AT15576U1 - Längenverstellbare Pleuelstange - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Pleuelstange (1) zumindest einen ersten Stangenteil (4) und einen zweiten Stangenteil (5) aufweist, welche Stangenteile (4, 5) mittels einer über zumindest einen Hydraulikkanal (11, 12) mit Hydraulikmedium beschickbaren Längenverstellvorrichtung (60) teleskopartig in Richtung einer Längsachse (1a) der Pleuelstange (1) zu- und/oder ineinander verschiebbar sind und im Hydraulikkanal (11, 12) zumindest ein Ventil (17, 22, 14) mit zumindest einem federbelasteten, in Richtung einer Hubachse (20a, 25a, 37a) zwischen einer Ausgangsstellung (A) und einer Endstellung (B) beweglichen Ventilkörper (20, 25, 37) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (20, 25, 37) in der federbelasteten Ausgangsstellung (A) an einem Ventilsitz (21, 26, 38) anliegt und entgegen der Federbelastung in die Endstellung (B) bringbar ist. Um auch bei hohen Drehzahlen der Hubkolbenmaschine eine zuverlässige Steuerbarkeit der Längenverstellung der Pleuelstange zu gewährleisten, ist vorgesehen, dass das Ventil (17, 22, 14) eine den Ventilkörper (20, 25, 37) zumindest in der Ausgangsstellung (A) zumindest teilweise umgebende Führungsvorrichtung (40) aufweist, welche Führungsvorrichtung (40) konzentrisch zur Hubachse (20a, 25a, 37a) ausgebildet ist und den Ventilkörper (20, 25, 37) gegen ein Verschieben in eine Richtung normal zur Hubachse (20a, 25a, 37a) sichert.

Description

Beschreibung [0001] Die Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Pleuelstange zumindest einen ersten Stangenteil und einen zweiten Stangenteil aufweist, welche Stangenteile mittels einer über zumindest einen Hydraulikkanal mit Hydraulikmedium beschickbaren Längenverstelleinrichtung teleskopartig in Richtung einer Längsachse der Pleuelstange zu- und/oder ineinander verschiebbar sind und im Hydraulikkanal zumindest ein Ventil mit zumindest einem federbelasteten, in Richtung einer Hubachse zwischen einer Ausgangsstellung und einer Endstellung beweglichen Ventilkörper angeordnet ist, wobei der Ventilkörper in der federbelasteten Ausgangsstellung an einem Ventilsitz anliegt und entgegen der Federbelastung in die Endstellung bringbar ist.

[0002] Um Brennkraftmaschinen hinsichtlich Emissionen und Verbrauch zu optimieren werden zunehmend Varianten mit veränderbarem Verdichtungsverhältnis untersucht. Durch Ändern der Verdichtung einer Brennkraftmaschine kann Volllast mit geringerem Verdichtungsverhältnis, Teillast und Starten mit erhöhtem Verhältnis gefahren werden. Dabei wird im Teillastbereich der Verbrauch verbessert, beim Start der Kompressionsdruck mit dem erhöhtem Verdichtungsverhältnis gesteigert und bei hoher Leistung der Spitzendruck mit verringertem Verhältnis reduziert, sowie Klopfen verhindert.

[0003] Dazu sind verschiedene Lösungen bekannt - beispielsweise zeigt die AT 511 803 B1 der Anmelderin eine längenverstellbare Pleuelstange für eine Brennkraftmaschine mit zwei teleskopartig ineinander verschiebbare Stangenteile, wobei zwischen dem ersten und den zweiten Stangenteil ein Hochdruckraum aufgespannt ist, in den Ölkanäle einmünden, deren Durchfluss über eine Steuereinrichtung gesteuert wird.

[0004] Ähnliches zeigt die AT 514 071 B1: Hier bildet ein Stangenteil einen Führungskörper und ein anderer Stangenteil der Pleuelstange ein im Führungskörper längsverschiebbares Kolbenelement aus, wobei zwischen dem Kolbenelement und dem Führungskörper auf einer Seite des Kolbens ein erster Hochdruckraum und auf der anderen Seite des Kolbens eine zweiter Hochdruckraum aufgespannt werden, in welche Ölkanäle einmünden, deren Durchflüsse mittels einer Steuereinrichtung gesteuert werden. In beiden Fällen sind in den Ölkanäle teilweise Rückschlagventile mit einem federbelasteten Ventilkörper angeordnet.

[0005] Die österreichischen Patentanmeldung A 50511/2015 der Anmelderin vom 18. Juni 2015 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange, bei der die Steuerung der an das Kolbenelement grenzenden Hochdruckräume mittels einer Steuereinrichtung erfolgt. Die Steuereinrichtung weist ein erstes und ein zweites federbelastetes Ventil auf, wobei die durch Kugeln gebildeten federbelasteten Ventilkörper durch eine öldruckbetätigte Verbindungsstange gekoppelt auslenkbar sind. Dabei wirkt jedes Ende des stangenartigen Verbindungselements auf jeweils einen Ventilkörper ein. Die Hubachsen der Ventilkörper sind normal oder parallel zur Längsachse der Pleuelstange angeordnet.

[0006] Wird eine Hubkolbenmaschine unter Verwendung einer der oben beschriebenen Pleuelstangen mit höheren Drehzahlen betrieben, so wirken auf die Ventilkörper relativ hohe Massenkräfte ein, die eine seitliche Deplatzierung verursachen können.

[0007] Durch diese seitliche Deplatzierung der Ventilkörper kann es zu Leckagen kommen, wenn die Ventilkörper im geschlossenen Zustand von den jeweiligen Ventilsitzen abgehoben werden. Dadurch wird die Steuerbarkeit der Längenverstellung der Pleuelstange wesentlich beeinträchtigt.

[0008] Es ist daher eine Aufgabe der Erfindung, die genannten Nachteile des Stands der Technik zu vermeiden und auch bei hohen Drehzahlen der Hubkolbenmaschine eine zuverlässige Steuerbarkeit der Längenverstellung der Pleuelstange zu gewährleisten.

[0009] Diese Aufgabe wird mit einer eingangs erwähnten Pleuelstange erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass das Ventil eine den Ventilkörper zumindest in der Ausgangsstellung zumindest teilweise umaebende Führunasvorrichtuna aufweist, welche Führunasvorrichtuna konzentrisch zur Hubachse ausgebildet ist und den Ventilkörper gegen ein Verschieben in eine Richtung normal zur Hubachse sichert.

[0010] Die Führungsvorrichtung umgibt dabei den Ventilkörper in der Ausgangsstellung, die einem Verschließen des Hydraulikkanals entspricht, mit einem definierten radialen Spiel und ermöglicht damit einen störungsfreien Betrieb der Pleuelstange auch bei hohen Drehzahlen von beispielsweise 2500 U/min und darüber. Das radiale Spiel ist gerade so groß, dass die axiale Bewegung des beispielsweise kugelförmigen Ventilkörpers entlang der Hubachse nicht beeinträchtigt wird. Die Führungsvorrichtung verhindert ein radiales Auslenken des Ventilkörpers. Der Ventilkörper wird somit durch die Federbelastung bzw. Kraft der Ventilfeder des Ventils sicher am Ventilsitz gehalten, auch wenn Trägheitskräfte bzw. Beschleunigungskräfte in radialer Richtung auf den Ventilkörper einwirken. Wenn der Ventilkörper in Richtung der Endstellung bewegt wird - beispielsweise durch Erhöhen des Drucks des Hydraulikmediums in der Hydraulikleitung -, wird er auch in dieser Bewegung zumindest anfangs von der Führungsvorrichtung kontrolliert geführt.

[0011] Die Führungsvorrichtung kann zumindest abschnittsweise als - vorzugsweise im Wesentlichen zylindrische - Hülse oder als - vorzugsweise im Wesentlichen zylindrischer - Käfig ausgebildet sein. Günstigerweise ist die Führungsvorrichtung an ihrer dem Ventilsitz zugewandten Stirnseite offen ausgeführt ist. Die Hülse oder der Käfig sind damit an der dem Ventilsitz zugewandten Seite offen, so dass der Ventilkörper während seiner Öffnungsbewegung (also von der Ausgangs- in Richtung der Endstellung) in die Führungsvorrichtung eintauchen kann.

[0012] In einer Variante der Erfindung entspricht die axiale Länge der Führungsvorrichtung in einer Richtung entlang der Hubachse mindestens der halben axialen Länge des Ventilkörpers in einer Richtung entlang der Hubachse. Damit ist ein ordnungsgemäßes Führen des Ventilkörpers sichergestellt und das Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz in der Ausgangsstellung wird verhindert.

[0013] In einer weiteren Variante der Erfindung ist das Ventil über zumindest eine an den Ventilsitz anschließende erste Verbindungsöffnung und eine zwischen der Ausgangsstellung und der Endstellung anschließende zweite Verbindungsöffnung mit dem Hydraulikkanal verbunden ist. In der Ausgangsstellung, wenn der Ventilkörper durch die Federbelastung auf den Ventilsitz gepresst wird, ist damit die Hydraulikleitung verschlossen. Bei Bewegung des Ventilkörpers in Richtung der Endstellung wird die erste Verbindungsöffnung und - je nach genauer Position - ab einer gewissen Stellung auch die zweite Verbindungsöffnung freigegeben und das Hydraulikmedium kann ungehindert fließen.

[0014] Um das Fließen des Hydraulikmediums möglichst früh nach Verlassen der Ausgangsstellung erfolgen kann weist günstigerweise die Führungsvorrichtung zumindest eine von Seiten des Ventilsitzes im Bereich der Ausgangsstellung des Ventilkörpers in Richtung der Endstellung des Ventilkörpers verlaufende Ausnehmung aufweist. Die zumindest eine Ausnehmung kann dabei als parallel zur Hubachse verlaufende Nut auf der dem Ventilkörper zugewandten Innenseite der Führungsvorrichtung oder als parallel zur Hubachse verlaufende, die Führungsvorrichtung durchdringende Freistellung oder als parallel zur Hubachse verlaufende, die Führungsvorrichtung durchdringende und auf Seiten des Ventilsitzes offene Freistellung ausgeführt sein. Dadurch kann das Hydraulikmedium schon mit Abheben des Ventilkörpers vom Ventilsitz von der ersten zur zweiten Verbindungsöffnung bzw. umgekehrt strömen.

[0015] Ein Ausführungsvariante der Erfindung sieht vor, dass die Führungsvorrichtung zumindest drei Führungsflächen aufweist, wobei die Führungsflächen vorzugsweise gleichmäßig um die Hubachse verteilt angeordnet sind. Vorzugsweise ist zumindest eine Führungsfläche durch einen Führungsstift gebildet.

[0016] Um abseits der Ausgangsstellung des Ventilkörpers ein unbehindertes Durchströmen des Ventils durch das Hydraulikmedium zu gewährleisten ist in einer bevorzugten Ausführung der Erfindung vorgesehen, dass die Führungsvorrichtung einen Mantel aufweist, in welchem die zumindest eine Öffnung oder Ausnehmung angeordnet ist. Beispielsweise kann der Mantel wie oben beschrieben zumindest eine vorzugsweise in Hubrichtung verlaufende Nut aufweisen, welche zur dem Ventilsitz zugewandten Stirnseite der Führungsvorrichtung ausläuft. Es können auch mehrere Öffnungen oder Ausnehmungen gleichmäßig um den Umfang des Mantels verteilt angeordnet sein.

[0017] Alternativ oder zusätzlich zu Öffnungen oder Ausnehmungen im Mantel kann auch vorgesehen sein, dass die Führungsvorrichtung an ihrer dem Ventilsitz zugewandten Stirnseite zumindest eine Ausnehmung oder zumindest einen Vorsprung aufweist, welche insbesondere in Richtung der Hubachse kronenartig geformt sein können.

[0018] All diese Maßnahmen ermöglichen in der Öffnungsstellung des Ventilkörpers einen unbehinderten Durchfluss des Hydraulikmediums durch das Ventil zwischen einem Ventileintritt und einem Ventilaustritt.

[0019] Um Bauteile zu sparen und eine einfache Herstellung und Montage zu ermöglichen, ist es vorteilhaft, wenn das Ventil eine an der vom Ventilsitz abgewandten Seite an die Führungsvorrichtung anschließende Federhaltervorrichtung zur Aufnahme einer die Federbelastung auf den Ventilkörper ausübenden Ventilfeder aufweist und zumindest die Führungsvorrichtung und die Federhaltevorrichtung als integraler Bauteil ausgeführt sind. Mit anderen Worten sind also die Führungsvorrichtung und die Federhaltevorrichtung einstückig ausgeführt. In einer Variante kann auch der Ventilsitz integral mit der Führungsvorrichtung und/oder der Federhaltevorrichtung ausgeführt sein. Vorzugsweise ist der Federhalter in eine Gewindebohrung der Pleuelstange eingeschraubt. Durch diese integrale, „gekapselte" Bauweise kann das Ventil einfach und rasch in die Pleuelstange eingebaut bzw. im Schadensfall gewechselt werden. Vor dem Einbau ist außerdem ein Funktionstest möglich, so dass die Verwendung schadhafter Bauteile von Anfang an verhindert werden kann.

[0020] Das Ventil kann beispielsweise als einfaches Rückschlagventil ausgebildet sein, dessen Ventilkörper durch den Druck des Hydraulikmediums im Hydraulikkanal entgegen der Kraft einer Rückstellfeder auslenkbar ist.

[0021] In einer Variante der Erfindung ist die Längenverstelleinrichtung der Pleuelstange über zumindest eine Steuereinrichtung mit zumindest einem Ventil betätigbar, wobei der Ventilkörper des Ventils durch ein Verbindungselement betätigbar ist, das in Abhängigkeit einer steuerbaren Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft auslenkbar ist. Das Ventil ist also steuerbar ausgebildet und Teil einer Steuereinrichtung. Insbesondere können ein erstes Ventil und ein zweites Ventil an gegenüberliegenden Seiten des Verbindungselements angeordnet sein, wobei über das Verbindungselement entweder das erste Ventil öffenbar und das zweite Ventil verschließbar ist oder umgekehrt. Es kann also abwechselnd entweder ein erstes Ventil geöffnet und ein zweites Ventil geschlossen, oder das erste Ventil geschlossen und das zweite Ventil geöffnet werden.

[0022] Durch die erfindungsgemäße Führungsvorrichtung wird der Ventilkörper in radialer Richtung gehalten und somit eine definierte Führung des Ventilkörpers in axialer Richtung gebildet. Dadurch sind die verschiedensten Einbaulagen des Ventils und der Steuereinrichtung möglich. Die Hubrichtung des Ventilkörpers kann dabei beispielsweise parallel zur Drehachse der Kurbelwelle, normal zur Längsachse der Pleuelachse oder parallel zur Längsachse der Pleuelachse angeordnet sein, wobei auch bei höheren Drehzahlen der Brennkraftmaschine Leckagen vermieden werden können.

[0023] Günstigerweise ist allerdings in den beschriebenen Varianten die Hubachse jedes Ventils parallel zu einer Drehsymmetrieachse eines großen Pleuelauges der Pleuelstange angeordnet ist. Damit kann auch bei sehr hohen Drehzahlen der negative Einfluss der Trägheitskräfte auf die Ventilfunktion minimiert werden. Das gilt sowohl für die Ventile an sich als auch für die Funktion der oben beschriebenen Steuereinrichtung, deren Verbindungselement günstigerweise ebenfalls parallel zur Drehsymmetrieachse bewegbar ist.

[0024] Die Erfindung wird im Folgenden anhand der in den Figuren gezeigten, nicht einschränkenden Ausführungsbeispiele näher erläutert. Darin zeigen: [0025] Fig. 1a und 1b eine schematische Ansicht einer ersten und einer zweiten erfindungs gemäße Pleuelstange, [0026] Fig. 2 eine erfindungsgemäße Pleuelstange in einem Schnitt entlang der

Linie l-l in Fig. 3 mit einer ersten Ausführungsvariante von Ventilen, [0027] Fig. 3 die Pleuelstange aus Fig. 1 in einem Schnitt entlang der Linie ll-ll in

Fig. 2, [0028] Fig. 4 die Pleuelstange aus Fig. 1 in einem Schnitt entlang der Linie lll-lll in

Fig. 1, [0029] Fig. 5 die Pleuelstange aus Fig. 1 in einem Schnitt entlang der Linie IV-IV in

Fig. 3 in verkleinertem Maßstab, [0030] Fig. 6 eine Führungsvorrichtung eines in den Fig. 2 bis 5 dargestellten Ventils in einer Draufsicht und [0031] Fig. 7a, 7b, 7c die Führungsvorrichtung aus Fig. 6 in einer Schrägansicht mit ver schieden ausgeführten Ausnehmungen, [0032] Fig. 8a und 8b eine erste Ausführungsform eines Ventils für eine erfindungsgemäße

Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer Ausgangsstellung (Fig. 8a) und einer Endstellung (Fig. 8b), und [0033] Fig. 9a und 9b eine zweite Ausführungsform eines Ventils für eine erfindungsgemäße

Pleuelstange in einem Längsschnitt in einer Ausgangsstellung (Fig. 9a) und einer Endstellung (Fig. 9b).

[0034] Die Fign. 1a und 1b zeigen jeweils eine zweigeteilte Pleuelstange 1 einer Hubkolbenmaschine, insbesondere einer Brennkraftmaschine, mit einem oberen ersten Stangenteil 4 mit dem kleinen Pleuelauge 40 zur Verbindung mit einem nicht weiter dargestellten Kolben und einem unteren zweiten Stangenteil 5 mit dem ein Pleuellager 3b ausbildenden großen Pleuelauge 3 zur Verbindung mit einer nicht weiter dargestellten Kurbelwelle. Das große Pleuelauge 3 weist eine Drehsymmetrieachse 3a auf, die im Wesentlichen parallel zu einer Drehachse der Kurbelwelle liegt. Die Längsachse der Pleuelstange 1 ist mit 1a bezeichnet.

[0035] Der erste 4 und der zweite Stangenteil 5 sind teleskopartig in Richtung einer Längsachse 1a der Pleuelstange 1 zu- und/oder ineinander verschiebbar, wodurch sich das Kompressionsverhältnis der Brennkraftmaschine adaptieren lässt. Dazu ist eine in Fign. 1a und 1b dargestellte Längenverstellvorrichtung 60 vorgesehen, die beliebig, wie beispielsweise in der AT 514 071 B1 der Anmelderin beschrieben, ausgeführt sein kann. Die Längenverstellvorrichtung 60 kann mittels eines Hydraulikmediums betrieben bzw. angesteuert werden, wobei die genaue Ausführung beliebig und nicht Teil der gegenständlichen Erfindung ist. Bei dem Hydraulikmedium kann es sich beispielsweise um Öl handeln, das aus dem Pleuellager 3b des großen Pleuelauges 3 entnommen wird.

[0036] In einer ersten Variante gemäß Fig. 1a wird die Längenverstellvorrichtung 60 direkt betrieben und das Hydraulikmedium wird über einen Hydraulikkanal 11, in dem ein Ventil 14 angeordnet ist, zugeführt. In der Variante gemäß Fig. 1b ist die Längenverstellvorrichtung 60 über eine Steuereinrichtung 16 mit zumindest einem derartigen Ventil 14 betätigbar.

[0037] Fig. 2 zeigt eine Pleuelstange 1 mit einer möglichen Ausführungsform der Längenverstellvorrichtung 60. Am oberen ersten Stangenteil 4 ist dabei ein im Wesentlichen zylindrisches Kolbenelement 6 befestigt.

[0038] Das Kolbenelement 6 ist in einem beispielsweise zylindrischen Führungskörper 8 des unteren zweiten Stangenteils 5 der Pleuelstange 1 axial verschiebbar geführt, wobei zwischen einer dem großen Pleuelauge 3 zugewandten ersten Stirnfläche 6a des Kolbenelementes 6 und dem zweiten Stangenteil 5 in zumindest einer Lage der beiden Stangenteile 4, 5 ein erster Hochdruckraum 9 aufgespannt wird. Das als Stufenkolben ausgebildete Kolbenelement 6 weist eine dem kleinen Pleuelauqe 40 zuqewandte zweite Stirnfläche 6b auf, welche an einen zwei- ten Hochdruckraum 10 grenzt, dessen zylindrische Mantelfläche vom Führungskörper 8 des zweiten Stangenteils 5 gebildet wird. Unter einem Stufenkolben wird im Allgemeinen ein Kolben - im vorliegenden Fall ein "zweiseitig wirkender Kolben” - mit unterschiedlich großen Wirkflächen verstanden, wobei eine der Wirkflächen (hier: die gegen den zweiten Hochdruckraum 10 orientierte Wirkfläche) als Ringfläche und die andere Wirkfläche als Kreisfläche ausgebildet ist. Durch die unterschiedlichen Wirkflächen lassen sich die hier beschriebenen bzw. benötigten Druckverhältnisse realisieren.

[0039] Die ringförmigen ersten und zweite Stirnflächen 6a, 6b bilden Druckangriffsflächen für ein in die Hochdruckräume 9, 10 geleitetes und unter Druck stehendes Hydraulikmedium, beispielsweise Motoröl.

[0040] Mit dem ersten Hochdruckraum 9 ist ein erster Hydraulikkanal 11 und mit dem zweiten Hochdruckraum 10 ein zweiter Hydraulikkanal 12 verbunden.

[0041] Einer der beiden Stangenteile 4, 5 bildet damit einen Führungskörper 8 und der andere ein im Führungskörper 8 verschiebbares Kolbenelement 6, wobei zwischen zumindest einer Stirnseite 6a, 6b des Kolbenelements 6 und dem Führungskörper 8 ein Hochdruckraum 9, 10 aufgespannt ist, in welchen zumindest ein Hydraulikkanal 11,12 einmündet.

[0042] Die Versorgung des ersten 9 und zweiten Hochdruckraumes 10 mit Hydraulikmedium erfolgt über einen Hydraulikmediumversorgungskanal 13, welcher vom großen Pleuelauge 3 ausgeht und somit mit dem Pleuellager 3b strömungsverbunden ist. Im Hydraulikmediumversorgungskanal 13 ist zumindest ein als Rückschlagventil ausgeführtes Ventil 14 (siehe Fig. 4) angeordnet, wobei das Rückschlagventil 14 den Durchfluss in Richtung der Hochdruckräume 9, 10 freigibt und in der entgegengesetzten Richtung sperrt. Das Rückschlagventil 14 weist einen Ventilkörper 37 auf, welcher entgegen der Federkraft einer Rückstellfeder 36 durch den Druck im Hydraulikmediumversorgungskanal 13 auslenkbar ist, wobei der Ventilkörper 37 durch die Ventilfeder 36 auf einen Ventilsitz 38 gepresst wird.

[0043] Zur Steuerung der Drücke in den Hochdruckräumen 9, 10 ist im unteren zweiten Stangenteil 5 der Pleuelstange 1 eine Steuereinrichtung 16 (Fig. 2) vorgesehen, welche ein erstes Ventil 17 mit einem ersten Ventilraum 18 aufweist, in welchem ein durch eine erste Ventilfeder 19 vorgespannter bzw. federbelasteter erster Ventilkörper 20 gegen einen ersten Ventilsitz 21 gedrückt wird. In den ersten Ventilraum 18 mündet der erste Hydraulikkanal 11 ein. Durch das erste Ventil 17 wird der Durchfluss zwischen dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 und dem ersten Hydraulikkanal 11 gesperrt oder freigegeben. Weiters weist die Steuereinrichtung 16 ein zweites Ventil 22 mit einem zweiten Ventilraum 23 auf, in welchem ein durch eine zweite Ventilfeder 24 vorgespannter zweiter Ventilkörper 25 gegen einen zweiten Ventilsitz 26 gedrückt wird, wobei das zweite Ventil die Strömungsverbindung zwischen dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 und dem zweiten Hydraulikkanal 12 freigibt oder sperrt. Weiters weist die Steuereinrichtung 16 ein entlang einer Verschiebeachse 27 zwischen dem ersten Ventil 17 und dem zweiten Ventil 22 verschiebbar gelagertes Verbindungselement 28 auf, welches in den Ausführungsbeispielen im Wesentlichen durch eine Verbindungsstange gebildet ist, welche fest mit einem in einem Steuerzylinder 30 verschiebbaren Steuerkolben 31 verbunden ist. Der durch eine Rückstellfeder 32 federbelastete Steuerkolben 31 grenzt an einen Steuerraum 33, in den eine mit dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 verbundene - nicht weiter ersichtliche -Steuerleitung einmündet. Die Ventilkörper 20 bzw. 25 und das Verbindungselement 28 sind getrennte Bauteile. Erstes Ventil 17 und zweites Ventil 22 sind in Bereichen unterschiedlicher Enden 28a, 28b des Verbindungselementes 28 angeordnet.

[0044] Die ersten und zweiten Ventilkörper 20, 25 der ersten und zweiten Ventile 17, 22 werden in den Ausführungsbeispielen durch Kugeln gebildet, die Ventilkörper können aber auch anders geformt sein.

[0045] In der ersten Stellung der Steuereinrichtung 16 wird der erste Ventilkörper 20 und in der zweiten Stellung der zweite Ventilkörper 25 durch das Verbindungselement 28 jeweils entgegen der Rückstellkraft der Ventilfedern 19, 24 von einem zugeordneten ersten 21 bzw. zweiten

Ventilsitz 26 abgehoben und der entsprechende erste 18 bzw. zweite Ventilraum 23 mit dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 strömungsverbunden. In der jeweils anderen Stellung liegt der erste Ventilkörper 20 bzw. zweite Ventilkörper 25 am ersten 21 bzw. zweiten Ventilsitz 26 auf und sperrt die Strömungsverbindung zum Hydraulikmediumversorgungskanal 13. Die Verschiebeachse 27 des Verbindungselements 28 ist parallel, geneigt oder normal zu einer Normalebene τ auf die Längsachse 1a der Pleuelstange 1 ausgebildet. Auch die Hubachsen 20a, 25a der Ventilkörper 20, 25 können parallel, geneigt oder normal zur Normalebene τ angeordnet sein. Die Funktion und Schaltbarkeit der Pleuelstange 1 auch bei hohen Drehzahlen kann sichergestellt werden, wenn Verschiebeachse 27 und Hubachsen 20a, 25a außerdem parallel zur Drehsymmetrieachse 3a des großen Pleuelauges 3 der Pleuelstange 1 angeordnet sind.

[0046] Die Ventilkörper 20, 25, 37 sind jeweils zwischen einer federbelasteten Ausgangsstellung A (Fig. 8a, Fig. 9a), in der sie die jeweiligen Hydraulikkanäle 11,12 bzw. die Verbindung zwischen dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 und den Hydraulikkanäle 11, 12 verschließen, und einer Endstellung B (Fig. 8b, Fig. 9b), in der die Verbindung freigegeben ist, verschieblich. In der Ausgangsstellung A werden die Ventilkörper 20, 25, 37 durch die Ventilfedern 19, 24, 36 gegen die jeweiligen Ventilsitze 21,26, 38 gedrückt. Um die Ventilkörper 20, 25, 37 insbesondere bei hohen Drehzahlen der Brennkraftmaschine gegen ein Verschieben in eine Richtung normal bzw. radial zu ihrer jeweiligen Hubachse 20a, 25a, 37a und insbesondere gegen ein Abheben von den Ventilsitzen 21, 26, 38 zu sichern sind die Ventilkörper 20, 25, 37 zumindest in der Ausgangsstellung A zumindest teilweise von einer Führungsvorrichtung 40 umgeben, welche konzentrisch zur Hubachse 20a, 25a, 37a des Ventilkörpers 20, 25, 37 ausgebildet ist. Wie z.B. in Fign. 9a und 9b zu sehen ist entspricht die axiale Länge L1 der Führungsvorrichtung 40 in einer Richtung entlang der Hubachse 37a mindestens der halben axialen Länge L2 des Ventilkörpers 37, der in Fign. 9a und 9b als Kugel ausgeführt ist.

[0047] Bei Bewegung aus der Ausgangsstellung A in Richtung der Endstellung B ist zwischen dem Ventilkörper 20, 25, 37 und der Führungsvorrichtung 40 ein definiertes radiales Spiel ausgebildet, welches gerade so groß ist, dass die axiale Bewegung des beispielsweise kugelförmigen Ventilkörpers 20, 25, 37 nicht beeinträchtigt wird. Die Führungsvorrichtung 40 führt den Ventilkörper 20, 25, 37 in axialer Richtung und verhindert somit ein Auslenken in radialer Richtung.

[0048] Der Ventilkörper 20, 25, 37 wird somit sicher am Ventilsitz 21, 26, 38 gehalten, auch wenn zusätzlich zur Kraft der Ventilfeder 19, 24 des Ventils 17, 22, 14 Trägheitskräfte in radialer Richtung auf den Ventilkörper 20, 25, 37 einwirken.

[0049] Der Führungsvorrichtung 40 kann zumindest abschnittsweise als im Wesentlichen zylindrische Hülse 41 ausgebildet sein.

[0050] Die Führungsvorrichtung 40 muss einerseits den Ventilkörper 20, 25, 37 in radialer Richtung halten und unbehinderte axiale Bewegungen des Ventilkörpers 20, 25, 37 ermöglichen. Wie in den Fign. 8a und 9a zu erkennen ist verschließt der Ventilkörper 37 in der Ausgangsstellung A die Verbindung zwischen einer ersten Verbindungsöffnung 47, die an den Ventilsitz 38 anschließt und mit dem Hydraulikmediumversorgungskanal 13 verbunden ist, und einer zweiten Verbindungsöffnung 48, die in einem Bereich zwischen einer Ausgangs- A und Endstellung B des Ventilkörpers 37 angeordnet ist und in den Hydraulikkanal 11 mündet. Rund um die Führungsvorrichtung 40 ist in der Ausführungsform gemäß Fig. 9a und 9b eine Nut vorgesehen, die eine Fluidverbindung zwischen Ventil und Hydraulikkanal sicherstellt.

[0051] Andererseits sollte bei geöffnetem Ventil 17, 22, 14 (also zwischen Ausgangs- A und Endstellung E) ein Durchfluss durch das Ventil 17, 22, 14 möglich sein. Um dies zu erreichen, gibt es mehrere Möglichkeiten. Ein Beispiel dafür ist an Hand eines als Rückschlagventil ausgebildeten Ventils 14 in den Fign. 6 und 7a-7c gezeigt.

[0052] Wie in Fig. 6 gezeigt ist, kann die Führungsvorrichtung 40 mehrere - beispielsweise drei - Führungsstifte 42 aufweisen, deren innere Oberflächen Führungsflächen 43 für den Ventilkör per bilden. Die Führungsstifte 42 umgeben den Ventilkörper in radialer Richtung wie ein Käfig. Wie ersichtlich, ist die Führungsvorrichtung 40 an ihrer dem jeweiligen Ventilsitz zugewandten Stirnseite 44 offen ausgeführt, sodass Platz zur axialen Aufnahme des vom Ventilsitz abhebenden Ventilkörpers vorhanden ist.

[0053] Weiters kann der Mantel 41a der Hülse 41 der Führungsvorrichtung 40 Öffnungen bzw. Durchbrüche oder Ausnehmungen aufweisen. Insbesondere können Freistellungen im Bereich der dem Ventilsitz 21,26 zugewandten Stirnseite 44 angeordnet sein, wobei Ausnehmungen 45 und die zwischen den Ausnehmungen 45 verbleibenden Vorsprünge 46 der Führungsvorrichtung 40 ein kronenartiges Erscheinungsbild geben, wie die perspektivische Ansicht von Fig. 7a zeigt.

[0054] Fig. 7b zeigt eine Variante, wo die Ausnehmungen als Freistellungsausnehmungen 51 ausgeführt sind, wo also durch den Mantel 41a hindurchreichende Öffnungen ausgeführt sind. Die Freistellungsausnehmungen 51 sind dabei im Wesentlichen parallel zur Hubachse 37a ausgeführt. Fig. 7c zeigt eine Ausführungsform, wo die Ausnehmung als parallel zur Hubachse 37a verlaufende Nut 49 (siehe auch Fig. 8a) ausgeführt ist.

[0055] Wenn der Ventilkörper 37 - zum Beispiel infolge zunehmenden Drucks des Hydraulikmediums - vom Ventilsitz 38 in der Ausgangsstellung A abgehoben wird, kann das Hydraulikmedium über die Ausnehmungen (Nut 49 gemäß Fig. 7c und 8a bzw. Freistellung 45 gemäß Fign. 6 und 7a bzw. Freistellungsausnehmung 51 gemäß Fig. 7b) an dem Ventilkörper 37 vorbeiströmen. Position und Länge der Ausnehmungen sind damit so gewählt, dass der Ventilkörper zumindest in der Ausgangsstellung A die Verbindung zwischen der ersten Verbindungsöffnung 47 und der zweiten Verbindungsöffnung 48 unterbricht. Beim Wegbewegen aus der Ausgangsstellung A wird die Verbindung freigegeben.

[0056] Wie z.B. in Fig. 6 oder Fig. 8b zu erkennen ist, kann die Führungsvorrichtung 40 integral mit einer eine Ventilfeder 36 des Ventils 14 aufnehmenden Federhaltervorrichtung 39 ausgebildet sein, die auf der vom Ventilsitz 38 abgewandten Seite der Führungsvorrichtung 40 angeordnet ist. In einer nicht dargestellten Variante kann auch der Ventilsitz 38 als Bestandteil integriert werden. Das Ventil 14 ist damit als gekapselte, einstückige Einheit fertigbar, was den Transport, die Lagerung und vor allem den Einbau sehr erleichtert: Die Federhaltervorrichtung 39 kann an ihrer Außenseite ein Gewinde 15' aufweisen, mit der sie beispielsweise in eine Gewindebohrung 15 der Pleuelstange 1 eingeschraubt werden kann. Eine derartige Einheit kann dadurch leicht ausgetauscht bzw. vor Verwendung auf ihre Funktion geprüft werden, was Wartungsaufwand reduziert.

[0057] Die erfindungsgemäße Lösung ermöglicht eine längenverstellbare Pleuelstange 1, deren Verstellbarkeit auch bei hohen Drehzahlen sichergestellt ist, da die Ventilkörper 20, 25, 37 der verwendeten Ventile 17, 22, 14 sicher in ihren Sitzen gehalten bzw. von den Sitzen weggeführt werden.

Claims (10)

1. Ansprüche

   1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für eine Hubkolbenmaschine, wobei die Pleuelstange (1) zumindest einen ersten Stangenteil (4) und einen zweiten Stangenteil (5) aufweist, welche Stangenteile (4, 5) mittels einer über zumindest einen Hydraulikkanal (11, 12) mit Hydraulikmedium beschickbaren Längenverstellvorrichtung (60) teleskopartig in Richtung einer Längsachse (1a) der Pleuelstange (1) zu- und/oder ineinander verschiebbar sind und im Hydraulikkanal (11, 12) zumindest ein Ventil (17, 22, 14) mit zumindest einem federbelasteten, in Richtung einer Hubachse (20a, 25a, 37a) zwischen einer Ausgangsstellung (A) und einer Endstellung (B) beweglichen Ventilkörper (20, 25, 37) angeordnet ist, wobei der Ventilkörper (20, 25, 37) in der federbelasteten Ausgangsstellung (A) an einem Ventilsitz (21, 26, 38) anliegt und entgegen der Federbelastung in die Endstellung (B) bringbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17, 22, 14) eine den Ventilkörper (20, 25, 37) zumindest in der Ausgangsstellung (A) zumindest teilweise umgebende Führungsvorrichtung (40) aufweist, welche Führungsvorrichtung (40) konzentrisch zur Hubachse (20a, 25a, 37a) ausgebildet ist und den Ventilkörper (20, 25, 37) gegen ein Verschieben in eine Richtung normal zur Hubachse (20a, 25a, 37a) sichert.
2. 2. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die axiale Länge (L1) der Führungsvorrichtung (40) in einer Richtung entlang der Hubachse (20a, 25a, 37a) mindestens der halben axialen Länge (L2) des Ventilkörpers (20, 25, 37) in einer Richtung entlang der Hubachse (20a, 25a, 37a) entspricht.
3. 3. Pleuelstange (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (40) an ihrer dem Ventilsitz (21, 26, 38) zugewandten Stirnseite (44) offen ausgeführt ist.
4. 4. Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17, 22, 14) über zumindest eine an den Ventilsitz (21, 26, 38) anschließende erste Verbindungsöffnung (47) und eine zwischen der Ausgangsstellung (A) und der Endstellung (B) anschließende zweite Verbindungsöffnung (48) mit dem Hydraulikkanal (11, 12) und/oder dem Hydraulikmediumversorgungskanal (13) verbunden ist.
5. 5. Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsvorrichtung (40) zumindest eine von Seiten des Ventilsitzes (21, 26, 38) im Bereich der Ausgangsstellung (A) des Ventilkörpers (20, 25, 37) in Richtung der Endstellung (B) des Ventilkörpers (20, 25, 37) verlaufende Ausnehmung (45, 49, 51) aufweist.
6. 6. Pleuelstange (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass zumindest eine Ausnehmung (45, 49, 51) als parallel zur Hubachse (20a, 25a, 37a) verlaufende Nut (49) auf der dem Ventilkörper (20, 25, 37) zugewandten Innenseite (50) der Führungsvorrichtung (40) oder als parallel zur Hubachse (20a, 25a, 37a) verlaufende, die Führungsvorrichtung (40) durchdringende Freistellungsausnehmung (51) oder als parallel zur Hubachse (20a, 25a, 37a) verlaufende, die Führungsvorrichtung (40) durchdringende und auf Seiten des Ventilsitzes (21,26, 38) offene Freistellung (45) ausgeführt ist.
7. 7. Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Ventil (17, 22, 14) eine an der vom Ventilsitz (21, 26, 38) abgewandten Seite an die Führungsvorrichtung (40) anschließende Federhaltervorrichtung (39) zur Aufnahme einer die Federbelastung auf den Ventilkörper (20, 25, 37) ausübenden Ventilfeder (19, 24, 36) aufweist und zumindest die Führungsvorrichtung (40) und die Federhaltevorrichtung (39) als integraler Bauteil ausgeführt sind.
8. 8. Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Längenverstellvorrichtung (60) über zumindest eine Steuereinrichtung (16) mit zumindest einem Ventil (17, 22, 14) betätigbar ist, wobei der Ventilkörper (20, 25, 37) des Ventils (17, 22, 14) durch ein Verbindungselement (28) betätigbar ist, das in Abhängigkeit einer steuerbaren Stellkraft entgegen einer Rückstellkraft auslenkbar ist.
9. 9. Pleuelstange nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass ein erstes Ventil (17) und ein zweites Ventil (22) an gegenüberliegenden Seiten des Verbindungselements (28) angeordnet sind und über das Verbindungselement (28) entweder das erste Ventil (17) öffenbar und das zweite Ventil (22) verschließbar ist oder umgekehrt.
10. 10. Pleuelstange (1) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubachse (20a, 25a, 37a) des Ventils (17, 22, 14) parallel zu einer Drehsymmetrieachse (3a) eines großen Pleuelauges (3) der Pleuelstange (1) angeordnet ist.