WO2020073070A1 - Längenverstellbare pleuelstange mit masseoptimiertem steuerschieber - Google Patents

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WO2020073070A1
WO2020073070A1 PCT/AT2019/060337 AT2019060337W WO2020073070A1 WO 2020073070 A1 WO2020073070 A1 WO 2020073070A1 AT 2019060337 W AT2019060337 W AT 2019060337W WO 2020073070 A1 WO2020073070 A1 WO 2020073070A1
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WO
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control
connecting rod
section
control slide
length
Prior art date
Application number
PCT/AT2019/060337
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English (en)
French (fr)
Inventor
Malte Heller
Stefanie BEZNER
Christian Gallob
Martin Rath
Bernhard Kometter
Original Assignee
Iwis Motorsysteme Gmbh & Co. Kg
Avl List Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
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Priority to DE112019005034.6T priority patent/DE112019005034A5/de
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    • 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
    • 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
    • F16K—VALVES; TAPS; COCKS; ACTUATING-FLOATS; DEVICES FOR VENTING OR AERATING
    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/12—Actuating devices; Operating means; Releasing devices actuated by fluid
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16K31/00—Actuating devices; Operating means; Releasing devices
    • F16K31/44—Mechanical actuating means
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    • F16K31/44—Mechanical actuating means
    • F16K31/52—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam
    • F16K31/524—Mechanical actuating means with crank, eccentric, or cam with a cam

Definitions

  • the present invention relates to a length-adjustable connecting rod with a hydraulic control device for effecting a change in the effective length of the connecting rod, the hydraulic control device having a hydraulic control valve which has a hydraulically actuated control slide which is pretensioned by means of a control slide spring and two which can be actuated by the control slide using two control contours arranged at a distance from one another Drain valves, wherein the control slide has a low-pressure section with low-pressure pistons for the hydraulic actuation of the control slide.
  • 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 various development approaches for this. 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.
  • the way it works is explained briefly below.
  • the entire connecting rod is multi-part leads, the length change is done by a telescopic mechanism.
  • the connecting rod includes a double-acting hydraulic cylinder.
  • the small connecting rod eye (piston pin) is connected to a piston rod.
  • 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 engine oil via check valves. If 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.
  • tensile force is absorbed by the mechanical contact with an upper stop 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, whereby one return channel is always open and the other is closed.
  • the actuator for switching the two return channels is controlled hydraulically by the supply pressure.
  • the oil supply takes place through 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 length-adjustable connecting rod is switched 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 RSV.
  • a length-adjustable connecting rod for adjusting the compression ratio in the internal combustion engine is known, for example, from WO 2016/203047 A1.
  • the ends of the control slide are provided with a conical control contour, which act on corresponding opening elements, the discharge valves arranged transversely to the control slide axis.
  • This type of design requires relatively complicated oil supply paths and a clean separation between the high pressure areas of the control slide acting with the drain valves and the low pressure area with the low pressure piston.
  • the control tappet is built in two parts and the low-pressure piston must accommodate both stop positions.
  • the plunger of the control slide is designed to be relatively solid and only has the corresponding control contour at the respective ends. To the outside, two high-pressure areas must be sealed off with appropriate closure elements.
  • a connecting rod is naturally exposed to very high acceleration forces. These acceleration forces must also be taken into account in the hydraulic control device for a length-adjustable connecting rod. There is therefore an effort to design parts of the hydraulic circuit, here the control disc, so that a functional unit is created during operation of the internal combustion engine, which is structurally simple.
  • the change in effective length can also be effected by using an eccentric, before pulling on the small connecting rod eye.
  • Such an eccentric can also be controlled hydraulically. Due to the fact that the length adjustability relates to the change in position between the connecting rod eyes, an eccentric solution also falls under the invention.
  • control contours are arranged together in a high-pressure section of the control slide, which is arranged on one side of the low-pressure section and is separated from it by an intermediate sealing section, that the control contours each have a closure area with control cams and one to the control cam adjacent opening area include that the closure area has a smaller cross section than the opening area, and that the mass of the section of the control slide lying between the two closure areas, due to the choice of material and / or contouring that constricts the opening areas, is a maximum of 0.95 times the envelope volume of this section multiplied by the density of steel (7.85 g / mm 3 ) corresponds.
  • the envelope contour of the said section of the control slide means the smallest packaging size for this section, which has a constant cross section over the entire length of the section.
  • the largest cross-section of this section specifies the cross-sectional size of the envelope contour.
  • lighter materials and / or material removal can be carried out in this section.
  • the inertial forces acting on the control slide which are essentially dependent on the speed of the internal combustion engine and the specific arrangement of the control slide in the connecting rod, can be reduced again with these measures.
  • Also advantageous is the one-sided arrangement of the high-pressure areas, because one side of the high-pressure area is sealed by the control slide itself and only the low-pressure area on the connecting rod has to be sealed on one side of the control slide.
  • the mass of the section of the control slide lying between the two closure areas due to the choice of material and / or contouring constricting the opening areas, multiplies a maximum of 0.85 times the envelope volume of this section by the density of steel (7 , 85 g / mm 3 ). It is therefore possible to reduce the mass even further in this section and still maintain the functionality in this section. There are therefore good options for mass optimization.
  • the axis of the control slide can lie in a plane which is arranged substantially perpendicular to a crankshaft axis operably connectable to the connecting rod and inclined to a longitudinal axis of the connecting rod. Due to the inclination within this level, the influence of the acceleration can be optimized and matched to the mass of the spool. An inclination of approximately 45 ° is preferably selected.
  • the arrangement of the control slide means that the valve axes of the drain valves can run parallel to the crankshaft axis, which is why the influence of acceleration on the Drain valves can be reduced very much. In this installation position, the largest lengths are also available to accommodate the spool.
  • control cams have either mutually facing edges or mutually facing edges. Overall, this has an influence on the contouring of the control spool and also on which drain valve is the open valve in the basic position.
  • This is preferably the drain valve, which is positioned closest to the low-pressure piston. Which arrangement of the drain valves is selected must be decided taking into account the entire assembly of the connecting rod.
  • the portion of the control slide lying between the two closure areas contains both opening areas. The control cams belonging to the closure areas thus point away from one another and the drain valve closer to the low-pressure piston is open in the basic position.
  • this is coupled to a pressure chamber, which ensures the long switching position of the connecting rod, so that the connecting rod, which is adjustable in length, always assumes the long switching position in the event of pressure loss on the low-pressure side.
  • At least one support area is provided on the sides of the opening areas facing away from the closure areas, each of which is separated from the adjacent opening area by means of a drain groove is.
  • the opening area is thus limited on one side by the control cam, which anyway leads to a lower-lying closure area and on the other side is limited by a drain groove.
  • the intermediate support area then provides the necessary support from the adjacent opening areas, to which a corresponding load is exerted in the open position.
  • each opening area can be assigned its own support area with an intermediate drain groove, the two support areas being separated from one another by means of a constricting groove.
  • the support areas are accordingly arranged relatively close to the opening areas; however separated from each other by an intermediate groove, which again leads to mass savings.
  • the distance from the center of the opening area to the center of the assigned support area can preferably be in the range from 0.6 to 0.9 times the largest cross-sectional dimension of the opening area.
  • the largest cross-sectional dimension of the opening area is preferably a diameter, which then specifies the corresponding distance and thus an optimal support comes as close as possible to the opening area. In this section, sufficient stability is obtained in spite of the contouring of the control slide.
  • the support areas are arranged in such a way that they are supported in every position of the control slide. This means that the support areas are guided in a section of the connecting rod and always remain in this guided section regardless of the spool position. It may be that, depending on the spool position, an opening area then also retracts in this guided section and can support the support if necessary.
  • the opening area therefore preferably has the same diameter as the support area.
  • the installation space for a control slide in a connecting rod is usually very limited, which is why only limited installation space can also be made available for the hydraulic control device without permanently affecting the strength of the connecting rod. It is therefore provided according to a further embodiment that the opening stroke provided by the control contours is in a ratio of 0.1 to 0.4, preferably 0.2 to 0.3, to the control stroke of the control slide.
  • the control stroke is the stroke caused by the low pressure range, i.e. the longitudinal displacement of the control spool.
  • the opening stroke is the stroke provided for the actuation of the drain valves.
  • Corresponding actuation mechanisms are generated here in a very small space, so that work can also be carried out with relatively small elements and therefore the space required within the connecting rod is as small as possible.
  • a further measure for reducing the installation space is that the control stroke of the control slide is in a ratio of 0.1 to 0.3, preferably 0.15 to 0.25, to the center distance of the two drain valves.
  • a small control stroke with a small distance between the drain valves leads to the corresponding installation space optimization.
  • a further design measure to optimize the mass of the control slide consists, according to a further embodiment, in that the control slide from the end of the lower pressure section ago is partially drilled hollow and the bore extends into the Dichtungsab section. This saves weight in the low pressure section and sealing section.
  • the low-pressure section can have the low-pressure piston at its outer end, have a stop flange at its other end and a constricting groove can be provided between the never-pressure piston and the stop flange.
  • the low pressure range is therefore also mass optimized and the low pressure piston is at the very end of the control spool.
  • the structure of the control spool is accordingly such that it can be inserted on one side into a correspondingly shaped bore without additional receptacles etc. having to be used. Only the low-pressure area has to be closed by a screw plug, which can also provide the one-sided stop for the piston.
  • the closure area arranged there is designed as an extension in such a way that protection against diarrhea is produced for a closing body of the drain valve.
  • the closure area only has to be designed in such a way that the drain valve can close accordingly. For this reason, the sealing area should no longer interact with the closed drain valve for tolerance reasons.
  • closing bodies which act on the valve body are advantageous for the present application. These can be part of the valve body or also separate bodies, e.g. a sphere. So that they are not lost when the drain valve is closed, the closing bodies are prevented from falling through by an extension. In this position, however, the closing body no longer exerts any force induced by the control slide on the valve body. The closing body is quasi caught by the extension in the valve opening of the drain valve.
  • the invention relates to a spool for a length-adjustable connecting rod according to one of claims 1 to 13.
  • the spool is characterized by a low-pressure section with low-pressure piston for the hydraulic actuation of the spool, wherein two control contours are arranged together in a high-pressure section of the spool , which is arranged on one side of the low-pressure section and is separated from it by means of an intermediate sealing section, the control contours each having a closure area with control cams and one to the control cam adjacent opening area, wherein the closure area has a smaller cross-section than the opening area, and that the mass of the constrictions between the sections of the control slide lying near the closure areas due to the choice of material and / or constrictions relative to the opening areas is a maximum of 9.5 times of the envelope volume of this section multiplied by the density of steel (7.85 g / mm 3 ).
  • the invention further relates to a piston engine with at least one engine cylinder, a reciprocating piston movable in the engine cylinder and at least one adjustable compression ratio in the engine cylinder and a length-adjustable connecting rod connected to the reciprocating piston according to one of claims 1 to 13.
  • 1 is a schematic functional representation of a length-adjustable connecting rod
  • FIG. 2 is a front view of an embodiment of a length-adjustable connecting rod
  • Fig. 3 is an enlarged section of the length-adjustable connecting rod from Fig. 2 ent cut along the line III-III and
  • FIG. 4 shows an enlarged illustration of the control slide from FIG. 3.
  • a length-adjustable connecting rod (VCR connecting rod) is shown schematically and by way of example.
  • 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, are also possible.
  • 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 device 13 to be described in more detail, which accordingly provides for a supply or discharge of a hydraulic medium or fluid into or out of the pressure chambers 11 and 12 and thus a movement of the adjustment piston 8 the adjusting piston 8 locked.
  • the hydraulic control device 13 is operated in the illustrated embodiment with engine oil ben.
  • 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 device 13 or, if appropriate, flows out of it.
  • the oil supply channel 14 branches into different lines (sub-channels).
  • a first strand 15 is connected to the first pressure chamber 11 in order to ensure an inflow into the first pressure chamber.
  • a two third strand 17 is connected to the second pressure chamber 12 in order to allow oil to flow into the second pressure chamber 11.
  • In the second line 17 there is 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 movement of the first rod part 2 follows it essentially in the direction of the longitudinal axis L of the connecting rod 1.
  • the control valve 19 is switched by means of a control line 21 which is connected to the oil supply to the connecting rod 1 and a return spring 22 which controls the control valve 19 presses into the first switching position shown in Fig. 1.
  • the second switching position is achieved in that an increased pressure level of the hydraulic medium - here engine oil - is generated in the oil supply channel 14, so that the control valve 13 is pressed against the force of the return spring 22 into the second switching position.
  • Corresponding first and second return channels 23.1, 23.2 are provided with the control valve 19 in the associated line sections of the first and the second Strands 15, 17 in connection to allow a corresponding drain 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.
  • the third line 20 can be omitted, for example, or can be designed as a drainage channel that discharges the hydraulic medium into the vicinity of the connecting rod 1.
  • 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.
  • the connecting rod length ie essentially the distance between the small connecting rod eye 3 and the large connecting rod eye 6, is relative to one another due to the movement of the rod parts 2, 4 adjustable along the longitudinal axis of the connecting rod AP.
  • 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. Furthermore, 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 from the oil pump, pressure acts on one side on the piston surface 33.1 of the piston 33 of the control slide 26. This moves the control piston 26 to the left against the action of the control piston spring 34 (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 switching cam 39. The switching cams 38 and 39 each act on the associated closing body 32, which then moves the valve body 29. In the position of the control slide 26 shown in FIG.
  • 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.
  • the closing body 32 of the first drain valve 24 then 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.
  • 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 assumed. This results in the short position of the length-adjustable connecting rod 1.
  • the structure of the control slide 26 will be described in more detail below with reference to FIGS. 3 and 4.
  • the control slide 26 is divided into a low pressure section N A, a high pressure portion H A and an intermediate seal portion D A.
  • the high pressure section H A is assigned to the actuation of the drain valves 24, 25 and the low pressure section N A is assigned to the actuation of the control slide 26.
  • the Dichtungsab section D A separates the other two sections H A and N A from each other and seals them against each other ge.
  • the low pressure section N A is drilled hollow by means of a bore 40 which but also protrudes into the sealing section D A.
  • a countersink 41 is provided in the area of the piston surface 33.1, which provides a stop surface for abutment against the locking screw 37 in the position shown in FIG. 3.
  • the control slide 26 is pressed against this stop by means of the control slide spring 34 and must not be lifted off by the impact by mass forces during the movement of the connecting rod 1, provided that the switching position shown in FIG. 3 is to be maintained.
  • the fact that the control slide spring 34 accommodating space has a drainage opening for draining hydraulic oil is not shown in detail.
  • An annular groove 42 is present between the stop flange 35 and the larger diameter low-pressure piston 33. The diameter in the area of the annular groove 42 is smaller than the diameter in the area of the sealing section DA. Overall, this results in a lightweight low-pressure section NA and, due to the bore 40, also a lightweight sealing section DA.
  • the sealing section D A is sealingly guided in a bore 43.
  • the bore 43 and the diameter of the sealing section D A are subsequently also decisive for the design of the high pressure section HA.
  • the sealing section DA includes the length section involved in the sealing, regardless of the switching positions of the control slide 26.
  • the high-pressure section H A initially has a first closure region 44 adjacent to the sealing section D A.
  • the transition between the sealing section D A and the first closure region 44 takes place by means of a cone 45, which is part of the first closure region 44.
  • the control cam 39 which is likewise designed as a cone, also belongs to the first closure region 44.
  • the small diameter of the first closure region 44 is due to the opening stroke of the drain valves 24, 25 adjusted.
  • the first opening area 46 adjoins the first closing area 44.
  • the diameter Do of the first opening area 46 is identical to the diameter of the sealing section DA.
  • the difference between the diameter Do of the first opening area 46 and the small diameter of the first closing area 44 is somewhat larger than the available opening stroke Ho for the associated drain valve 25.
  • a first supporting area 47 is arranged.
  • the diameter of the first support area 47 is identical to the diameter of the first opening area 46.
  • the first opening area 46 and the first support area 47 are separated from one another by a V-shaped drain groove 48.
  • the drain groove 48 supports the drainage of the hydraulic oil in the open position of the drain valve 25.
  • the second closure region 49 is located at the other end of the high-pressure section H A.
  • the second closure region 49 could actually only be produced by the control cam 38, which is also conical.
  • the cylindrical section of the second closure region 49 which is designed as an extension, serves, as can be seen in FIG. 3, as a diarrhea protection for the closing body 32 of the drain valve 24.
  • a second support region 41 is indicated orders, whose diameter in turn corresponds to the diameter Do of the second opening area 50.
  • the second opening area 50 and the second support area 51 are separated from one another by a V-shaped drain groove 52. This also supports the outflow of hydraulic oil when the drain valve 24 is opened.
  • a constricting groove 53 is arranged between the two support regions 47 and 51. The basic diameter of the groove 53 corresponds approximately to the small diameter of the closure areas 44 and 49. The transition of the groove 53 to the adjacent support areas 47 and 51 takes place by means of a cone.
  • the center distance Mv of the two drain valves 24, 25 is related to the control stroke Hs of the spool 26 in a certain ratio.
  • the size of the control stroke Hs in the present example is 0.2 times the center distance Mv (and is therefore in the range of 0.1 to 0.3 times Mv.
  • the distance AB between the center of the first opening area 46 and the center of the first support area 47 and the center of the second opening area 50 and the center of the second support area 41 is in a certain ratio to the largest cross-sectional dimension of the respective opening area 46, 50 and that means in the present case the diameter Do. In the present case the distance is AB 0.75 times the diameter Do (and thus lies in the range of 0.6 to 0.9 times the diameter Do).
  • the opening stroke Ho provided by the control contour is also in a specific relationship to the control stroke Hs of the control slide 26.
  • the opening stroke Ho is 0.25 times the control stroke Hs (and is therefore in the range from 0.1 to 0. 4 times the control stroke Hs).
  • the control slide 26 is loaded the highest in the high pressure section HA, which is why it must have sufficient strength. At the same time, this area controls the two drain valves 24 and 25 in opposite directions in the two switching positions of the control slide 26. For these reasons, searching for a mass optimization in the area of Hoch Kunststoffab-section H A. The focus here is on the section between the two closure sections 44 and 49. This is the section that consists of the first opening area 46, the drain groove 48, the first support area 47, the annular groove 53, the second support area 51 , the drain groove 52 and the second opening area 50 is formed. In the present example, this section has an envelope contour HK with a length LK and a diameter that corresponds to the diameter Do.
  • the volume of this envelope contour HK is therefore a cylinder and serves as a comparison volume.
  • the volume of the envelope contour HK is multiplied by the mass of steel. This mass of steel corresponds to the value of 7.85 g / mm 3 for the invention. From this, a comparative mass is calculated for the above section of the length LK. After the first and second opening areas 46 and 50 and the first and second support areas 47 and 51 have the same diameter Do, the volume reduction takes place essentially through the drainage grooves 48 and 52 as well as the groove 53 Be rich of this section (or for the high pressure section H A or the entire spool 26), which has a lower density than steel, for example titanium, can be achieved.
  • the control slide 26 consists entirely of a steel material, which is accordingly heat-treated in a suitable manner.
  • the mass reduction therefore takes place finally through the design of the grooves 48, 52 and 53.
  • the mass of the section with the length LK in the present case is 0.8 times the associated mass of the envelope volume of this section multiplied by the density of steel (and is therefore below 0.85 times the calculated mass of the envelope volume). Due to this targeted weight reduction, the mass of the control slide 26 can not only be significantly reduced, but can also be adjusted for the most varied of applications by introducing grooves 48, 52 and 52.
  • the acceleration forces acting on the spool 26 should not be underestimated, which is why, due to the total mass of the spool 26, considerable forces can act on the spool 34.
  • the opening pressure which acts in the low-pressure section N A must also be selected such that a displacement of the control slide 26 is ensured despite this influence of mass. In one embodiment, an attempt is therefore made to keep the mass of the control slide 26 below 1 g.

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (13) zum Bewirken einer Wirklängenveränderungder Pleuelstange (1). Die hydraulische Steuereinrichtung (13) weist ein hydraulisches Steuerventil (19) auf, das einen hydraulisch betätigbaren und mittels einer Steuerschieberfeder (34) vorgespannten Steuerschieber (26) und zweivon dem Steuerschieber (26) mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkonturen betätigbare Ablassventile (24, 25) umfasst. Der Steuerschieber (26) weist einen Niederdruckabschnitt (NA) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers (26) auf. Zur Optimierung des Steuerschiebers(26) für eine solche längenverstellbare Pleuelstange (1) sind die beiden Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt (HA) des Steuerschiebers (26) angeordnet, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (NA) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegen- den Dichtungsabschnitts (DA) getrennt ist. Die Steuerkonturen umfassen jeweils einen Verschlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocken (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50). Der Verschlussbereich (44, 49) weist einen kleineren Querschnitt auf als der Öffnungsbereich (46, 50). Die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) entspricht aufgrund von Materialwahl und/oder einer gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürenden Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85g/mm3). Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen entsprechenden Steuerschieber (26) und einen Hubkolbenmotor.

Description

Längenverstellbare Pleuelstange mit masseoptimiertem Steuerschieber
Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange mit einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Bewirken einer Wirklängenveränderung der Pleuelstange, wobei die hydraulische Steuereinrichtung ein hydraulisches Steuerventil aufweist, das einen hydraulisch betätigbaren und mittels einer Steuerschieberfeder vorgespannten Steuerschieber und zwei von dem Steuerschieber mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkonturen betätigbare Ablassventile umfasst, wobei der Steuerschieber einen Niederdruckabschnitt mit Niederdruckkolben für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers aufweist.
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 für das Verdichtungsverhältnis (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 dazu verschiedene Entwicklungsansätze. Vorliegend soll das Verdichtungs verhältnis durch die Pleuellänge verstellt werden. Die Pleuellänge beeinflusst das Kompressi onsvolumen. Das Hubvolumen ist durch die Position des Kurbelwellenzapfens und die Zylin derbohrung vorgegeben. Eine kurze Pleuelstange führt daher zu einem geringeren Verdich tungsverhältnis als eine lange Pleuelstange bei ansonsten gleichen geometrischen Abmes sungen (Kurbelwelle, Zylinderkopf, Ventilsteuerung etc.).
Vorliegend soll die Pleuellänge hydraulisch zwischen zwei Stellungen variieren. Die Funkti onsweise wird im Folgenden kurz erläutert. Die gesamte Pleuelstange ist mehrteilig ausge führt, wobei die Längenänderung durch einen Teleskopmechanismus erfolgt. Die Pleuelstange beinhaltet dazu einen doppelwirkenden Hydraulikzylinder. Das kleine Pleuelauge (Kolbenbol zen) ist mit einer Kolbenstange verbunden. 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 Motoröl versorgt. Ist die Pleuelstange in der langen Position, befindet sich kein Öl in der oberen Druckkammer. Die untere Druckkam mer hingegen ist vollständig mit Öl gefüllt. Während des Betriebs wird die Pleuelstange auf grund der Gas- und Massenkräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der Langstellung wird eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit einem oberen Anschlag des Kolbens aufgenommen. Die Pleuellänge ändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende 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. Die Pleuelstange 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 ein Rücklaufkanal offen ist, der andere geschlossen. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck angesteuert. Die Ölver sorgung erfolgt durch die Schmierung des Pleuellagers. Hierzu ist eine Öldurchführung vom Kurbelwellenzapfen über das Pleuellager zum Pleuel erforderlich.
Die Schaltung der längenverstellbaren Pleuelstange erfolgt durch gezieltes Entleeren einer der beiden Druckkammern unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Massen- und Gaskräfte, wobei die jeweils andere Druckkammer durch einen Zulauf-RSV mit Öl versorgt und hydraulisch gesperrt wird.
Eine längenverstellbare Pleuelstange zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses im Ver brennungsmotor ist z.B. aus der WO 2016/203047 A1 bekannt. Dort wird ein Steuerschieber mit einem mittig angeordneten Niederdruckkolben verwendet, der von einer Steuerschieber feder in eine Richtung vorgespannt ist. Bei bestimmten Varianten sind die Enden des Steuer schiebers mit einer konischen Steuerkontur versehen, die auf entsprechende Öffnungsele mente, der quer zur Steuerschieberachse angeordneten Ablassventile wirken. Diese Art der Ausgestaltung erfordert relativ komplizierte Ölversorgungswege und eine saubere Trennung zwischen den mit den Ablassventilen agierenden Hochdruckbereichen des Steuerschiebers und dem Niederdruckbereich mit dem Niederdruckkolben. Der Steuerstößel ist zweiteilig auf gebaut und der Niederdruckkolben muss beide Anschlagstellungen aufnehmen. Der eigentli che Stößel des Steuerschiebers ist relativ massiv ausgestaltet und weist nur an den jeweiligen Enden die entsprechende Steuerkontur auf. Nach außen hin müssen zwei Hochdruckbereiche durch entsprechende Verschlusselemente abgedichtet werden.
Eine Pleuelstange ist naturgemäß sehr hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt. Diese Be schleunigungskräfte müssen auch bei der hydraulischen Steuereinrichtung bei einer längen verstellbaren Pleuelstange berücksichtigt werden. Es besteht daher ein Bestreben, Teile der hydraulischen Schaltung, hier der Steuerscheiber, so zu konstruieren, dass eine während es Betriebs des Verbrennungsmotors funktionsfähige Einheit geschaffen wird, die konstruktiv ein fach aufgebaut ist.
Neben der Teleskopierung einer Pleuelstange, die zu einer tatsächlichen Längenveränderung führt, kann die Wirklängenveränderung auch durch die Verwendung eines Exzenters, bevor zugt am kleinen Pleuelauge, bewirkt werden. Ein solcher Exzenter kann ebenfalls hydraulisch angesteuert sein. Aufgrund der Tatsache, dass sich die Längenverstellbarkeit auf die Ab standsveränderung zwischen den Pleuelaugen bezieht, fällt auch eine Exzenterlösung unter die Erfindung.
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine längenverstellbare Pleuelstange der eingangs genannten Art so zu verbessern, dass selbst bei vorhandenem kleinen Bauraum ein voll funktionsfähiger und konstruktiv optimierter Steuerschieber geschaffen ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass die beiden Steuerkonturen ge meinsam in einem Hochdruckabschnitt des Steuerschiebers angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts getrennt ist, dass die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich mit Steuernocken und einen an die Steuernocke angrenzenden Öffnungsbereich umfassen, dass der Verschlussbereich einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich, und dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen liegenden Abschnitts des Steuer schiebers aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen einschnü render Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipli ziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht.
Unter der Hüllkontur des besagten Abschnitts des Steuerschiebers ist hier die kleinste Verpa ckungsgröße für diesen Abschnitt gemeint, die einen gleichbleibenden Querschnitt über die gesamte Länge des Abschnitts aufweist. Der größte Querschnitt dieses Abschnitts gibt die Querschnittsgröße der Hüllkontur vor. Zur Massereduktion können daher entweder leichtere Materialien und/oder Materialabtragungen in diesem Abschnitt erfolgen. Die auf den Steuer schieber einwirkenden Massekräfte, die im Wesentlichen abhängig sind von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und der konkreten Anordnung des Steuerschiebers in der Pleuelstange, können mit diesen Maßnahmen nochmals reduziert werden. Von Vorteil ist auch die einseitige Anordnung der Hochdruckbereiche, weil eine Seite des Hochdruckbereichs von dem Steuer schieber selbst abgedichtet wird und an der Pleuelstange lediglich der Niederdruckbereich auf der einen Seite des Steuerschiebers abgedichtet werden muss. Es besteht bei dieser Ausfor mung auch die Möglichkeit, auf der gegenüberliegenden Seite auf eine Abdichtung komplett zu verzichten und mit einer nicht durchgehenden Bohrung zu arbeiten, wodurch die Abdich tung der Hochdruckbereiche mittels Verschlusselemente in der Pleuelstange zumindest hin sichtlich der den Steuerschieber aufnehmenden Bohrung entfallen kann.
Gemäß einer Variante ist vorgesehen, dass die Masse des zwischen den beiden Verschluss bereichen liegenden Abschnitts des Steuerschiebers aufgrund von Materialwahl und/oder ge genüber den Öffnungsbereichen einschnürender Konturierung maximal dem 0,85-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht. Es besteht demnach die Möglichkeit, die Masse noch weiter zu reduzieren in diesem Abschnitt und dennoch die Funktionsfähigkeit in diesem Abschnitt beizubehalten. Es sind daher gute Möglichkeiten zur Masseoptimierung gegeben.
Günstigerweise kann die Achse des Steuerschiebers in einer Ebene liegen, die im Wesentli chen senkrecht zur einer mit dem Pleuel wirkverbindbaren Kurbelwellenachse und geneigt zu einer Längsachse des Pleuels angeordnet ist. Aufgrund der Neigung innerhalb dieser Ebene lässt sich der Einfluss der Beschleunigung optimieren und auf die Masse des Steuerschiebers abstimmen. Bevorzugt wird eine Neigung von ca. 45° gewählt werden. Darüber hinaus besteht durch die Anordnung des Steuerschiebers die Möglichkeit, die Ventilachsen der Ablassventile parallel zur Kurbelwellenachse zu führen, weshalb auch der Beschleunigungseinfluss auf die Ablassventile sehr stark verringert werden kann. Darüber hinaus stehen in dieser Einbaulage auch die größten Längenabschnitte zum Unterbringen des Steuerschiebers zur Verfügung.
Prinzipiell gibt es die Möglichkeit, dass die Steuernocken entweder aufeinander zuweisende Flanken oder voneinander wegweisende Flanken haben. Dies hat insgesamt Einfluss auf die Konturierung des Steuerschiebers und auch Einfluss darauf, welches Ablassventil in der Grundstellung das geöffnete Ventil ist. Bevorzugt handelt es sich dabei um das Ablassventil, welches am nächsten zum Niederdruckkolben positioniert ist. Welche Anordnung der Ablass ventile gewählt wird, muss unter der Berücksichtigung der gesamten Baugruppe der Pleuel stange entschieden werden. Zurzeit bevorzugt ist jedoch eine Variante, bei der der zwischen den beiden Verschlussbereichen liegende Abschnitt des Steuerschiebers beide Öffnungsbe reiche enthält. Die zu den Verschlussbereichen gehörenden Steuernocken weisen somit von einander weg und das dem Niederdruckkolben nähere Ablassventil ist in der Grundstellung geöffnet. In einer Ausführungsvariante ist dies mit einer Druckkammer gekoppelt, die für die lange Schaltstellung der Pleuelstange sorgt, so dass bei Druckverlust auf der Niederdruckseite die längenverstellbare Pleuelstange immer die lange Schaltstellung einnimmt.
Damit trotz der Masseoptimierung dieses Abschnitts eine gute Stabilität bei gleichzeitiger hyd raulischer Optimierung gewährt ist, wird gemäß einer weiteren Variante vorgesehen, dass auf den den Verschlussbereichen abgewandten Seiten der Öffnungsbereiche mindestens ein Ab stützbereich vorgesehen ist, der jeweils von dem benachbarten Öffnungsbereich mittels einer Ablaufnut getrennt ist. Der Öffnungsbereich ist somit auf der einen Seite durch den Steuerno cken begrenzt, der sowieso zu einem tiefer gelegenen Verschlussbereich führt und auf der anderen Seite durch eine Ablaufnut begrenzt ist. Hierdurch kann der Öffnungsbereich bei ge öffnetem Ablassventil sehr gut umströmt werden und den Ablauf des Hydraulikfluids möglichst wenig behindern. Der dazwischenliegende Abstützbereich sorgt dann für die notwendige Ab stützung der angrenzenden Öffnungsbereiche, auf die in der geöffneten Stellung eine entspre chende Last ausgeübt wird.
Günstigerweise kann jedem Öffnungsbereich ein eigener Abstützbereich mit dazwischenlie gender Ablaufnut zugeordnet sein, wobei die beiden Abstützbereiche mittels einer einschnü renden Nut voneinander getrennt sind. Die Abstützbereiche sind demnach relativ nah an den Öffnungsbereichen angeordnet; jedoch durch eine dazwischenliegende Nut voneinander ge trennt, die nochmals zur Masseeinsparung führt. Bevorzugt kann der Abstand von der Mitte des Öffnungsbereichs zur Mitte des zugeordneten Abstützbereichs im Bereich von 0,6- bis 0,9-mal dem größten Querschnittsmaß des Öffnungs bereichs liegen. Bei dem größten Querschnittsmaß des Öffnungsbereichs handelt es sich be vorzugt um einen Durchmesser, der dann den entsprechenden Abstand vorgibt und es somit zu einer optimierten Abstützung möglichst nahe an dem Öffnungsbereich kommt. Hierdurch wird trotz der Konturierung des Steuerschiebers in diesem Abschnitt eine ausreichende Stabi lität erhalten.
Des Weiteren ist es gemäß einer Variante sinnvoll, wenn die Abstützbereiche so angeordnet sind, dass diese in jeder Stellung des Steuerschiebers abgestützt sind. Das bedeutet, dass die Abstützbereiche in einem Abschnitt der Pleuelstange geführt sind und unabhängig von der Steuerschieberstellung immer in diesem geführten Abschnitt verbleiben. Es kann sein, dass sich dann je nach Steuerschieberstellung ein Öffnungsbereich auch in diesem geführten Ab schnitt zurückzieht und gegebenenfalls die Abstützung unterstützen kann. Bevorzugt weist deshalb der Öffnungsbereich den gleichen Durchmesser auf wie der Abstützbereich.
Der Bauraum für einen Steuerschieber in einer Pleuelstange ist üblicherweise sehr begrenzt, weshalb auch für die hydraulische Steuereinrichtung nur begrenzter Bauraum zur Verfügung gestellt werden kann, ohne die Pleuelstange nachhaltig in ihrer Festigkeit zu beeinflussen. Deshalb ist gemäß einer weiteren Ausgestaltung vorgesehen, dass der durch die Steuerkon turen bereitgestellte Öffnungshub in einem Verhältnis von 0, 1 bis 0,4, bevorzugt 0,2 bis 0,3, zu dem Steuerhub des Steuerschiebers steht. Der Steuerhub ist der durch den Niederdruck bereich verursachte Hub, d.h. die Längsverschiebung des Steuerschiebers. Der Öffnungshub ist der für die Betätigung der Ablassventile bereitgestellte Hub. Hier werden auf sehr kleinem Raum entsprechende Betätigungsmechanismen erzeugt, so dass auch mit relativ kleinen Ele menten gearbeitet werden kann und daher der einzunehmende Bauraum innerhalb der Pleu elstange möglichst gering ist.
Eine weitere Maßnahme zur Bauraumverringerung besteht gemäß einer Variante darin, dass der Steuerhub des Steuerschiebers in einem Verhältnis von 0, 1 bis 0,3, bevorzugt 0,15 bis 0,25, zu dem Mittenabstand der beiden Ablassventile steht. Ein kleiner Steuerhub bei kleinem Abstand der Ablassventile führt zu den entsprechenden Bauraumoptimierungen.
Eine weitere konstruktive Maßnahme, die Masse des Steuerschiebers zu optimieren, besteht gemäß einer weiteren Ausgestaltung darin, dass der Steuerschieber vom Ende des Nieder- druckabschnitts her teilweise hohlgebohrt ist und die Bohrung sich bis in den Dichtungsab schnitt hinein erstreckt. Hierdurch wird Gewicht im Niederdruckabschnitt und Dichtungsab schnitt eingespart.
Bevorzugt kann der Niederdruckabschnitt an seinem äußeren Ende den Niederdruckkolben aufweisen, an seinem anderen Ende einen Anschlagflansch aufweisen und zwischen den Nie derdruckkolben und dem Anschlagflansch eine einschnürende Nut vorgesehen sein. Der Nie derdruckbereich ist daher auch masseoptimiert und der Niederdruckkolben liegt ganz am Ende des Steuerschiebers. Der Aufbau des Steuerschiebers ist demnach so, dass dieser einseitig in eine entsprechend ausgeformte Bohrung eingeschoben werden kann, ohne dass zusätzli che Aufnahmebuchsen etc. verwendet werden müssen. Lediglich der Niederdruckbereich muss durch eine Verschlussschraube, die gleichzeitig auch den einseitigen Anschlag für den Kolben bereitstellen kann, verschlossen werden.
Des Weiteren ist es gemäß einer Variante von Vorteil, wenn am äußersten Ende des Hoch druckabschnitts der dort angeordnete Verschlussbereich als Fortsatz derart ausgebildet ist, dass ein Durchfallschutz für einen Schließkörper des Ablassventils erzeugt ist. Der Ver schlussbereich muss in aller Regel nur so ausgeformt sein, dass das Ablassventil entspre chend schließen kann. Deshalb soll der Verschlussbereich aus Toleranzgründen keine Inter aktion mehr mit dem geschlossenen Ablassventil haben. Es hat sich allerdings herausgestellt, dass für den vorliegenden Anwendungsfall Schließkörper von Vorteil sind, die auf den Ventil körper einwirken. Diese können Bestandteil der Ventilkörper sein, oder aber auch separate Körper, z.B. eine Kugel, darstellen. Damit diese nicht verloren gehen bei geschlossenem Ab lassventil, werden die Schließkörper durch einen Fortsatz am Durchfallen gehindert. In dieser Stellung übt jedoch der Schließkörper keine durch den Steuerschieber induzierte Kraft mehr auf den Ventilkörper aus. Der Schließkörper ist quasi durch den Fortsatz in der Ventilöffnung des Ablassventils gefangen.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Steuerschieber für eine längenverstellbare Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13. Der Steuerschieber zeichnet sich durch einen Niederdruckabschnitt mit Niederdruckkolben für die hydraulische Betätigung des Steu erschiebers aus, wobei zwei Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt des Steuerschiebers angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts getrennt ist, wobei die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich mit Steuernocken und einen an die Steuer- nocke angrenzenden Öffnungsbereich umfassen, wobei der Verschlussbereich einen kleine ren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich, und dass die Masse des zwischen den bei den Verschlussbereichen liegenden Abschnitts des Steuerschiebers aufgrund von Material wahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen einschnürenden Konturierungen maximal dem 9,5-fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht.
Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Mo torzylinder, einem in dem Motorzylinder bewegbaren Hubkolben und mindestens einem ein stellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motorzylinder sowie einer mit dem Hubkolben ver bundenen längenverstellbaren Pleuelstange nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
Im Folgenden wird die vorliegende Erfindung anhand von Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Fig. 1 die schematische Funktionsdarstellung einer längenverstellbaren Pleuelstange,
Fig. 2 eine Vorderansicht einer Ausführungsform einer längenverstellbaren Pleuelstange,
Fig. 3 einen vergrößerten Ausschnitt der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 2 ent lang der Linie lll-lll geschnitten und
Fig. 4 eine vergrößerte Darstellung des Steuerschiebers aus Fig. 3.
In Fig. 1 ist schematisch und beispielhaft eine längenverstellbare Pleuelstange (VCR-Pleuel) dargestellt. Die Pleuelstange 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. Neben der Kreisform von Verstellkolben 8 und den damit gebildete Druckkammern 11 , 12 sind auch andere Querschnittsformen, z.B. Ellipsen, Vielecke bzw. Polygone, möglich. 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 Steuereinrichtung 13, die entsprechend für einen Zu- bzw. Ab lauf eines Hydraulikmediums bzw. -fluids in die bzw. aus den Druckkammern 1 1 und 12 und somit eine Bewegung des Verstellkolbens 8 sorgt oder den Verstellkolben 8 arretiert. Die hyd raulische Steuereinrichtung 13 wird im dargestellten Ausführungsbeispiel mit Motoröl betrie ben. Hierzu steht ein Ölversorgungskanal 14 mit dem großen Pleuelauge 6 in Verbindung, wodurch Motoröl der hydraulischen Steuereinrichtung 13 zugeführt werden kann oder gege benenfalls 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 in die erste Druckkammer zu gewährleisten. Zusätzlich befindet sich im ers ten Strang 15 ein erstes Rückschlagventil 16, das einen unmittelbaren Abfluss des Öls aus der ersten Druckkammer 11 verhindern soll, aber einen Zufluss jederzeit ermöglicht. Ein zwei ter Strang 17 steht mit der zweiten Druckkammer 12 in Verbindung, um einen Zulauf von Öl in die zweite Druckkammer 11 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 Bewegung des ersten Stangenteils 2 er folgt dabei im Wesentlichen in Richtung der Längsachse L der Pleuelstange 1. Die Schaltung des Steuerventils 19 erfolgt mittels einer Steuerleitung 21 , die mit der Ölversorgung der Pleu elstange 1 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 des Hydraulikmediums - hier Motoröl - 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 ste hen mit dem Steuerventil 19 in den zugehörigen Strangabschnitten des ersten und des zweiten Stranges 15, 17 in Verbindung, um einen entsprechenden Ablauf aus der ersten Druckkammer 11 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. In einer nicht dargestellten Variante kann beispielweise der dritte Strang 20 entfallen bzw. als Drainagekanal, der das Hydraulikmedium in die Umgebung der Pleuelstange 1 ableitet, ausgeführt sein.
Im Folgenden wird anhand der Fig. 2 und 3 eine erfindungsgemäße Ausführungsform des Steuerventils 19 näher erläutert.
Die Fig. 2 zeigt zunächst eine detaillierter ausgearbeitete längenverstellbare Pleuelstange 1 mit erstem Stangenteil 2 und zweitem Stangenteil 4. Die Pleuellänge, also im Wesentlichen der Abstand zwischen dem kleinen Pleuelauge 3 und dem großen Pleuelauge 6, ist durch Bewegung der Stangenteile 2, 4 relativ zueinander entlang der Längsachse der Pleuelstange AP verstellbar. Nachdem in der Folge nur auf die wesentlichen Unterschiede zur vorangegan genen schematisch dargestellten Pleuelstange 1 eingegangen werden soll, wird unter Ver wendung der gleichen Bezugsziffern auf die obige Beschreibung ergänzend Bezug genom men. 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 beschrieben. Das Steu erventil 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 die Kolbenfläche 33.1 des Kolbens 33 des Steuerschiebers 26. Hierdurch wird der Steuerkolben 26 gegen die Wirkung der Steuerkolbenfeder 34 nach links (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 Steuerschie ber 26 weist einen ersten Schaltnocken 38 und einen zweiten Schaltnocken 39 auf. Die Schalt nocken 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 zwischen Steuerschieber 26 und dem Schließkörper 32 vorhanden, dass der Ven tilkörper 29 sicher auf dem Ventilsitz 30 aufsitzt und nicht von dem Schließkörper 32 beein trächtigt 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 11 gesperrt ist.
Bewegt sich nunmehr der Steuerschieber 26 nach links, gleitet der Schließkörper 32 des zwei ten Ablassventils 25 an der Steuernocke 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. Anschließend gleitet der Schließkörper 32 des ersten Ablassventils 24 an der Steuernocke 38 nach oben, wodurch auch 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 eingenommen. Dies resultiert in der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1.
In der Folge soll der Aufbau des Steuerschiebers 26 anhand der Fig. 3 und 4 noch genauer beschrieben werden. Der Steuerschieber 26 ist unterteilt in einen Niederdruckabschnitt NA, einen Hochdruckabschnitt HA und einen dazwischenliegenden Dichtungsabschnitt DA. Der Hochdruckabschnitt HA ist der Betätigung der Ablassventile 24, 25 zugeordnet und der Nieder druckabschnitt NA ist der Betätigung des Steuerschiebers 26 zugeordnet. Der Dichtungsab schnitt DA trennt die beiden anderen Abschnitte HA und NA voneinander und dichtet diese ge geneinander ab. Der Niederdruckabschnitt NA ist hohl gebohrt mittels einer Bohrung 40, die aber auch bis in den Dichtungsabschnitt DA hineinragt. Im Bereich der Kolbenfläche 33.1 ist eine Senkvertiefung 41 vorgesehen, die eine Anschlagfläche zum Anschlägen an die Ver schlussschraube 37 in der in Fig. 3 dargestellten Stellung bereitstellt. In dieser Stellung wird der Steuerschieber 26 mittels der Steuerschieberfeder 34 gegen diesen Anschlag gedrückt und darf auch nicht durch Massekräfte bei der Bewegung der Pleuelstange 1 von dem An schlag abheben, sofern die in Fig. 3 dargestellte Schaltstellung eingehalten werden soll. Nicht näher dargestellt ist die Tatsache, dass der Steuerschieberfeder 34 aufnehmende Raum eine Drainageöffnung zum Ableiten von Hydrauliköl aufweist. Zwischen dem Anschlagflansch 35 und dem im Durchmesser größeren Niederdruckkolben 33 ist eine Ringnut 42 vorhanden. Der Durchmesser im Bereich der Ringnut 42 ist geringer als der Durchmesser im Bereich des Dichtungsabschnitts DA. Insgesamt ergibt sich so ein leichtbauender Niederdruckabschnitt NA und aufgrund der Bohrung 40 auch ein leichtbauender Dichtungsabschnitt DA.
Der Dichtungsabschnitt DA ist in einer Bohrung 43 dichtend geführt. Die Bohrung 43 und der Durchmesser des Dichtungsabschnitts DA sind in der Folge auch maßgeblich für die Ausge staltung des Hochdruckabschnitts HA. Zum Dichtungsabschnitt DA zählt der unabhängig von den Schaltstellungen des Steuerschiebers 26 an der Abdichtung beteiligte Längenabschnitt.
Der Hochdruckabschnitt HA weist angrenzend an den Dichtungsabschnitt DA zunächst einen ersten Verschlussbereich 44 auf. Der Übergang zwischen Dichtungsabschnitt DA und dem ersten Verschlussbereich 44 erfolgt mittels eines zum ersten Verschlussbereich 44 zählenden Konus 45. Zum ersten Verschlussbereich 44 zählt auch die ebenfalls als Konus ausgebildete Steuernocke 39. Der kleine Durchmesser des ersten Verschlussbereichs 44 ist an den Öff nungshub der Ablassventile 24, 25 angepasst. An den ersten Verschlussbereich 44 schließt sich der erste Öffnungsbereich 46 an. Der Durchmesser Do des ersten Öffnungsbereichs 46 ist identisch zum Durchmesser des Dichtungsabschnitts DA. Der Unterschied zwischen dem Durchmesser Do des ersten Öffnungsbereichs 46 und des kleinen Durchmessers des ersten Verschlussbereichs 44 ist etwas größer als der zur Verfügung stehende Öffnungshub Ho für das zugehörige Ablassventil 25. Neben dem ersten Öffnungsbereich 46 ist ein erster Abstütz bereich 47 angeordnet. Der Durchmesser des ersten Abstützbereichs 47 ist identisch zum Durchmesser des ersten Öffnungsbereichs 46. Der erste Öffnungsbereich 46 und der erste Abstützbereich 47 sind durch eine V-förmige Ablaufnut 48 voneinander getrennt. Wie anhand der Fig. 3 zu erkennen ist, unterstützt die Ablaufnut 48 das Abfließen des Hydrauliköls in der geöffneten Stellung des Ablassventils 25. Am anderen Ende des Hochdruckabschnitts HA befindet sich der zweite Verschlussbereich 49. Eigentlich könnte der zweite Verschlussbereich 49 auch lediglich von der Steuernocke 38, die ebenfalls konusförmig ausgebildet ist, erzeugt sein. Der als Fortsatz ausgebildete zylindrische Abschnitt des zweiten Verschlussbereichs 49 dient wie in Fig. 3 zu erkennen ist, als Durchfall sicherung für den Schließkörper 32 des Ablassventils 24. An den zweiten Verschlussbereich
49 grenzt der zweite Öffnungsbereich 50 an. Der Durchmesser des zweiten Öffnungsbereichs
50 entspricht wieder dem Durchmesser des ersten Öffnungsbereichs 46. Auch der Durchmes serunterschied zwischen dem zweiten Öffnungsbereich 50 und des zylindrischen Abschnitts des zweiten Verschlussbereichs 49 ist wieder etwas größer als der Öffnungshub Ho des Ab lassventils 24. Neben dem zweiten Öffnungsbereich ist ein zweiter Abstützbereich 41 ange ordnet, dessen Durchmesser wiederum dem Durchmesser Do des zweiten Öffnungsbereichs 50 entspricht. Der zweite Öffnungsbereich 50 und der zweite Abstützbereich 51 sind durch eine V-förmige Ablaufnut 52 voneinander getrennt. Auch diese unterstützt wieder den Ablauf von Hydrauliköl bei der Öffnung des Ablassventils 24. Zwischen den beiden Abstützbereichen 47 und 51 ist eine einschnürende Nut 53 angeordnet. Der Grunddurchmesser der Nut 53 ent spricht in etwa dem kleinen Durchmesser der Verschlussbereiche 44 und 49. Der Übergang der Nut 53 zu den angrenzenden Abstützbereichen 47 und 51 erfolgt mittels eines Konus.
Der Mittenabstand Mv der beiden Ablassventile 24, 25 steht zu dem Steuerhub Hs des Steu erschiebers 26 in einem bestimmten Verhältnis. Die Größe des Steuerhubs Hs beträgt im vor liegenden Beispiel 0,2-mal den Mittenabstand Mv (und liegt somit im Bereich des 0, 1 bis 0,3- fachen von Mv. Der Abstand AB zwischen der Mitte des ersten Öffnungsbereichs 46 und der Mitte des ersten Abstützbereichs 47 sowie der Mitte des zweiten Öffnungsbereichs 50 und der Mitte des zweiten Abstützbereichs 41 steht in einem bestimmten Verhältnis zum größten Quer schnittsmaß des jeweiligen Öffnungsbereichs 46, 50 und das heißt im vorliegenden Fall dem Durchmesser Do. Im vorliegenden Fall beträgt der Abstand AB das 0,75-fache des Durchmes sers Do (und liegt somit im Bereich des 0,6- bis 0,9-fachen des Durchmessers Do).
Auch der durch die Steuerkontur bereitgestellte Öffnungshub Ho steht in einem bestimmten Verhältnis zum Steuerhub Hs des Steuerschiebers 26. Im vorliegenden Fall beträgt der Öff nungshub Ho das 0,25-fache des Steuerhubs Hs (und liegt somit im Bereich des 0, 1 bis 0,4- fachen des Steuerhubs Hs).
Am höchsten belastet wird der Steuerschieber 26 im Hochdruckabschnitt HA, weshalb dieser eine ausreichende Festigkeit aufweisen muss. Gleichzeitig steuert dieser Bereich die beiden Ablassventile 24 und 25 gegenläufig an in den beiden Schaltstellungen des Steuerschiebers 26. Aus diesen Gründen wird nach einer Masseoptimierung im Bereich des Hochdruckab schnitts HA gesucht. Im Fokus steht hierbei der Abschnitt zwischen den beiden Verschlussab schnitten 44 und 49. Dabei handelt es sich also um den Abschnitt, der von dem ersten Öff nungsbereich 46, der Ablaufnut 48, dem ersten Abstützbereich 47, der Ringnut 53, dem zwei ten Abstützbereich 51 , der Ablaufnut 52 und dem zweiten Öffnungsbereich 50 gebildet ist. Im vorliegenden Beispiel weist dieser Abschnitt ein Hüllkontur HK mit einer Länge LK und einem Durchmesser auf, der dem Durchmesser Do entspricht. Das Volumen dieser Hüllkontur HK ist demnach ein Zylinder und dient als Vergleichsvolumen. Das Volumen der Hüllkontur HK wird mit der Masse von Stahl multipliziert. Diese Masse von Stahl entspricht für die Erfindung dem Wert von 7,85 g/mm3. Hieraus errechnet sich eine Vergleichsmasse für den besagten Ab schnitt der Länge LK. Nachdem der erste und zweite Öffnungsbereich 46 und 50 sowie der erste und zweite Abstützbereich 47 und 51 den gleichen Durchmesser Do aufweisen, erfolgt die Volumenreduktion maßgeblich durch die Ablaufnuten 48 und 52 sowie die Nut 53. Eine Massereduktion kann selbstverständlich auch durch die Verwendung eines Materials im Be reich dieses Abschnitts (oder für den Hochdruckabschnitt HA oder den gesamten Steuerschie ber 26), das eine geringere Dichte als Stahl aufweist, z.B. Titan, erreicht werden. Im vorliegen den Fall besteht der Steuerschieber 26 jedoch vollständig aus einem Stahlwerkstoff, der ent sprechend in geeigneter Weise wärmebehandelt ist. Die Massereduktion erfolgt daher aus schließlich durch die Ausgestaltung der genannten Nuten 48, 52 und 53. Die Masse des Ab schnitts mit der Länge LK beträgt im vorliegenden Fall das 0,8-fache der zugehörigen Masse des Hüllvolumens dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (und liegt somit un terhalb von dem 0,85-fachen der errechneten Masse des Hüllvolumens). Aufgrund dieser ge zielt vorgenommenen Gewichtsreduktion lässt sich die Masse des Steuerschiebers 26 nicht nur deutlich reduzieren, sondern aufgrund der hier vorgenommenen Maßnahmen durch Ein bringung von Nuten 48, 52 und 52 für die verschiedensten Anwendungsfälle einjustieren. Die Beschleunigungskräfte, die auf den Steuerschieber 26 wirken, sind nicht zu unterschätzen, weshalb aufgrund der Gesamtmasse des Steuerschiebers 26 erhebliche Kräfte auf die Steu erschieberfeder 34 wirken können. Auch der Öffnungsdruck, der im Niederdruckabschnitt NA wirkt, muss so gewählt werden, dass eine Verschiebung des Steuerschiebers 26 trotz dieses Masseeinflusses gewährleistet ist. Bei einer Ausführungsform wird deshalb versucht, die Masse des Steuerschiebers 26 auf unter 1 g zu halten. Bezugszeichenliste
1 Pleuelstange
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 hydraulische Steuereinrichtung
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 zweites Ablassventil Steuerschieber
Verschlussschraube Ventilfeder
Ventilkörper
Ventilsitz
Ventilöffnung
Schließkörper
Niederdruckkolben Kolbenfläche
Steuerschieberfeder Anschlagflansch
Druckraum
Verschlussschraube Steuernocke
Steuernocke
Bohrung
Senkvertiefung
Ringnut
Bohrung
erster Verschlussbereich Konus
erster Öffnungsbereich erster Abstützbereich V-förmige Ablaufnut zweiter Verschlussbereich zweiter Öffnungsbereich zweiter Abstützbereich 52 V-förmige Ablaufnut
53 Nut
AB Mittenabstand des Öffnungsbereichs und des Abstützbereichs
AK Achse der Kurbelwelle
AP Längsachse der Pleuelstange
As Achse des Steuerschiebers
Avi Schließachse des ersten Ablassventils
AV2 Schließachse des zweiten Ablassventils
DA Dichtungsabschnitt
HA Hochdruckabschnitt
HK Hüllkontur
Ho Öffnungshub der Ablassventile
Hs Steuerhub des Steuerschiebers
LK Länge der Hüllkontur
Mv Mittenabstand der Ablassventile
NA Niederdruckabschnitt

Claims

Ansprüche
1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (13) zum Bewirken einer Wirklängenveränderung der Pleuelstange (1), wobei die hydraulische Steuer einrichtung (13) ein hydraulisches Steuerventil (19) aufweist, das einen hydraulisch betätigba ren und mittels einer Steuerschieberfeder (34) vorgespannten Steuerschieber (26) und zwei von dem Steuerschieber (26) mittels zweier im Abstand zueinander angeordneter Steuerkon turen betätigbare Ablassventile (24, 25) umfasst, wobei der Steuerschieber (26) einen Nieder druckabschnitt (NA) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuer schiebers (26) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Steuerkonturen gemein sam in einem Hochdruckabschnitt (HA) des Steuerschiebers (26) angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (NA) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenlie genden Dichtungsabschnitts (DA) getrennt ist, dass die Steuerkonturen jeweils einen Ver schlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocken (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50) umfassen, dass der Verschlussbereich (44, 49) einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungsbereich (46, 50), und dass die Masse des zwi schen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) ein schnürender Konturierung maximal dem 0,93fachen des Hüllvolumens dieses Abschnitts mul tipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht.
2. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steu erschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegenüber den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürender Konturierung maximal dem 0,85fachen des Hüllvolumens dieses Ab schnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht.
3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Achse (As) des Steuerschiebers (26) in einer Ebene liegt, die im Wesentli chen senkrecht zu einer mit der Pleuelstange (1) wirkverbundenen Kurbelwellenachse (AK) und geneigt zu einer Längsachse (AP) der Pleuelstange (1) angeordnet ist.
4. Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegende Abschnitt des Steuerschiebers (26) beide Öffnungsbereiche (46, 50) enthält.
5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass auf der den Verschlussbereichen (44, 49) abgewandten Seiten der Öffnungs bereiche (46, 50) mindestens ein Abstützbereich (47, 51) vorgesehen ist, der jeweils von den benachbarten Öffnungsbereichen (46, 50) mittels einer Ablaufnut (48, 52) getrennt ist.
6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass je dem Öffnungsbereich (46, 50) ein eigener Abstützbereich (47, 51) zugeordnet ist und die bei den Abstützbereiche (47, 51) mittels einer einschnürenden Nut (53) voneinander getrennt sind.
7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Abstand (AB) von der Mitte des Öffnungsbereichs (46, 50) zur Mitte des zugeordneten Abstütz bereichs (47, 51) im Bereich von 0,6 bis 0,9 mal dem größten Querschnittsmaß des Öffnungs bereichs (46, 50) liegt.
8. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Abstützbereiche (47, 51) so angeordnet sind, dass diese in jeder Stellung des Steu erschiebers (26) abgestützt sind.
9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass der durch die Steuerkonturen bereitgestellte Öffnungshub (Ho) in einem Ver hältnis von 0, 1 bis 0,4, bevorzugt 0,2 bis 0,3 zu dem Steuerhub (Hs) des Steuerschiebers (26) steht.
10. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerhub (Hs) des Steuerschiebers (26) in einem Verhältnis von 0, 1 bis 0,3, bevorzugt 0, 15 bis 0,25, zu dem Mittelabstand (Mv) der beiden Ablassventile (24, 25) steht.
11. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (26) vom Ende des Niederdruckabschnitts (NA) her teilweise hohlgebohrt ist und die Bohrung (43) sich bis in den Dichtungsabschnitt (DA) hinein erstreckt.
12. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 1 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der Niederdruckabschnitt (NA) an seinem äußersten Ende den Nieder druckkolben (33) aufweist, an seinem anderen Ende einen Anschlagflansch (35) aufweist und zwischen dem Niederdruckkolben (33) und dem Anschlagflansch (35) eine einschnürende Ringnut (42) vorgesehen ist.
13. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass am äußersten Ende des Hochdruckabschnitts (HA) der dort angeordnete Verschlussbereich (49) als Fortsatz derart ausgebildet ist, dass ein Durchfallschutz für einen Schließkörper (32) des Ablassventils (24) erzeugt ist.
14. Steuerschieber (26) für eine längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprü che 1 bis 13, gekennzeichnet durch einen Niederdruckabschnitt (NA) mit Niederdruckkolben (33) für die hydraulische Betätigung des Steuerschiebers (26), wobei zwei im Abstand zuei nander angeordnete Steuerkonturen gemeinsam in einem Hochdruckabschnitt (HA) des Steu erschiebers (26) angeordnet sind, der einseitig an dem Niederdruckabschnitt (NA) angeordnet und von diesem mittels eines dazwischenliegenden Dichtungsabschnitts (DA) getrennt ist, wo bei die Steuerkonturen jeweils einen Verschlussbereich (44, 49) mit Steuernocken (38, 39) und einen an die Steuernocke (38, 39) angrenzenden Öffnungsbereich (46, 50) umfassen, wobei der Verschlussbereich (44, 49) einen kleineren Querschnitt aufweist als der Öffnungs bereich (46, 50) und wobei die Masse des zwischen den beiden Verschlussbereichen (44, 49) liegenden Abschnitts des Steuerschiebers (26) aufgrund von Materialwahl und/oder gegen über den Öffnungsbereichen (46, 50) einschnürender Konturierung maximal dem 0,95-fachen des Hüllvolumens (HK) dieses Abschnitts multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm3) entspricht.
15. Kolbenmotor mit mindestens einem Motorzylinder, einem in dem Motorzylinder bewegba ren Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motorzy linder, sowie einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.
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