15/02—Varying compression ratio by alteration or displacement of piston stroke
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C7/00—Connecting-rods or like links pivoted at both ends; Construction of connecting-rod heads
    • F16C7/06—Adjustable connecting-rods

Definitions

  • the present invention relates to a length-adjustable connecting rod for an internal combustion engine, the connecting rod having at least one switchable drain valve for opening and closing a pressure chamber, the drain valve having a valve body and a closing body which is operatively connected to the valve body and a closing mechanism acting on the closing body for direct movement of the closing body and indirect movement of the valve body from a closed to an open position or vice versa is present.
  • the thermal efficiency increases as the compression ratio increases.
  • the compression ratio cannot be increased arbitrarily. For example, too high a compression ratio in gasoline engines leads to knocking. The mixture ignites due to the pressure and temperature increase during compression and not due to the ignition spark. This early combustion not only leads to uneven running, but can also cause component damage
  • the compression ratio from which knocking occurs is, among other things. depending on the operating point (n, T, throttle valve position) of the engine. A higher compression is possible in the partial load range. There is therefore an effort to adapt the compression ratio to the respective operating point. There are different development approaches. In the present case, the compression ratio should be adjusted by the connecting rod length.
  • the connecting rod length influences the compression volume.
  • the stroke volume is determined by the position of the crankshaft journal and the cylinder bore. A short connecting rod therefore leads to a lower compression ratio than a long connecting rod with otherwise the same geometric dimensions (crankshaft, cylinder head, valve control, etc.).
  • the connecting rod length should vary hydraulically between two positions, so the connecting rod is adjustable in length.
  • the operation of an embodiment is briefly explained below.
  • the entire connecting rod is made of several parts, the length change is carried out by a telescopic mechanism.
  • the connecting rod contains a double-acting the hydraulic cylinder.
  • the small connecting rod eye (piston pin) is connected to a piston rod, on which a piston is arranged.
  • the piston is guided axially displaceably in a cylinder which is arranged in the connecting rod part with the large connecting rod eye (crankshaft journal).
  • the piston separates the cylinder into two chambers (upper and lower pressure chamber).
  • the two chambers are supplied with a hydraulic fluid, eg engine oil, via check valves.
  • the connecting rod is in the long position, there is no oil in the upper pressure chamber.
  • the lower pressure chamber is completely filled with oil.
  • the connecting rod is subjected to alternating tensile and compressive loads due to the gas and mass forces.
  • a tensile force is absorbed by the mechanical contact with an upper stroke of the piston. This does not change the connecting rod length.
  • An acting pressure force is transferred to the oil-filled lower chamber via the piston surface. Since the check valve in this chamber prevents oil return, the oil pressure rises.
  • the connecting rod length does not change.
  • the connecting rod is hydraulically locked in this direction.
  • the connecting rod length can be adjusted in two stages by emptying one of the two chambers.
  • one of the two inlet check valves is bridged by an assigned return channel. Oil can flow through this return channel, regardless of the pressure difference between the pressure chamber and the supply part. The respective check valve loses its effect.
  • the two return channels are opened or closed by a control valve, with exactly one return channel always being open and the other closed.
  • the actuator for switching the two return channels is controlled hydraulically by the supply pressure.
  • the oil supply is provided by the lubrication of the connecting rod bearing. This requires an oil feed-through from the crankshaft journal via the connecting rod bearing to the connecting rod.
  • the circuit is carried out by deliberately emptying one of the two pressure chambers using the mass and gas forces acting on the connecting rod, the other pressure chamber being supplied with oil and hydraulically blocked by an inlet check valve.
  • a connecting rod that is length-adjustable via telescoping for adjusting the compression ratio in the internal combustion engine is described, for example, in WO 2018/007534 A1.
  • an actuating piston is provided, which the drain valves for the Controlled pressure rooms.
  • the valve body (spherical shape) has plunger-shaped closing bodies which can be opened and closed by means of a control plunger on the actuating piston.
  • the compression ratio can also be changed using an eccentric on the small connecting rod eye. The eccentric can also be controlled hydraulically.
  • a connecting rod is naturally exposed to very high acceleration forces. These acceleration forces must also be taken into account when hydraulically switching a length-adjustable connecting rod. There is therefore an effort to construct parts of the hydraulic circuit, here the drain valve, so that a functional unit is created during the operation of the internal combustion engine.
  • the closing body has a mass which is less than the volume predetermined by an envelope contour of the closing body multiplied by the density of steel (7.85 g / mm 3 ).
  • Envelope contour essentially means the smallest packaging contour that only follows the outer contour of the closing body and does not take into account recesses, grooves, bores, etc., provided that it is flanked by a larger area of the closing body that is adjacent.
  • closing bodies are simple geometric components. In addition to the use of targeted material removal or the formation of a hollow body, weight can also be reduced by using a material with a lower density than steel.
  • an opening force can be exerted on the valve body by the closing body when the connecting rod rotates and depending on the number of revolutions of the internal combustion engine. In the closed position of the valve body, this should not lead to unintentional switching of the drain valve.
  • a lower weight of the closing body is achieved, so that the conditions are all the more advantageous and a valve spring that may be present can be constructed all the better.
  • the force of the closing body acting on the closing mechanism is also reduced by this measure.
  • the closing body is made of a ceramic material.
  • Technical ceramic materials are very strong Materials that can withstand the high demands in this area of application. In addition, they have a lower density than steel, which is why training as a solid material is also possible.
  • Such closing bodies can also be produced, for example, by sintering and in many arbitrary shapes.
  • the closing body advantageously consists of a material with an average density of less than 4.5 g / mm 3 , preferably less than 2.7 g / mm 3 .
  • ceramic materials in particular, such limit values can be maintained, which are given here by the material titanium and the material aluminum, which are generally less suitable materials for the application in hand. Due to the fact that the mass of the closing body is generally smaller than the mass of the valve body, with such a reduction in mass the closing body exerts little influence with corresponding accelerations on the valve body. The influence on the locking mechanism is also reduced.
  • valve body and the closing body are two separate bodies.
  • geometrically simple bodies e.g. two balls are used.
  • the valve body and / or the closing body preferably have a spherical shape.
  • the spherical shape has the smallest volume with the largest possible surface, as a result of which this body has a favorable shape and is preferably used.
  • the interaction of two balls is considered manageable and advantageous for the outflow of the hydraulic fluid.
  • Spherical valve bodies are well known and easy to control. A flowing closing fluid flows around a spherical closing body and therefore, in addition to its small volume, also has good hydraulic properties.
  • the closing body is usually arranged on the low pressure side and thus exposed to the drain flow of the drain valve.
  • the closing body is connected to the closing section of the valve body on the low-pressure side and is engaged there with the closing mechanism and / or can be brought into engagement there with the closing mechanism.
  • the closing body can then be made in one piece with the valve body.
  • the determination of the envelope contour of the closing body is generally very simple because the closing body is usually attached to the valve body as an extension and must extend through the valve opening.
  • the valve body definitely includes the closing area that sits on the valve seat. The physically himself then separating and extending through the valve opening part is then attributed to the closing body.
  • the connection of the valve body and the closing body offers other possibilities for the design of the closing mechanism because securing the closing body is not necessary when the drain valve is closed.
  • the envelope volume of the valve body is preferably greater than the envelope volume of the closing body.
  • the acceleration acting on the drain valve is most conveniently manageable if the closing axis of the valve body of the drain valve is aligned according to a variant at an angle of ⁇ 45 ° to the axis of the crankshaft driving the connecting rod.
  • the closing axis of the valve body of the drain valve is inclined to the axis of the crankshaft driving the connecting rod, the angle of inclination being in an angular range between -45 ° and + 45 °. Aligning the locking axis exactly 90 ° to the crankshaft axis can lead to disadvantages during operation. This is to be avoided and the appropriate use of the specified area ensures lower inertia forces.
  • the closing axis of the valve body of the drain valve is aligned essentially parallel to the axis of the crankshaft driving the connecting rod.
  • the orientation of the valve seat and the design of the valve body must certainly also be taken into account here. As a rule, however, the influences due to the accelerations on the connecting rod occurring during operation are minimized with this alignment.
  • the drain valve can have a valve spring pressing the valve body against a valve seat, the spring biasing force of the valve spring being selected when the connecting rod is at a standstill such that the calculated force from normal operation is at its maximum and on the valve body occurring acceleration multiplied by the mass of the valve body and divi diert by the tangent a is less than the spring preload, where a is the angle between the tangent of the valve seat on the valve body and a perpendicular to the closing axis of the drain valve. To determine the angle a, the touched angente and the closing axis must of course be in one plane.
  • the invention relates to the use of a closing body for a length-adjustable connecting rod in one of the embodiments described above.
  • the closing body has a mass which is less than the volume specified by the envelope contour of the closing body multiplied by the density of steel (7.85 g / mm 3 ).
  • Such advantageous closing bodies make the design of a drain valve and the associated closing mechanism easier for a telescopic connecting rod.
  • FIG. 1 shows the schematic functional representation of a length-adjustable, in particular telescopic connecting rod
  • FIG. 2 is a front view of an embodiment of a telescopic connecting rod
  • Fig. 3 shows an enlarged section of the telescopic connecting rod from Fig. 2 along the
  • Fig. 4 is a schematic representation of the force relationship on the valve body of a drain valve.
  • a length-adjustable, telescopic connecting rod 1 is shown schematically and by way of example, with which a variable compression ratio in an internal combustion engine can be realized.
  • the connecting rod 1 has a displaceably arranged rod part 2, at the upper end of which a small connecting rod eye 3 is arranged.
  • the second rod part 4 has a lower bearing shell 5, which together with the lower region of the second rod part 4 surrounds the large connecting rod eye 6.
  • the lower bearing shell 5 and the upper region of the second rod part 4 are connected to one another in the usual way by means of fastening means 7 (see FIG. 2).
  • the lower end of the first rod part 2 is provided with a Verstellkol ben 8, which is guided displaceably in a piston bore 9.
  • the second rod part 4 has a lid 10 through which the first rod part 2 leads and is sealed.
  • the cover 10 thus seals the piston bore 9 as a whole.
  • a first pressure chamber 11 of circular cross-section is formed below the adjusting piston 8 and an annular second pressure chamber 12 is formed above the adjusting piston 8.
  • other cross-sectional shapes for example ellipses, polygons or polygons can also be implemented.
  • the adjusting piston 8 and the piston bore 9 are part of an adjusting mechanism for changing the connecting rod length.
  • the adjustment mechanism also includes a hydraulic control circuit 13 to be described in more detail, which accordingly provides for an inflow or outflow of a hydraulic fluid into or out of the pressure chambers 11 and 12 and thus a movement of the adjustment piston 8 or locks the adjustment piston 8.
  • the hydraulic control circuit 13 is operated in the illustrated embodiment with engine oil.
  • an oil supply channel 14 is connected to the large connecting rod eye 6, as a result of which engine oil can be supplied to the hydraulic control circuit 13 or possibly flows out of it.
  • the oil supply channel 14 branches into different lines (sub-channels).
  • a first line 15 is connected to the first pressure chamber 11 in order to ensure an inflow of engine oil into the first pressure chamber 11.
  • a first check valve 16 is located in the first line 15, which is intended to prevent an immediate outflow of the oil from the first pressure chamber 11, but currently enables an inflow into the first pressure chamber 11.
  • a second line 17 is connected to the second pressure chamber 12 in order to allow oil to flow into the second pressure chamber 12.
  • a second check valve 18 which prevents oil from flowing directly out of the second pressure chamber 12, but enables an inflow at any time.
  • a control valve 19 which has two switching positions.
  • the control valve 19 is directly connected to a third line 20 of the oil supply channel 14.
  • the control valve 19 acts in one of its two switching positions as a drain valve for the outflow of hydraulic fluid from the second pressure chamber 12 or in its second switching position as a drain valve for the outflow of hydraulic fluid from the first pressure chamber 11.
  • the other pressure chamber 1 1 and 12 is in the each associated switch position is hydraulically locked, which is why the first rod part 2 assumes either the retracted or the extended position.
  • the control valve 19 is switched by means of a control line 21, which is connected to the second line 17 subsequent to the second return check valve 18 and a return spring 22 which presses the control valve 19 into the first switching position shown in FIG. 1.
  • the second switching position is achieved by generating an increased pressure level in the oil supply channel 14, so that the control valve 13 is pressed into the second switching position against the force of the return spring 22.
  • Corresponding first and second return channels 23.1, 23.2 are connected to the control valve 19 in the associated line sections of the first and second line 15, 17 in order to enable a corresponding outflow from the first pressure chamber 11 and the second pressure chamber 12.
  • the hydraulic control circuit 13 can also have additional elements, channels, valves, etc. or less or can be configured in another way in order to provide the desired adjustment function.
  • the hydraulic circuit diagram of the hydraulic control circuit 13 is thus only to be understood as representative of the mode of operation and not of the specific configuration.
  • control valve 19 An embodiment of the control valve 19 according to the invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 2 and 3.
  • Fig. 2 shows a detailed elaborated telescopic connecting rod 1 with the first rod part 2 and the second rod part 4.
  • the section line III represents the section plane as shown in FIG. 3.
  • the control valve 19 has a first drain valve 24 and a second drain valve 25.
  • a control slide 26 is part of the control valve 19.
  • Both drain valves 24 and 25 are constructed identically, which is why the associated elements are only described with reference to the first drain valve 24.
  • the drain valve 24 comprises a screw plug 27 which is screwed into a corresponding, threaded receiving opening in the second rod part 4.
  • a valve spring (helical compression spring) 28 is arranged in the screw plug 27, which acts on the spherical valve body 29.
  • the spherical valve body 29 interacts with a conical valve seat 30 which opens into a valve opening 31.
  • a likewise spherical closing body 32 is arranged in the valve opening 31.
  • the first drain valve 24 is shown in FIG. 3 in the closed position and the second drain valve 25 is shown in the open position. This corresponds to the switching position of the control valve 19 in FIG. 1.
  • the discharge valves 24 and 25 are actuated by means of the control slide 26.
  • the control slide 26 can be controlled hydraulically and is connected to the engine oil hydraulics. By increasing the pressure by the oil pump, pressure acts on one side on a piston surface 33.1 of the piston 33 of the control slide 26. This moves the control piston 26 against the action of the control piston spring 34 to the left (according to the arrangement in FIG. 3).
  • the control slide 26 has a stop flange 35 which specifies the second position.
  • a closure screw 37 is provided to close off the pressure chamber 36 assigned to the piston 33.
  • the control slide 26 has a first switching cam 38 and a second Switch cam 39 on.
  • Switch cams are to be understood as ramps or elevations which trigger a movement normal to movement of the control slide 26 by movement of the control slide 26 in adjacent elements.
  • the switching cams 38 and 39 each act on the associated closing body 32, which then moves the valve body 29.
  • the closing body 32 assigned to the second drain valve 25 has a raised position in the position of the control slide 26 shown in FIG. 3.
  • the closing body 32 thus acts on the valve body 29 and subsequently compresses the valve spring 28 and thus the valve body 29 away from the valve seat 30.
  • the second drain valve 25 is thereby opened. The oil can flow out of the second pressure chamber 12 while the first pressure chamber 11 is blocked.
  • the closing body 32 of the two th drain valve 25 on the control cam 39 slides down into another position and releases the valve body 29, so that the valve spring 28 as a result, the valve body 29 on the Ven tilsitz 30 presses and closes the second drain valve 25.
  • the closing body 32 of the first drain valve 24 slides upward on the control cam 38, as a result of which the associated valve body 29 is also pushed away from the axis of the control slide 26 here.
  • the associated valve spring 28 compresses and the valve body 29 lifts off the valve seat 30.
  • the second valve position of the control valve 19 is then taken. This results in the short position of the telescopic connecting rod.
  • the closing bodies 32 have the lowest possible weight.
  • the closing bodies 32 consist of a ceramic material with a density of approximately 2.5 g / mm 3 . Since the closing body 32 is a solid body in the present case, the envelope contour, just like the actual closing body 32, is a sphere. The mass of the closing body is therefore less than the volume specified by the envelope contour of the closing body multiplied by the density of steel. This is assumed to be 7.85 g / mm 3 for the described invention.
  • the closing body 32 can also be designed as an extension of the valve body 29 who, for example, be formed in one piece with this.
  • the alignment of the closing axes Avi and Av2 of the drain valves 24, 25 is also important here. These are aligned parallel to the axis AK of the crankshaft (and are therefore in the range of ⁇ 45 ° to the axis AK). The influence of the mass of the closing body 32 on the valve spring 28 is thus minimized.
  • valve seat 30 is formed with an angle a. Due to the cone shape, the tangent between the valve seat 30 and the valve body 29 runs exactly in the surface of the valve seat 30 at an angle a (here 45 °) to the closing axis Avi and Av2 . This angle a is measured to a perpendicular to the closing axis Avi or Av2.
  • a force component Fx acts on the valve body 29 due to the crankshaft movement. This has the amount of the product of the mass of the spherical valve body 29 times the maximum acceleration occurring.
  • the maximum acceleration results from the maximum speed of the internal combustion engine. This results in the force component Fy counteracting the closing force of the valve spring 28. This is Fx divided by tangent a.
  • the mass of the closing body 32 actually plays no role in this consideration due to the selected installation position. However, the mass of the closing body 32 has an influence on the actuating force to be made available by means of the control slide 26 and the biasing force of the control slide spring 34. Accelerating forces also act on the closing body 32, which act on the control cams 38 and 39 of the control slide 26 in a similar manner make it noticeable and have an influence on the spool valve 34 and the control pressure to be provided in the pressure chamber 36. For this reason, the mass should be as small as possible.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein längenverstellbares Pleuel (1) für einen Verbrennungsmotor, wobei das Pleuel (1) mindestens ein schaltbares Ablassventil(24, 25)zum Öffnen und Verschließen einer Druckkammer (11, 12) aufweist, wobei das Ablassventil (24, 25) einen Ventilkörper (29) und einen mit dem Ventilkörper (29) wirkverbundenen Schließkörper (32) aufweist und auf den Schließkörper(32) ein Schließmechanismus zum direkten Bewegen des Schließkörpers (32) und indirekten Bewegen des Ventilkörpers (29) von einer Schließ- in eine Öffnungsstellung oder umgekehrt vorhanden ist. Ein solches Ablassventil (24, 25) soll funktionstauglich ausgestaltet sein. Hierzu weist der Schließkörper (32) eine Masse auf, die geringer ist als das von der Hüllkontur des Schließkörpers (32) vorgegebene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3). Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines solchen Schließkörpers (32) in einem entsprechenden längenverstellbaren Pleuel (1).

Description

Längenverstell bares Pleuel mit massereduziertem Ablassventil
Die vorliegende Erfindung betrifft ein längenverstellbares Pleuel für einen Verbrennungsmotor, wobei das Pleuel mindestens ein schaltbares Ablassventil zum Öffnen und Verschließen eines Druckraums aufweist, wobei das Ablassventil einen Ventilkörper und einen mit dem Ventilkör per wirkverbundenen Schließkörper aufweist und ein auf den Schließkörper wirkender Schließmechanismus zum direkten Bewegen des Schließkörpers und indirekten Bewegen des Ventilkörpers von einer Schließ- in eine Öffnungsstellung oder umgekehrt vorhanden ist.
Der thermische Wirkungsgrad h von Ottomotoren ist abhängig vom Verdichtungsverhältnis e, d.h. dem Verhältnis vom Gesamtvolumen vor der Verdichtung zum Kompressionsvolumen (e = (Hubvolumen Vh + Kompressionsvolumen Vc) / Kompressionsvolumen Vc). Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu. Die Zunahme des thermi schen Wirkungsgrades über das Verdichtungsverhältnis ist degressiv, allerdings im Bereich heute üblicher Werte (e=10...14) noch relativ stark ausgeprägt.
In der Praxis kann das Verdichtungsverhältnis nicht beliebig gesteigert werden. Beispielsweise führt ein zu hohes Verdichtungsverhältnis bei Ottomotoren zum Klopfen. Hierbei entzündet sich das Gemisch durch die Druck- und Temperaturerhöhung bei der Verdichtung und nicht durch den Zündfunken. Diese frühzeitige Verbrennung führt nicht nur zu unruhigem Lauf, son dern kann Bauteilschäden verursachen
Das Verdichtungsverhältnis, ab dem Klopfen eintritt, ist u.a. vom Betriebspunkt (n,T, Drossel klappenstellung) des Motors abhängig. Im Teillastbereich ist eine höhere Verdichtung möglich. Daher gibt es die Bestrebung, das Verdichtungsverhältnis dem jeweiligen Betriebspunkt an zupassen. Es gibt verschiedene Entwicklungsansätze. Vorliegend soll das Verdichtungsver hältnis durch die Pleuellänge verstellt werden. Die Pleuellänge beeinflusst das Kompressions volumen. Das Hubvolumen ist durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylinder bohrung vorgegeben. Ein kurzes Pleuel führt daher zu einem geringeren Verdichtungsverhält nis als ein langes Pleuel bei ansonsten gleichen geometrischen Abmessungen (Kurbelwelle, Zylinderkopf, Ventilsteuerung etc.).
Vorliegend soll die Pleuellänge hydraulisch zwischen zwei Stellungen variieren, das Pleuel ist also längenverstellbar ausgeführt. Die Funktionsweise einer Ausführungsform wird im Folgen den kurz erläutert. Das gesamte Pleuel ist dabei mehrteilig ausgeführt, wobei die Längenän derung durch einen Teleskopmechanismus erfolgt. Das Pleuel beinhaltet einen doppelwirken- den Hydraulikzylinder. Das kleine Pleuelauge (Kolbenbolzen) ist mit einer Kolbenstange ver bunden, auf der ein Kolben angeordnet ist. Der Kolben ist axial verschiebbar in einem Zylinder geführt, der in dem Pleuelteil mit dem großen Pleuelauge (Kurbelwellenzapfen) angeordnet ist. Der Kolben trennt den Zylinder in zwei Kammern (obere- und untere Druckkammer). Die beiden Kammern werden über Rückschlagventile mit einem Hydraulikmittel, z.B. Motoröl ver sorgt. Ist das Pleuel in der langen Position, befindet sich kein Öl in der oberen Druckkammer. Die untere Druckkammer hingegen ist vollständig mit Öl gefüllt. Während des Betriebs wird das Pleuel aufgrund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der Langstellung wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen An schlag des Kolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine ein wirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die ölgefüllte untere Kammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Ölrücklauf unterbindet, steigt der Öldruck an. Die Pleuellänge ändert sich nicht. Das Pleuel ist in dieser Richtung hydraulisch gesperrt.
In der Kurzstellung drehen sich die Verhältnisse um. Die untere Kammer ist leer, die obere ist mit Öl gefüllt. Eine Zugkraft bewirkt einen Druckanstieg in der oberen Kammer. Eine Druckkraft wird durch einen mechanischen Anschlag aufgenommen.
Die Pleuellänge kann zweistufig verstellt werden, indem eine der beiden Kammern entleert wird. Hierbei wird jeweils eines der beiden Zulaufrückschlagventile durch einen zugeordneten Rücklaufkanal überbrückt. Durch diesen Rücklaufkanal kann Öl fließen, unabhängig von der Druckdifferenz zwischen der Druckkammer und dem Versorgungsteil. Das jeweilige Rück schlagventil verliert also seine Wirkung.
Die beiden Rücklaufkanäle werden durch ein Steuerventil geöffnet oder geschlossen, wobei immer genau ein Rücklaufkanal offen ist, der andere geschlossen. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert. Die Ölversorgung erfolgt durch die Schmierung des Pleuellagers. Hierzu ist eine Öldurchführung vom Kurbelwellenzapfen über das Pleuellager zum Pleuel erforderlich.
Die Schaltung erfolgt durch gezieltes Entleeren einer der beiden Druckkammern unter Ausnut zung der am Pleuel wirkenden Massen- und Gaskräfte, wobei die jeweils andere Druckkam mer durch ein Zulauf-Rückschlagventil mit Öl versorgt und hydraulisch gesperrt wird.
Ein über Teleskopieren längenverstellbares Pleuel zum Verstellen des Verdichtungsverhält nisses im Verbrennungsmotor beschreibt z.B. die WO 2018/007534 A1. Bei einer Variante dieser bekannten Druckschrift ist ein Stellkolben vorgesehen, der die Ablassventile für die Druckräume ansteuert. Hierzu weisen die Ventilkörper (Kugelform) stößelartig angeformte Schließkörper auf, die mittels Steuerstößel am Stellkolben geöffnet und geschlossen werden können. Eine Veränderung des Verdichtungsverhältnisses kann aber auch mittels eines Ex- zenters am kleinen Pleuelauge bewirkt werden. Der Exzenter kann ebenfalls hydraulisch an gesteuert sein.
Ein Pleuel ist naturgemäß sehr hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt. Diese Beschleuni gungskräfte müssen auch bei der hydraulischen Schaltung eines längenverstellbaren Pleuels berücksichtigt werden. Es besteht daher ein Bestreben, Teile der hydraulischen Schaltung, hier das Ablassventil, so zu konstruieren, dass eine während des Betriebs des Verbrennungs motors funktionsfähige Einheit geschaffen wird.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein längenverstellbares Pleuel der ein gangs genannten Art so zu verbessern, dass selbst bei dem vorhandenen kleinen Bauraum ein voll funktionsfähiges Ablassventil geschaffen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass der Schließkörper eine Masse auf weist, die geringer ist als das von einer Hüllkontur des Schließkörpers vorgegebene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3). Unter Hüllkontur ist im Wesentlichen die kleinste Verpackungskontur gemeint, die nur der Außenkontur des Schließkörpers folgt und Aussparungen, Nuten, Bohrungen etc. unberücksichtigt lässt, sofern sie von einem benach barten größeren Bereich des Schließkörpers flankiert ist. In aller Regel sind jedoch Schließ körper einfache geometrische Bauelemente. Neben der Anwendung von gezielt vorgenomme nem Materialabtrag oder der Ausbildung eines Hohlkörpers kann eine Gewichtsreduktion auch durch ein Material mit einer geringeren Dichte als Stahl vorgenommen werden. Je nach Aus richtung des Ablassventils kann beim umlaufenden Pleuel und in Abhängigkeit von der Dreh zahl des Verbrennungsmotors durch die dabei entstehenden Kräfte eine Öffnungskraft auf den Ventilkörper von dem Schließkörper ausgeübt werden. Diese soll in der geschlossenen Stel lung des Ventilkörpers nicht zu einem unbeabsichtigten Schalten des Ablassventils führen. Durch die erfindungsgemäße Lösung wird ein geringeres Gewicht des Schließkörpers erzielt, so dass die Gegebenheiten umso vorteilhafter sind und sich eine eventuell vorhandene Ven tilfeder umso besser konstruieren lässt. Auch die auf den Schließmechanismus wirkende Kraft des Schließkörpers wird durch diese Maßnahme reduziert.
Als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn gemäß einer Variante der Schließkör per aus einem Keramikmaterial hergestellt ist. Technische Keramikmaterialien sind sehr feste Materialien, die den hohen Anforderungen in dem vorliegenden Einsatzgebiet standhalten kön nen. Darüber hinaus weisen sie eine geringere Dichte als Stahl auf, weshalb auch die Ausbil dung als Vollmaterial möglich ist. Solche Schließkörper lassen sich z.B. auch durch Sintern und in vielen beliebigen Formen hersteilen.
Günstigerweise besteht der Schließkörper aus einem Material mit einer Durchschnittsdichte von weniger als 4,5 g/mm3, bevorzugt weniger als 2,7 g/mm3. Insbesondere mit Keramikma terialien lassen sich solche Grenzwerte einhalten, die hier im vorliegenden Fall durch das Ma terial Titan und das Material Aluminium vorgegeben werden, die in aller Regel für den vorlie genden Einsatzzweck weniger geeignete Materialien sind. Aufgrund der Tatsache, dass die Masse des Schließkörpers in aller Regel kleiner ist als die Masse des Ventilkörpers, übt bei einer derartigen Massereduktion der Schließkörper nur wenig Einfluss bei entsprechenden Beschleunigungen auf den Ventilkörper aus. Auch der Einfluss auf den Schließmechanismus ist reduziert.
Für die Konstruktion als besonders vorteilhaft hat sich herausgestellt, wenn der Ventilkörper und der Schließkörper zwei separate Körper sind. Hier können geometrisch einfache Körper, wie z.B. zwei Kugeln zum Einsatz kommen. Vorzugsweise weisen der Ventilkörper und/oder der Schließkörper eine Kugelform auf.
Die Kugelform weist bei größtmöglicher Oberfläche das geringste Volumen auf, wodurch die ser Körper eine günstige Form aufweist und bevorzugt eingesetzt wird. Das Aufeinanderwirken zweier Kugeln gilt als beherrschbar und für die Abströmung des Hydraulikfluids als vorteilhaft.
Kugelförmige Ventilkörper sind bestens bekannt und gut beherrschbar. Ein kugelförmiger Schließkörper wird vom abfließenden Hydraulikfluid sehr gut umströmt und weist daher neben seinem geringen Volumen auch gute hydraulische Eigenschaften auf. Der Schließkörper ist in aller Regel auf der Niederdruckseite angeordnet und somit der Abflussströmung des Ablass ventils ausgesetzt.
In einer anderen Variante ist der Schließkörper mit dem Schließabschnitt des Ventilkörpers auf der Niederdruckseite verbunden und steht dort mit dem Schließmechanismus in Eingriff und/oder ist dort mit dem Schließmechanismus in Eingriff bringbar. Der Schließkörper kann dann einteilig mit dem Ventilkörper ausgeführt sein. Die Bestimmung der Hüllkontur des Schließkörpers ist in aller Regel sehr einfach, weil der Schließkörper meist als Fortsatz am Ventilkörper angebracht ist und sich durch die Ventilöffnung erstrecken muss. Zum Ventilkör per gehört auf jeden Fall der Schließbereich, der auf dem Ventilsitz aufsitzt. Der körperlich sich dann davon absetzende und durch die Ventilöffnung erstreckende Teil ist dann dem Schließ körper zuzurechnen. Die Verbindung von Ventilkörper und Schließkörper bietet andere Mög lichkeiten der Ausgestaltung des Schließmechanismus, weil eine Sicherung des Schließkör pers bei geschlossenem Ablassventil nicht notwendig ist.
Damit sich die Masse des Schließkörpers wenig auf den Ventilkörper auswirkt, ist das Hüllvo lumen des Ventilkörpers bevorzugt größer als das Hüllvolumen des Schließkörpers.
Des Weiteren hat sich herausgestellt, dass die auf das Ablassventil einwirkende Beschleuni gung dann am günstigsten handhabbar ist, wenn die Schließachse des Ventilkörpers des Ab lassventils gemäß einer Variante in einem Winkel von ± 45° zur Achse der das Pleuel antrei benden Kurbelwelle ausgerichtet ist. Mit anderen Worten ist die Schließachse des Ventilkör pers des Ablassventils geneigt zur Achse der das Pleuel antreibenden Kurbelwelle ausgerich tet, wobei der Neigungswinkel in einem Winkelbereich zwischen -45° und +45° liegt. Ein Aus richten der Schließachse genau 90° zur Kurbelwellenachse kann im Betrieb zu Nachteilen führen. Diese gilt es zu vermeiden und eine entsprechende Verwendung des angegebenen Bereichs sorgt für geringere Massekräfte.
Deshalb ist es gemäß einer weiteren Variante bevorzugt, wenn die Schließachse des Ventil körpers des Ablassventils im Wesentlichen parallel zur Achse der das Pleuel antreibenden Kurbelwelle ausgerichtet ist. Berücksichtigung muss hierbei sicherlich auch die Ausrichtung des Ventilsitzes und die Ausgestaltung des Ventilkörpers haben. In aller Regel werden jedoch die Einflüsse aufgrund der im Betrieb auftretenden Beschleunigungen am Pleuel bei dieser Ausrichtung minimiert.
Gemäß einer vorteilhaften Konstruktionsvorgabe (insbesondere gemäß einer Vorgabe nach Anspruch 8) kann das Ablassventil eine den Ventilkörper gegen einen Ventilsitz pressende Ventilfeder aufweisen, wobei die Federvorspannkraft der Ventilfeder so bei stillstehendem Pleuel gewählt ist, dass die errechnete Kraft aus dem Normalbetrieb maximal und am Ventil körper auftretende Beschleunigung multipliziert mit der Masse von dem Ventilkörper und divi diert durch den Tangens a kleiner ist als die Federvorspannkraft, wobei a der Winkel zwischen der Berührtangenten des Ventilsitzes am Ventilkörper und einer Senkrechten zur Schließ achse des Ablassventils. Zur Ermittlung des Winkels a müssen selbstverständlich die Berührt angente und die Schließachse in einer Ebene liegen. Bei dieser Vorgabe ist sichergestellt, dass die Federkraft im Betrieb ausreichend ist, das geschlossene Ablassventil auch geschlos sen zu halten. Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf die Verwendung eines Schließkörpers für ein längenverstellbares Pleuel in einer der oben beschriebenen Ausführungen. Der Schließkörper weist eine Masse auf, die geringer ist als das von der Hüllkontur des Schließkörpers vorgege bene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3). Solche vorteilhaften Schließ körper machen die Ausgestaltung eines Ablassventils und des zugehörigen Schließmechanis mus für ein teleskopierbares Pleuel einfacher.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand eines nicht einschränkenden Ausfüh rungsbeispiels, das in den Zeichnungen dargestellt ist, näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Funktionsdarstellung eines längenverstellbaren, insbesondere te- leskopierbaren Pleuels,
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Ausführungsform eines teleskopierbaren Pleuels,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt des teleskopierbaren Pleuels aus Fig. 2 entlang der
Linie lll-lll geschnitten und
Fig. 4 eine schematische Kräfteverhältnisdarstellung am Ventilkörper eines Ablassventils.
In Fig. 1 ist schematisch und beispielhaft eine längenverstellbares, teleskopierbares Pleuel 1 dargestellt, mit dem sich ein variables Verdichtungsverhältnis bei einem Verbrennungsmotor realisieren lässt. Das Pleuel 1 weist einen verschiebbar angeordneten Stangenteil 2 auf, an dessen oberen Ende ein kleines Pleuelauge 3 angeordnet ist. Das zweite Stangenteil 4 weist eine untere Lagerschale 5 auf, die zusammen mit dem unteren Bereich des zweiten Stangen teils 4 das große Pleuelauge 6 umgibt. Die untere Lagerschale 5 und der obere Bereich des zweiten Stangenteils 4 werden in üblicher Weise mittels Befestigungsmitteln 7 (siehe Fig. 2) miteinander verbunden. Das untere Ende des ersten Stangenteils 2 ist mit einem Verstellkol ben 8 versehen, der in einer Kolbenbohrung 9 verschiebbar geführt ist. Am oberen Ende weist das zweite Stangenteil 4 einen Deckel 10 auf, durch den das erste Stangenteil 2 hindurchge führt und abgedichtet ist. Somit dichtet der Deckel 10 insgesamt die Kolbenbohrung 9 ab. Unterhalb des Verstellkolbens 8 ist eine erste Druckkammer 1 1 von kreisförmigem Querschnitt gebildet und oberhalb des Verstellkolbens 8 ist eine kreisringförmige zweite Druckkammer 12 gebildet. Selbstverständlich können neben der Kreisform gemäß dem vorliegenden Ausfüh rungsbeispiel auch andere Querschnittsformen, z.B. Ellipsen, Vielecke bzw. Polygone umge setzt werden. Der Verstellkolben 8 und die Kolbenbohrung 9 sind Bestandteil eines Verstellmechanismus zur Veränderung der Pleuellänge. Zu dem Verstellmechanismus gehört auch eine noch näher zu beschreibende hydraulische Ansteuerschaltung 13, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ablauf eines Hydraulikfluids in bzw. aus den Druckkammern 11 und 12 und somit eine Bewe gung des Verstellkolbens 8 sorgt oder den Verstellkolben 8 arretiert. Die hydraulische Ansteu erschaltung 13 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Motoröl betrieben. Hierzu steht ein Ölversorgungskanal 14 mit dem großen Pleuelauge 6 in Verbindung, wodurch Motoröl der hydraulischen Ansteuerschaltung 13 zugeführt werden kann oder gegebenenfalls aus dieser abfließt. Der Ölversorgungskanal 14 verzweigt sich in verschiedene Stränge (Teilkanäle). Ein erster Strang 15 steht mit der ersten Druckkammer 1 1 in Verbindung, um einen Zufluss von Motoröl in die erste Druckkammer 11 zu gewährleisten. Zusätzlich befindet sich im ersten Strang 15 ein erstes Rückschlagventil 16, das einen unmittelbaren Abfluss des Öls aus der ersten Druckkammer 11 verhindern soll, aber einen Zufluss in die erste Druckkammer 1 1 je derzeit ermöglicht. Ein zweiter Strang 17 steht mit der zweiten Druckkammer 12 in Verbindung, um einen Zulauf von Öl in die zweite Druckkammer 12 zu ermöglichen. Im zweiten Strang 17 befindet sich ein zweites Rückschlagventil 18, welches ein direktes Abfließen von Öl aus der zweiten Druckkammer 12 verhindert, aber einen Zufluss jederzeit ermöglicht.
Des Weiteren ist ein Steuerventil 19 vorgesehen, das zwei Schaltstellungen aufweist. Das Steuerventil 19 steht mit einem dritten Strang 20 des Ölversorgungskanals 14 unmittelbar in Verbindung. Das Steuerventil 19 wirkt in jeweils einer seiner beiden Schaltstellungen als Ab laufventil zum Abströmen von Hydraulikfluid aus der zweiten Druckkammer 12 oder in seiner zweiten Schaltstellung als Ablaufventil zum Abströmen von Hydraulikfluid aus der ersten Druckkammer 11. Die jeweils andere Druckkammer 1 1 und 12 ist in der jeweils zugehörigen Schaltstellung hydraulisch gesperrt, weshalb das erste Stangenteil 2 entweder die eingefah rene oder die ausgefahrene Stellung einnimmt. Die Schaltung des Steuerventils 19 erfolgt mit tels einer Steuerleitung 21 , die mit dem zweiten Strang 17 nachfolgend des zweiten Rück schlagventils 18 in Verbindung steht und einer Rückstellfeder 22, die das Steuerventil 19 in die in Fig. 1 dargestellte erste Schaltstellung drückt. Die zweite Schaltstellung wird erreicht, indem ein erhöhtes Druckniveau in dem Ölversorgungskanal 14 erzeugt wird, so dass das Steuerventil 13 gegen die Kraft der Rückstellfeder 22 in die zweite Schaltstellung gedrückt wird. Entsprechende erste und zweite Rücklaufkanäle 23.1 , 23.2 stehen mit dem Steuerventil 19 in den zugehörigen Strangabschnitten des ersten und des zweiten Stranges 15, 17 in Ver bindung, um einen entsprechenden Ablauf aus der ersten Druckkammer 1 1 und der zweiten Druckkammer 12 zu ermöglichen. Es sei angemerkt, dass die hydraulische Ansteuerschaltung 13 auch zusätzliche Elemente, Kanäle, Ventile, etc. oder weniger aufweisen oder andersartig konfiguriert sein kann, um die gewünschte Verstellfunktion bereitzustellen. Das hydraulische Schaltbild der hydraulischen Ansteuerschaltung 13 ist somit nur repräsentativ für die Funktionsweise zu verstehen und nicht für die konkrete Ausgestaltung.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuerventils 19 näher erläutert.
Die Fig. 2 zeigt zunächst ein detaillierter ausgearbeitetes teleskopierbares Pleuel 1 mit erstem Stangenteil 2 und zweitem Stangenteil 4. Nachdem in der Folge nur auf die wesentlichen Un terschiede zum vorangegangenen schematisch dargestellten Pleuel 1 eingegangen werden soll, wird unter Verwendung der gleichen Bezugsziffern auf die obige Beschreibung ergänzend Bezug genommen. Die Schnittlinie III gibt die Schnittebene wieder, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist. Hierdurch wird hauptsächlich der Aufbau des Steuerventils 19 näher gezeigt und beschrie ben. Das Steuerventil 19 weist ein erstes Ablaufventil 24 und ein zweites Ablaufventil 25 auf. Des Weiteren ist ein Steuerschieber 26 Bestandteil des Steuerventils 19.
Beide Ablassventile 24 und 25 sind gleich aufgebaut, weshalb die zugehörigen Elemente nur anhand des ersten Ablassventils 24 beschrieben werden. Das Ablassventil 24 umfasst eine Verschlussschraube 27, die in eine entsprechende, mit Gewinde versehene Aufnahmeöffnung im zweiten Stangenteil 4 eingeschraubt ist. In der Verschlussschraube 27 ist eine Ventilfeder (Schraubendruckfeder) 28 angeordnet, die auf den kugelförmigen Ventilkörper 29 wirkt. Der kugelförmige Ventilkörper 29 interagiert mit einem konischen Ventilsitz 30, der in eine Ventil öffnung 31 mündet. In der Ventilöffnung 31 ist ein ebenfalls kugelförmiger Schließkörper 32 angeordnet. Das erste Ablassventil 24 ist in Fig. 3 in der geschlossenen Stellung dargestellt und das zweite Ablassventil 25 ist in der geöffneten Stellung dargestellt. Das entspricht der Schaltstellung des Steuerventils 19 in Fig. 1.
Die Betätigung der Ablassventile 24 und 25 erfolgt mittels des Steuerschiebers 26. Der Steu erschieber 26 ist hydraulisch ansteuerbar und steht mit der Motorölhydraulik in Verbindung. Mittels Druckerhöhung durch die Ölpumpe wirkt einseitig Druck auf eine Kolbenfläche 33.1 des Kolbens 33 des Steuerschiebers 26. Hierdurch wird der Steuerkolben 26 gegen die Wir kung der Steuerkolbenfeder 34 nach links (gemäß Anordnung in Fig. 3) bewegt. Hierzu weist der Steuerschieber 26 einen Anschlagflansch 35 auf, der die zweite Stellung vorgibt. Zum Abschließen des dem Kolben 33 zugeordneten Druckraums 36 ist eine Verschlussschraube 37 vorgesehen. Der Steuerschieber 26 weist einen ersten Schaltnocken 38 und einen zweiten Schaltnocken 39 auf. Unter Schaltnocken sind dabei Rampen bzw. Erhebungen zu verstehen, die durch eine Bewegung des Steuerschiebers 26 bei angrenzenden Elementen eine Bewe gung normal zur Bewegung des Steuerschiebers 26 auslösen. Die Schaltnocken 38 und 39 wirken jeweils auf den zugehörigen Schließkörper 32, der dann in der Folge den Ventilkörper 29 bewegt. In der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 26 ist so viel Spiel zwi schen Steuerschieber 26 und dem Schließkörper 32 vorhanden, dass der Ventilkörper 29 si cher auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt und nicht von dem Schließkörper 32 beeinträchtigt wird. Der dem zweiten Ablassventil 25 zugeordnete Schließkörper 32 weist in der in Fig. 3 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 26 eine angehobene Stellung auf. Der Schließkörper 32 wirkt somit auf den Ventilkörper 29 und drückt in der Folge die Ventilfeder 28 zusammen und somit den Ventilkörper 29 vom Ventilsitz 30 weg. Das zweite Ablassventil 25 ist hierdurch geöffnet. Das Öl kann aus der zweiten Druckkammer 12 abfließen, während die erste Druckkammer 1 1 gesperrt ist.
Bewegt sich nunmehr der Steuerschieber 26 nach links, gleitet der Schließkörper 32 des zwei ten Ablassventils 25 an dem Steuernocken 39 nach unten in eine andere Position und gibt den Ventilkörper 29 frei, so dass die Ventilfeder 28 in der Folge den Ventilkörper 29 auf den Ven tilsitz 30 drückt und das zweite Ablassventil 25 verschließt. Anschließend gleitet der Schließ körper 32 des ersten Ablassventils 24 an der Steuernocke 38 nach oben, wodurch auch hier der zugehörige Ventilkörper 29 von der Achse des Steuerschiebers 26 weggedrückt wird. Gleichzeitig drückt sich die zugehörige Ventilfeder 28 zusammen und der Ventilkörper 29 hebt vom Ventilsitz 30 ab. Hierdurch ist dann die zweite Ventilstellung des Steuerventils 19 einge nommen. Dies resultiert in der kurzen Stellung des teleskopierbaren Pleuels.
Das Pleuel 1 und damit dessen Bestandteile sind im Betrieb hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt. Alleine durch die Drehbewegung um die Achse AK der Kurbelwelle, die in Fig. 3 symbolisch eingezeichnet ist, treten entsprechende Fliehkräfte auf. Aus diesem Grunde ist es von Vorteil, wenn die Schließkörper 32 ein möglichst geringes Eigengewicht aufweisen. Im vorliegenden Fall bestehen die Schließkörper 32 aus einem keramischen Werkstoff mit einer Dichte von ca. 2,5 g/mm3. Nachdem es sich bei dem Schließkörper 32 im vorliegenden Fall um einen Vollkörper handelt, ist die Hüllkontur, genau wie der tatsächliche Schließkörper 32, eine Kugel. Die Masse des Schließkörpers ist deshalb geringer als das von der Hüllkontur des Schließkörpers vorgegebene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl. Diese wird für die beschriebene Erfindung mit 7,85 g/mm3 angenommen. Alternativ kann der Schließkörper 32 auch als Fortsatz des Ventilkörpers 29 ausgestaltet wer den, z.B. mit diesem einteilig ausgebildet sein.
Wichtig hierbei ist auch die Ausrichtung der Schließachsen Avi und Av2 der Ablassventile 24, 25. Diese sind parallel zur Achse AK der Kurbelwelle ausgerichtet (und liegen somit im Bereich von ± 45° zur Achse AK). Der Einfluss der Masse des Schließkörpers 32 auf die Ventilfeder 28 ist somit minimiert.
In der Folge werden anhand der Fig. 4 die am Ventilkörper 29 auftretenden Kräfte näher er läutert. Wichtigen Einfluss hierauf hat die Ausgestaltung des Ventilkörpers 29 und die Ausrich tung des Ventilsitzes 30. Der Ventilsitz 30 ist mit einem Winkel a ausgeformt. Aufgrund der Konusform verläuft die Berührtangente zwischen Ventilsitz 30 und Ventilkörper 29 genau in der Fläche des Ventilsitzes 30 mit einem Winkel a (hier 45°) zur Schließachse Avi und Av2. Dieser Winkel a wird zu einer Senkrechten zur Schließachse Avi bzw. Av2 gemessen. Bei der gewählten Einbaulage wirkt aufgrund der Kurbelwellenbewegung auf den Ventilkörper 29 eine Kraftkomponente Fx. Diese hat den Betrag von dem Produkt der Masse des kugelförmigen Ventilkörpers 29 mal der maximal auftretenden Beschleunigung. Die maximale Beschleuni gung ergibt sich aus der maximalen Drehzahl des Verbrennungsmotors. Hieraus ergibt sich die der Schließkraft der Ventilfeder 28 entgegenwirkende Kraftkomponente Fy. Diese beträgt Fx geteilt durch Tangens a. Die Masse des Schließkörpers 32 spielt bei dieser Betrachtung eigentlich keine Rolle aufgrund der gewählten Einbaulage. Allerdings hat die Masse des Schließkörpers 32 Einfluss auf die zur Verfügung zu stellende Aktuierungskraft mittels des Steuerschiebers 26 und die Vorspannkraft der Steuerschieberfeder 34. Auch auf den Schließ körper 32 wirken Beschleunigungskräfte, die sich an den Steuernocken 38 und 39 des Steu erschiebers 26 in ähnlicher Weise bemerkbar machen und Einfluss auf die Steuerschieberfe der 34 und dem zur Verfügung zu stellenden Steuerdruck im Druckraum 36 haben. Aus diesem Grunde soll die Masse möglichst gering sein.
Bezugszeichenliste
1 teleskopierbares Pleuel
2 erstes Stangenteil
3 kleine Pleuelauge
4 zweites Stangenteil
5 untere Lagerschale
6 großes Pleuelauge
7 Befestigungsmittel
8 Verstellkolben
9 Kolbenbohrung
10 Deckel
11 erste Druckkammer
12 zweite Druckkammer
13 Ansteuerschaltung
14 Ölversorgungskanal
15 erster Strang
16 erstes Rückschlagventil
17 zweiter Strang
18 zweites Rückschlagventil
19 Steuerventil
20 dritter Strang
21 Steuerleitung
22 Rückstellfeder
23.1 erster Rücklaufkanal
23.2 zweiter Rücklaufkanal
24 erstes Ablassventil
25 zweite Ablassventil
26 Steuerschieber
27 Verschlussschraube
28 Ventilfeder
29 Ventilkörper
30 Ventilsitz
31 Ventilöffnung
32 Schließkörper 33 Kolben
33.1 Kolbenfläche
34 Steuerschieberfeder
35 Anschlagflansch
36 Druckraum
37 Verschlussschraube
38 Steuernocke
39 Steuernocke
AK Kurbelwellenachse
Avi Schließachse erstes Ablassventil
AV2 Schließachse zweites Ablassventil

Claims

Ansprüche
1. Längenverstellbares Pleuel (1) für einen Verbrennungsmotor, wobei das Pleuel (1) mindes tens ein schaltbares Ablassventil (24, 25) zum Öffnen und Verschließen zumindest einer Druckkammer (11 , 12) aufweist, wobei das Ablassventil (24, 25) einen Ventilkörper (29) und einen mit dem Ventilkörper (29) wirkverbundenen Schließkörper (32) aufweist und ein auf den Schließkörper (32) wirkender Schließmechanismus zum direkten Bewegen des Schließkör pers (32) und indirekten Bewegen des Ventilkörpers (29) von einer Schließ- in eine Öffnungs stellung oder umgekehrt vorhanden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (32) eine Masse aufweist, die geringer ist als das von einer Hüllkontur des Schließkörpers (32) vorgegebene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3).
2. Längenverstellbares Pleuel (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (32) aus einem Keramikmaterial hergestellt ist.
3. Längenverstellbares Pleuel (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (32) aus einem Material mit einer Durchschnittsdichte von weniger als 4,5 g/mm3, bevorzugt weniger als 2,7 g/mm3, besteht.
4. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ventilkörper (29) und der Schließkörper (32) als zwei separate Körper ausgeführt sind, wobei insbesondere der Ventilkörper (29) und/oder der Schließkörper (32) eine Kugelform aufweisen.
5. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließkörper (32) mit einem Schließabschnitt des Ventilkörpers (29) auf einer Niederdruckseite verbunden ist und dort mit dem Schließmechanismus in Eingriff steht und/oder in Eingriff bringbar ist.
6. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Hüllvolumen des Ventilkörpers (29) größer ist als das Hüllvolumen des Schließkörpers (32).
7. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der vorangegangenen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließachse (AVI ,AV2) des Ventilkörpers (29) des Ablassventils (24, 25) in einem Winkel von ± 45° zur Achse (AK) einer das Pleuel (1) antreibenden Kurbelwelle ausgerichtet ist.
8. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schließachse (Avi , Av2) des Ventilkörpers (29) des Ablassventils (24, 25) im Wesentlichen parallel zur Achse (AK) einer das Pleuel (1) antreibenden Kurbelwelle ausgerich tet ist.
9. Längenverstellbares Pleuel (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Ablassventil (24, 25) eine den Ventilkörper (29) gegen einen Ventilsitz (30) pres sende Ventilfeder (28) aufweist und die Federvorspannungskraft der Ventilfeder (28) so bei stillstehendem Pleuel (1) gewählt ist, dass die errechnete Kraft aus im Normalbetrieb maximal am Ventilkörper (29) auftretender Beschleunigung multipliziert mit der Masse von dem Ventil körper (29) und dividiert durch den Tangens a kleiner ist als die Federvorspannkraft, wobei a der Winkel zwischen der Berührtangenten des Ventilsitzes (30) am Ventilkörper (29) und einer Senkrechten zur Schließachse (Avi , Av2) ist.
10. Verwendung eines Schließkörpers (32) in einem längenverstellbaren Pleuel (1) nach ei nem der vorangegangenen Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Schließ körper (32) eine Masse aufweist, die geringer ist als das von einer Hüllkontur des Schließkör pers (32) vorgegebene Volumen multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/m3).
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