AT522160B1

AT522160B1 - Steuerschieber für eine längsverstellbare Pleuelstange

Info

Publication number: AT522160B1
Application number: ATA50402/2019A
Authority: AT
Inventors: Heller Malte
Original assignee: Avl List Gmbh; Iwis Motorsysteme Gmbh & Co Kg
Priority date: 2019-05-03
Filing date: 2019-05-03
Publication date: 2020-09-15
Also published as: AT522160A4

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (21) zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange (1). Die hydraulische Steuereinrichtung (21) weist ein hydraulisches Steuerventil (34) mit einem Steuerzylinder (36), einem Steuerschieber (35) und mindestens einem vom Steuerschieber (35) betätigbaren Ablassventil (41, 42) auf, wobei der Steuerschieber (35) ein in dem Steuerzylinder (36) verschiebbar geführten, mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben (37) und einem Schieberstößel (39) umfasst. Weiter ist eine fest mit dem Steuerschieber (35) verbundene Zusatzmasse (57) vorgesehen, um den Steuerschieber (35) auf verschiedene Motortypen anzupassen. Darüber hinaus betrifft die Erfindung einen Steuerschieber (35) für das hydraulische Steuerventil (34) einer längenverstellbaren Pleuelstange (1) sowie ein Kolbenmotor mit zumindest einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange (1).

Description

Beschreibung

STEUERSCHIEBER MIT ZUSATZMASSE FÜR EINE LÄNGSVERSTELLBARE PLEUELSTANGE

[0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine längenverstellbare Pleuelstange für einen Kolbenmotor mit einer hydraulischen Steuereinrichtung zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange, wobei die Steuereinrichtung ein hydraulisches Steuerventil mit einem Steuerzylinder, einem Steuerschieber und mindestens einem vom Steuerschieber betätigbaren Ablassventil aufweist, und wobei der Steuerschieber ein in dem Steuerzylinder verschiebbar geführten, mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben und einem Schieberstößel umfasst. Weiter betrifft die Erfindung einen Steuerschieber für das hydraulische Steuerventil einer längenverstellbaren Pleuelstange sowie einen Kolbenmotor mit einer längenverstellbaren Pleuelstange.

[0002] Bei Verbrennungsmotoren mit Hubkolben gibt es Bestrebungen, das Verdichtungsverhältnis während des Betriebs zu verändern und auf den jeweiligen Betriebszustand des Motors anzupassen, um den thermischen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors zu verbessern. Mit steigendem Verdichtungsverhältnis nimmt der thermische Wirkungsgrad zu, jedoch kann ein zu hohes Verdichtungsverhältnis zu einer unbeabsichtigten Selbstzündung des Kolbenmotors führen. Eine solche frühzeitige Verbrennung des Kraftstoffes führt nicht nur zu einem unruhigen Lauf und dem sogenannten Klopfen des Motors, sondern kann auch zu Bauteilschäden am Motor führen. Im Teillastbereich ist die Gefahr der Selbstzündung geringer, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis möglich ist.

[0003] Zur Realisierung eines variablen Verdichtungsverhältnisses (VCR) existieren unterschiedliche Lösungen, mit denen die Lage des Hubzapfens der Kurbelwelle oder des Kolbenbolzens des Hubkolbens verändert oder die effektive Länge der Pleuelstange variiert wird. Hierbei gibt es jeweils Lösungen für eine kontinuierliche und diskontinuierliche Verstellung der Bauteile. Eine kontinuierliche Längenverstellung des Abstands zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen ermöglicht eine gleitende Einstellung des Verdichtungsverhältnisses auf den jeweiligen Betriebspunkt und damit einen optimalen Wirkungsgrad des Verbrennungsmotors. Demgegenüber ergeben sich bei einer diskontinuierlichen Verstellung der Pleuellänge mit wenigen Stufen konstruktive und betriebstechnische Vorteile und ermöglicht im Vergleich zu einem konventionellen Kolbenmotor trotzdem eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrades sowie entsprechende Einsparungen im Verbrauch und im Schadstoffausstoß.

[0004] Eine diskontinuierliche Verstellung des Verdichtungsverhältnisses für einen Kolbenmotor beschreibt die EP 1 426 584 A1, in der ein mit dem Kolbenbolzen des Hubkolbens verbundener Exzenter eine Anpassung des Verdichtungsverhältnisses ermöglicht, wobei die Fixierung des Exzenters in den jeweiligen Endstellungen des Schwenkbereichs mittels einer mechanischen Arretierung erfolgt. Demgegenüber offenbart die DE 10 2005 055 199 A1 eine längenverstellbare Pleuelstange, mit der unterschiedliche Verdichtungsverhältnisse realisiert werden können, wobei der Exzenter durch zwei Zylinder-Kolben-Einheiten und den hydraulischen Druckunterschied des zugeführten Motoröls in seiner Position fixiert wird.

[0005] Die WO 2015/055582 A?2 zeigt eine längenverstellbare Pleuelstange mit teleskopartig ineinander verschiebbaren Pleuelteilen, wobei der am ersten Pleuelteil vorgesehene Verstellkolben den Zylinder des zweiten Pleuelteils in zwei Druckräume unterteilt. Die beiden Druckräume dieser Zylinder-Kolben-Einheit werden über Rückschlagventile mit Motoröl versorgt, wobei sich jeweils nur in einer Druckkammer unter Druck stehendes Motoröl befindet. Ist die längenverstellbare Pleuelstange in der langen Position, befindet sich in der oberen Druckkammer kein Motoröl, während die untere Druckkammer hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Im Betrieb wird dann eine Zugkraft durch den mechanischen Kontakt mit dem oberen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf die motorölgefüllte untere Druckkammer übertragen. Da das Rückschlagventil dieser Kammer den Rücklauf des Mo-

toröls unterbindet, steigt der Druck des Motoröls an, so dass die Pleuelstange in dieser Richtung hydraulisch gesperrt ist. In der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange drehen sich die Verhältnisse in der Zylinder-Kolben-Einheit um. Die untere Druckkammer ist leer, während die obere Druckkammer mit Motoröl gefüllt ist. Entsprechend bewirkt eine Zugkraft einen Druckanstieg in der oberen Kammer und eine hydraulische Sperrung der längenverstellbaren Pleuelstange, während eine Druckkraft durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens aufgenommen wird.

[0006] Die Pleuellänge dieser längenverstellbaren Pleuelstange kann zweistufig verstellt werden, wobei jeweils eine der beiden Druckkammern entleert wird, indem das zugehörige Rückschlagventil im Zulaufkanal über einen entsprechenden Rücklaufkanal überbrückt wird. Durch diese Rücklaufkanäle strömt Motoröl zwischen der Druckkammer und der Versorgung mit Motoröl, wodurch das jeweilige Rückschlagventil seine Wirkung verliert. Die beiden Rücklaufkanäle werden durch eine hydraulische Steuereinrichtung geöffnet und geschlossen, wobei immer maximal ein Rücklaufkanal offen und der andere geschlossen ist. Der Aktuator zur Schaltung der beiden Rücklaufkanäle wird hydraulisch durch den Versorgungsdruck des Motoröls angesteuert, das über entsprechende Hydraulikmittelkanäle im Pleuel und das Lager des Kurbelwellenzapfens im zweiten Pleuelteil zugeführt wird. Die aktive Verstellung der Pleuellänge erfolgt dann durch gezieltes Entleeren der mit Motoröl gefüllten Druckkammer unter Ausnutzung der an der Pleuelstange wirkenden Gas- und Massenkräfte, wobei die andere Druckkammer gleichzeitig über das zugehörige Rückschlagventil mit Motoröl versorgt und hydraulisch gesperrt wird.

[0007] Eine weitere längenverstellbare Pleuelstange ist z.B. aus der WO 2016/203047 A1 bekannt. Zum Verstellen der Wirklänge der Pleuelstange wird dort ein Steuerschieber mit einem mittig angeordneten Steuerkolben verwendet, der von einer Steuerschieberfeder in einer Richtung vorgespannt ist. Der Steuerschieber umfasst einen mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben und einen zweiteilig aufgebauten Schieberstößel, der an den jeweiligen Enden eine konische Steuerkontur aufweist, um die zugehörigen Ablassventile zu Öffnen.

[0008] Beim Einsatz in einem Kolbenmotor ist eine längenverstellbare Pleuelstange naturgemäß sehr hohen Beschleunigungskräften ausgesetzt, die auch beim Design der hydraulischen Steuereinrichtung berücksichtigt werden müssen. Entsprechend sind die hydraulischen Steuerventile auf den jeweiligen Anwendungsfall der längenverstellbaren Pleuelstange und die jeweilige Leistungsfähigkeit des Kolbenmotors ausgelegt und hergestellt, um ein sicheres Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange zu realisieren.

[0009] Bei der Entwicklung von modernen Kolbenmotoren besteht neben der sicheren Funktionalität der einzelnen Komponenten auch die Anforderung, eine signifikante Verbesserung des Wirkungsgrads sowie entsprechende Einsparungen im Verbrauch und im Schadstoffausstoß zu realisieren. Gleichzeitig müssen auch eine kostengünstige Herstellung der Komponenten und Montage des Kolbenmotors sichergestellt werden. Dabei ist der Bauraum für solche Pleuelstange in modernen Kolbenmotoren sowohl in Längsrichtung der Pleuelstange (axial) als auch radial begrenzt, was bei der Konstruktion der hydraulischen Steuereinrichtung und insbesondere bei der Konstruktion des hydraulischen Steuerventils berücksichtigt werden muss.

[0010] Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine längenverstellbaren Pleuelstange der eingangs genannten Art derart zu optimieren, dass das hydraulische Steuerventil sicher und kostengünstig herstellbar sowie in einfacher Weise in einer gattungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange einsetzbar ist.

[0011] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass eine fest mit dem Steuerschieber verbundene Zusatzmasse vorgesehen ist. Vorzugsweise ist dabei die Dichte des Materials der Zusatzmasse gleich oder größer als die Dichte des Materials des Steuerkolbens und/oder des Schieberstößels.

[0012] In Abhängigkeit der Konstruktion eines Kolbenmotors, der Belastung der längenverstellbaren Pleuelstange aufgrund der im Betrieb auf das Pleuel einwirkenden Gas- und Massenkräfte

und aufgrund der Öldruckschwankungen in der Hydraulikmittelversorgung des Steuerventils durch die Bewegung der Pleuelstange sind herkömmliche Steuerschieber speziell auf die spezifischen Anforderungen des jeweiligen Motortyps konstruiert. Damit verbunden ist die Fertigung herkömmlicher Steuerventile und deren Komponenten in entsprechend geringen Stückzahlen. Bei einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer längenverstellbaren Pleuelstange ist eine Zusatzmasse vorgesehen, die fest mit dem Steuerschieber des hydraulischen Steuerventils verbunden ist und eine Anpassung eines in größerer Stückzahl herstellbaren Steuerschiebers auf den jeweiligen Motortyp ermöglicht. Entsprechend kann ein mit einer komplexen Kontur versehener Steuerschieber in einer größeren Anzahl kostengünstig hergestellt und die jeweilige Anpassung auf den speziellen Motortyp über eine mit dem Steuerschieber fest verbundene Zusatzmasse realisiert werden. Neben einer deutlichen Reduzierung der Herstellungskosten erfüllt die erfindungsgemäße Ausgestaltung auch das in der Automobilindustrie angestrebte Gleichteilekonzept für Komponenten.

[0013] Um eine mögliche große Anzahl unterschiedlicher Motortypen mit dem Gleichteilekonzept eines speziellen Steuerschieberdesigns und entsprechenden Zusatzmassen zu realisieren, kann der Steuerschieber ein masseoptimierter Steuerschieber sein, wobei die Masse des Steuerschiebers reduziert ist aufgrund der Materialwahl des Schieberstößels und/oder aufgrund einer mit mindestens einer Einschnürung versehene Schaltkontur des Schieberstößels und/oder aufgrund der Masse des Schieberstößels, die maximal dem 0,93-fachen, bevorzugt maximal dem 0,85fachen des Hüllvolumens des Schieberstößels multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm®) entspricht.

[0014] Zur Massereduktion des Steuerschiebers können so entweder leichte Materialien und/oder Materialabtragungen im Bereich des Schieberstößels genutzt werden. Unter Hüllvolumen der Schaltkontur ist dabei das Volumen der Schaltkontur des Schieberstößels auf Basis der Länge der Schaltkontur und dem größten Querschnitt der Schaltkontur zu verstehen. Gegenüber dieser theoretischen Masse des Hüllvolumens der Schaltkontur reduzieren entsprechende Einschnitte, Nuten und Vertiefungen im Bereich der Schaltkontur dessen tatsächliche Masse. Durch die Massereduktion können die auf den Steuerschieber einwirkenden Massekräfte, die im Wesentlichen unabhängig sind von der Drehzahl des Verbrennungsmotors und von der konkreten Anordnung des Steuerschiebers in der Pleuelstange, reduziert werden.

[0015] In einer alternativen oder ergänzenden Ausführungsform kann der Steuerschieber ein masseoptimierter Steuerschieber sein, wobei die Masse des Steuerschiebers reduziert ist aufgrund der Materialwahl des Steuerkolbens und/oder aufgrund einer im Steuerkolben vorgesehenen Sacklochbohrung, die sich bevorzugt bis in den Schieberstößel hinein erstreckt. Neben der positiven Wirkung der konstruktiven Maßnahme den Steuerkolben aus einem leichteren Material herzustellen, insbesondere im Hinblick auf den großen Durchmesser des im Steuerzylinders verschiebbar geführten Steuerkolbens und dem dadurch bedingten großen Volumen des Steuerkolbens, kann im Steuerkolben auch eine Sacklochbohrung vorgesehen sein, um die Gesamtmasse des Steuerkolbens und damit auch die Masse des Steuerschiebers reduzieren. Bei einer Berücksichtigung der notwendigen Festigkeitsanforderungen für den Steuerschieber kann sich eine solche Sacklochbohrung auch bis in den Schieberstößel hinein erstrecken.

[0016] Für eine sichere Fixierung der Zusatzmasse an dem Steuerschieber ist die Zusatzmasse vorzugsweise mittels eines Presssitzes, einer Schraubverbindung oder mittels einer Sicherungseinrichtung an dem Steuerschieber befestigt sein. Eine einfache Sicherungseinrichtung ist dabei beispielsweise ein Sicherungsring, der auf dem Schieberstößel angeordnet ist und die Zusatzmasse fest in Richtung des Steuerkolbens fixiert. Neben der sicheren Fixierung dieser unterschiedlichen Maßnahmen zur Befestigung mit der Zusatzmasse an dem Steuerschieber weisen diese Montagemöglichkeiten unterschiedliche Vorteile und Nachteile auf und können auch in Kombination eingesetzt werden. Während eine zusätzliche Sicherungseinrichtung, beispielsweise ein Sicherungsring, eine Anordnung der Zusatzmasse auf dem Schieberstößel des Steuerschiebers erleichtert, ist die sichere Fixierung der Zusatzmasse mittels eines Presssitzes insbesondere bei einseitig hohlen zylindrischen Steuerkolben von Vorteil, und eine Schraubverbindung bei der Montage generell einfach zu handhaben.

[0017] Eine weitere Ausbildung sieht vor, dass der Steuerkolben bevorzugt stirnseitig an dem Schieberstößel angeordnet ist und zumindest eine dem hydraulischen Steuerdruck aussetzbare Steuerdruckfläche aufweist, die einen Steuerdruckraum im Steuerzylinder begrenzt. Dabei ist die des hydraulischen Steuerdrucks aussetzbare Steuerdruckfläche bevorzugt stirnseitig an dem Steuerkolben des Steuerschiebers angeordnet. Ein solcher stirnseitiger Aufbau des Steuerschiebers und des zugehörigen hydraulischen Steuerventils ermöglichen neben einer insgesamt einfachen Konstruktion auch eine sichere Funktion und exakte Steuerung der längenverstellbaren Pleuelstange. Durch die stirnseitige Anordnung des Steuerkolbens kann der Steuerzylinder als einfache Stufenbohrung und die dort vorgesehenen Kanäle können als einfache Bohrungen ausgebildet sein. Weiter ermöglicht der stirnseitig angeordnete Steuerkolben eine eindeutige Teilung zwischen dem mindestens einen Ablassventil und dem von der Steuerdruckfläche begrenzten Steuerdruckraum zur Betätigung des Steuerschiebers. Neben dem konstruktiv einfachen Aufbau des Steuerschiebers und des Steuerzylinders kann ein stirnseitig angeordneter Steuerkolben auch die Anforderungen an die Toleranzen der Bauteile des Steuerventils sowie an die Abdichtung des Steuerkolbens gegenüber dem Steuerzylinder gering halten.

[0018] In einer Variante der Erfindung erstreckt sich der Schieberstößel von dem stirnseitig angeordneten Steuerkolben in Richtung der Steuerschieberachse durch den Steuerzylinder, wobei vorzugsweise der Schieberstößel rotationssymmetrisch zur Steuerschieberachse ausgebildet ist. In einer weiteren Variante der Erfindung sind die Längsachse des Schieberstößels und die Steuerschieberachse parallel zueinander bzw. zusammenfallend ausgeführt.

[0019] Für eine besonders einfache Übertragung der axialen Bewegung des Steuerschiebers in Richtung der Steuerschieberachse kann der Schieberstößel eine Schaltkontur aufweisen, um das mindestens eine Ablassventil zu betätigen. Dabei kann die Schaltkontur als gerade oder schräg verlaufende Abflachung des Schieberstößels mit oder ohne Vertiefungen und Vorsprünge ausgebildet sein.

[0020] Eine besondere Variante sieht vor, dass der Steuerschieber geneigt zur Längsrichtung der Pleuelstange und geneigt zur Normalen der Längsrichtung der Pleuelstange angeordnet ist, wobei bevorzugt die Steuerschieberachse in einem Winkel zwischen 15° und 75° angeordnet ist. Mit anderen Worten ist die Steuerschieberachse geneigt zur Längsachse der Pleuelstange angeordnet. Zusätzlich zu dem mittels der Zusatzmasse optimierten Steuerschieber kann die geneigte Anordnung des Steuerschiebers gegenüber der Längsrichtung der Pleuelstange und gegenüber der Normalen zur Längsrichtung der Pleuelstange bei einer günstigen Wahl des Winkels die negativen Einflüsse der Trägheit des Hydraulikmittels in den Hydraulikmittelkanälen und in den Komponenten der hydraulischen Steuereinrichtung weiter reduzieren. Dadurch können Störungen und Fehlfunktionen bei der Ansteuerung der Steuereinrichtung vermieden werden. Weiterhin können durch die geneigte Anordnung des Steuerschiebers auch störende Einflüsse auf die weiteren Komponenten der hydraulischen Steuereinrichtung und der längenverstellbaren Pleuelstange minimiert werden, deren Funktionen, insbesondere durch die bei hohen Drehzahlen stark ansteigenden Massenkräfte, beeinträchtigt sein können.

[0021] Eine vorteilhafte Ausgestaltung sieht vor, dass mindestens zwei vom Steuerschieber betätigbare Ablassventile vorgesehen sind, wobei vorzugsweise die mindestens zwei Ablassventile wechselweise betätigbar sind. Je nach Stellung des Steuerschiebers ist maximal eines der zwei Ablassventile geöffnet, so dass Hydraulikmittel entweder aus der ersten Druckkammer oder der zweiten Druckkammer der Steuereinrichtung, insbesondere einer doppelt wirkenden ZylinderKolben-Einheit, der längenverstellbaren Pleuelstange entweichen kann. Währenddessen kann sich die andere Druckkammer gleichzeitig mit Hydraulikmittel füllen, infolge der beim Kolbenmotor bei der Hubbewegung der Pleuelstange wirkenden Gas- und Massenkräfte, die mittels der entstehenden Sogwirkung ein Öffnen des der anderen Druckkammer zugeordneten Rückschlagventils bewirken. Mit zunehmender Befüllung dieser Druckkammer wird aus der geöffneten Druckkammer gleichsam Hydraulikmittel abgeführt, wodurch sich die Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange ändert. Je nach Ausgestaltung der hydraulischen Steuereinrichtung sowie je nach Betriebszustand des Kolbenmotors, können mehrere Hübe der Pleuelstange erforderlich sein, bis die Längenänderung der Pleuelstange beendet ist. Günstigerweise haben die Ablass-

ventile federvorgespannte Ventilkörper, bevorzugt Ventilkugeln, die über ein geeignetes Übertragungselement, beispielsweise Übertragungsstifte oder Übertragungskugeln, gegen die Federvorspannung in Richtung der Hubachse des Ventilkörpers bewegt werden, um das Ablassventil zu Öffnen.

[0022] Für eine sichere Funktion und einen einfachen Aufbau der Ablassventile können die mindestens zwei Ablassventile geneigt zur Steuerschieberachse, bevorzugt senkrecht zur Steuerschieberachse, angeordnet sein. Dabei bezieht sich die Anordnung der Ablassventile auf die Öffnungsrichtung der Ventilkörper in den Ablassventilen. Diese geneigte Anordnung der Ablassventile ermöglicht neben einer einfachen Bauweise des hydraulischen Steuerventils auch insgesamt geringe Abmessungen der Pleuelstange mit einer entsprechenden Massenreduktion. In einer alternativen Ausbildung können die mindestens zwei Ablassventile auf gegenüberliegenden Seiten der Steuerschieberachse, bevorzugt senkrecht zur Steuerschieberachse angeordnet sein, um eine sehr kompakte Bauweise des hydraulischen Steuerventils und eine sehr schlanke Ausbildung der Pleuelstange zu ermöglichen.

[0023] In einer weiteren Ausgestaltung kann zwischen der Schaltkontur des Schieberstößels und dem stirnseitig angeordneten Steuerkolben ein Anschlagflansch vorgesehen sein, wobei vorzugsweise zwischen dem Anschlagflansch und dem Steuerkolben eine einschnürende Ringnut vorgesehen ist. Dadurch ist auch dieser Bereich zwischen der Schaltkontur des Schieberstößels und dem Steuerkolben masseoptimiert. Ein solcher Aufbau des Steuerschiebers ermöglicht eine einfache Montage in einer entsprechend ausgeformten Bohrung, ohne den Einsatz von Aufnahmebuchsen oder Zwischenstücken. Lediglich der durch den Steuerkolben gebildete Steuerdruckraum muss durch einen entsprechenden Verschluss abgedichtet werden, der gleichzeitig auch einen Anschlag für den Steuerkolben bilden kann.

[0024] Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, dass die hydraulische Steuereinrichtung eine Rückstellfeder aufweist, um den Steuerschieber in einer ersten Ausgangsstellung zu halten oder in die erste Ausgangsstellung zurückzustellen, wobei vorzugsweise die Rückstellfeder um den Steuerschieber herum angeordnet ist. Die Rückstellfeder ermöglicht es, in dem hydraulischen Steuerventil zwei unterschiedliche Schaltstellungen vorzusehen, ohne einen aktiven Rückstellmechanismus, zusätzliche Druckkammern oder Versorgungsleitungen bereitzustellen. Dadurch können die Herstellungskosten geringgehalten werden, bei einer gleichzeitigen Erhöhung der Funktionssicherheit. Weiterhin kann eine solche Rückstellfeder in einfacher Weise an unterschiedliche Steuerdrücke oder Anwendungen des Steuerventils angepasst werden, ohne die gesamte Konstruktion der hydraulischen Steuereinrichtung oder sogar der längenverstellbaren Pleuelstange verändern zu müssen. Dabei reduziert eine Anordnung der Rückstellfeder um den Steuerschieber herum den benötigten Bauraum für das Steuerventil und gleichzeitig auch den Herstellungsaufwand.

[0025] Ein Ausführungsbeispiel der längenverstellbaren Pleuelstange sieht vor, dass die Pleuelstange zwei Pleuelteile aufweist, wobei das erste Pleuelteil das erste Pleuelauge und das zweite Pleuelteil das zweite Pleuelauge aufweist, und wobei das erste Pleuelteil zur Verstellung des Abstands zwischen Kolbenbolzen und Kurbelwellenzapfen gegenüber dem zweiten Pleuelteil in Längsrichtung der Pleuelstange bewegbar ist, bevorzugt telekopierbar bewegbar ist. Im Gegensatz zu Pleuelstangen mit Exzentern ermöglichen zwei in Längsrichtung der Pleuelstange zueinander bewegbare Pleuelteile einen stabilen Aufbau sowie einen sicheren und dauerhaften Betrieb der längenverstellbaren Pleuelstange.

[0026] Dabei kann mindestens eine mit der hydraulischen Steuereinrichtung hydraulisch verbundene Zylinder-Kolben-Einheit vorgesehen sein, um das erste Pleuelteil relativ zum zweiten Pleuelteil zu bewegen, wobei vorzugsweise das erste Pleuelteil mit einem Verstellkolben der ZylinderKolben-Einheit verbunden ist und das zweie Pleuelteil eine Zylinderbohrung der Zylinder-KolbenEinheit aufweist. Dies ermöglicht neben einem sehr robusten Aufbau der längenverstellbaren Pleuelstange auch einfache und kostengünstige Pleuelteile, wobei der Verstellkolben des ersten Pleuelteils bevorzugt direkt mit der Kolbenstange und dem Pleuelkopf mit dem ersten Pleuelauge verbunden ist und das zweite Pleuelteil ein Gehäuse aufweist, in dem neben der Zylinderbohrung

auch die hydraulische Steuereinrichtung vorgesehen ist.

[0027] Des Weiteren bezieht sich die Erfindung auf einen Steuerschieber für eine längenverstellbare Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen mit einem Steuerkolben, der in einem Steuerzylinder verschiebbar und mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbar ist, sowie mit einem Schieberstößel, wobei eine Zusatzmasse fest mit dem Steuerschieber verbindbar ist. Ein solcher Steuerschieber kann entsprechend dem allgemeinen Gleichteilekonzept für unterschiedliche Kolbenmotoren mittels der Zusatzmasse einfach an die für jeden individuellen Motortyp erforderliche spezifische Schiebermasse angepasst werden. Dadurch können Öldruckschwankungen in einer längenverstellbaren Pleuelstange aufgrund der Pleuelbewegung kompensiert werden. Gleichzeitig können mittels des Konzepts gleicher Schieberstößel für eine Vielzahl von unterschiedlicher Motorentypen und die spezifische Anpassung der Schiebermasse mittels einer Zusatzmasse die Herstellungskosten signifikant reduziert werden.

[0028] In einem weiteren Aspekt bezieht sich die Erfindung auf einen Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit zumindest einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange gemäß den vorbeschriebenen Ausführungsformen. Bevorzugt sind sämtliche Hubkolben des Kolbenmotors mit einer derartigen längenverstellbaren Pleuelstange ausgestattet und die Steuereinrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange mit der Motorölhydraulik des Kolbenmotors verbunden. Die Kraftstoffeinsparung eines solchen Kolbenmotors kann beträchtlich sein, wenn in Abhängigkeit von dem jeweiligen Betriebszustand das Verdichtungsverhältnis entsprechend eingestellt wird. Mittels der hydraulischen Steuereinrichtung und dem Steuerschieber mit Zusatzmasse wird eine kostengünstige und robuste Steuerung der längenverstellbaren Pleuelstange ermöglicht.

[0029] Im Folgenden werden nicht einschränkende Ausführungsformen der Erfindung anhand beispielhafter Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:

[0030] Fig. 1 eine Draufansicht einer erfindungsgemäßen längenverstellbaren Pleuelstange,

[0031] Fig. 2 eine schematische Ansicht der teilweise freigeschnittenen längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1,

[0032] Fig. 3 eine schematische Ansicht der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1 mit einer schematischen Darstellung des hydraulischen Steuerventils,

[0033] Fig. 4 eine vergrößerte Schnittansicht der längenverstellbaren Pleuelstange aus Fig. 1 entlang der Linie IV,

[0034] Fig. 5a eine vergrößerte Schnittdarstellung des Steuerschiebers aus Fig. 4 mit eingepresster Zusatzmasse,

[0035] Fig. 5b eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerschiebers mit einer aufgepressten Zusatzmasse in einer zweiten Ausführungsform,

[0036] Fig. 5c eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerschiebers mit einer aufgepressten Zusatzmasse in einer dritten Ausführungsform,

[0037] Fig. 5d eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerschiebers mit einer angeschraubten Zusatzmasse,

[0038] Fig. 5e eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerschiebers mit einer auf dem Schieberstößel gesicherten Zusatzmasse, und

[0039] Fig. 5f eine vergrößerte Schnittansicht des Steuerschiebers mit einer aufgepressten Zusatzmasse mit integriertem Endanschlag.

[0040] Die in Fig. 1 dargestellte längenverstellbare Pleuelstange 1 umfasst zwei teleskopierbar zueinander bewegbare Pleuelteile 2, 3. Das in der Darstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 in Fig. 1 unten angeordnete untere Pleuelteil 2 weist ein großes Pleuelauge 4 auf, mit dem die längenverstellbare Pleuelstange 1 auf der Kurbelwelle (nicht gezeigt) des Kolbenmotors

gelagert ist. Dazu ist am unteren Pleuelteil 2 weiter eine Lagerschale 5 angeordnet, die zusammen mit dem ebenfalls lagerschalenartig ausgebildeten unteren Bereich der unteren Pleuelstange 2 das große Pleuelauge 4 ausbildet. Die Lagerschale 5 und das untere Pleuelteil 2 werden mittels Pleuelschrauben 43 miteinander verbunden. Das obere Pleuelteil 3 weist einen Pleuelkopf 6 mit einem kleinen Pleuelauge 7 auf, das den Kolbenbolzen (nicht gezeigt) des Hubkolbens im Kolbenmotor aufnimmt.

[0041] Wie in Fig. 2 gut zu erkennen, ist der Pleuelkopf 6 über eine Kolbenstange 8 mit einem Verstellkolben 9 einer als Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstellvorrichtung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 verbunden. Dabei ist der Pleuelkopf 6 üblicherweise mit der Kolbenstange 8 verschraubt oder verschweißt, während der Verstellkolben 9 und die Kolbenstange 8 einteilig ausgebildet sind. Dies ermöglicht vor einem Zusammenbau des oberen Pleuelteils 3, einen Zylinderdeckel 15 der Zylinder-Kolben-Einheit und eine Stangendichtung 16 auf der Kolbenstange 8 sowie Kolbendichtungen 17, 18 an dem Verstellkolben 9 einfach und beschädigungsfrei anzuordnen.

[0042] Das obere Pleuelteil 3 ist über den Verstellkolben 9 teleskopierbar in dem unteren Pleuelteil 2 geführt, um den Abstand zwischen dem im kleinen Pleuelauge 7 aufgenommenen Kolbenbolzen des Hubkolbens und der in dem großen Pleuelauge 4 aufgenommenen Kurbelwelle des Kolbenmotors zu verstellen, um so das Verdichtungsverhältnis des Kolbenmotors an den jeweiligen Betriebszustand anzupassen. Dieser Abstand zwischen Kolbenbolzen des Hubkolbens und Kurbelwelle des Kolbenmotors wird im Rahmen der vorliegenden Offenbarung als Wirklänge bezeichnet. Durch die Anpassung ist es möglich, den Kolbenmotor im Teillastbereich mit einem höheren Verdichtungsverhältnis als unter Volllast zu betreiben und so den Wirkungsgrad des Motors zu erhöhen. In einem Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 ist im oberen Bereich ein Zylinder 12 ausgebildet, der als Zylinderbohrung oder Zylinderhülse in das Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 eingebracht ist. In dem Zylinder 12 ist der Verstellkolben 9 des oberen Pleuelteils 3 in Längsrichtung bzw. entlang der Längsachse A der Pleuelstange 1 bewegbar angeordnet, um gemeinsam mit dem Zylinder 12 und dem Zylinderdeckel 15 die Zylinder-Kolben-Einheit 10 auszubilden. Der Verstellkolben 9 ist in Fig. 2 in einer Mittelstellung dargestellt, in der der Verstellkolben 9 den Zylinder 12 in zwei Druckräume 13 und 14 unterteilt. Die Kolbenstange 8 erstreckt sich von dem Verstellkolben 9 durch den oberen Druckraum 14 und den Zylinderdeckel 15 hindurch, der das Gehäuse 11 und den Zylinder 12 nach oben hin begrenzt.

[0043] An dem Zylinderdeckel 15 ist eine Stangendichtung 16 vorgesehen, die von einem Sicherungsring 19 am Ubergang zwischen Kolbenstange 8 und dem Zylinderdecker 15 gehalten wird. Die Stangendichtung 16 umgibt die Kolbenstange 8 und dichtet den oberen Druckraum 14 gegenüber der Umgebung ab. Die beiden auf dem Verstellkolben 9 angeordneten Kolbendichtungen 17, 18 dichten den Verstellkolben 9 gegenüber dem Zylinder 12 und damit auch die Druckräume 13, 14 zueinander ab. Der Sicherungsring 19 bildet zusammen mit dem Zylinderdeckel 15 einen oberen Anschlag aus, an dem der Verstellkolben 9 in der oberen Stellung, der langen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1, anliegt, während in der unteren Stellung (Kurzstellung) der längenverstellbaren Pleuelstange 1 der Verstellkolben 9 an dem vom Zylinderboden 20 ausgebildeten unteren Anschlag anliegt.

[0044] Im Folgenden wird anhand der in Fig. 3 dargestellten hydraulischen Verschaltung einer Steuereinrichtung 21 zur Versorgung der von der Zylinder-Kolben-Einheit 10 ausgebildeten Verstelleinrichtung näher erläutert. Die beiden Druckräume 13, 14 sind jeweils über getrennte Hydraulikmittelleitungen 22, 23 und separate Rückschlagventile 24, 25 und einem gemeinsamen Ölversorgungskanal 26, der in dem großen Pleuelauge 4 mündet, mit dem Motorölkreislauf des Kolbenmotors verbunden. Ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in der langen Position, befindet sich im oberen Druckraum 14 kein Motoröl, während der untere Druckraum 13 hingegen vollständig mit Motoröl gefüllt ist. Während des Betriebs wird die Pleuelstange 1 aufgrund der Massen-, bzw. Beschleunigungs- und Gaskräfte alternierend auf Zug und Druck belastet. In der langen Stellung wird die Zugkraft durch den mechanischen Kontakt des Verstellkolbens 9 mit dem Sicherungsring 19 aufgenommen. Die Länge der Pleuelstange 1 verändert sich dadurch nicht. Eine einwirkende Druckkraft wird über die Kolbenfläche auf den mit Motoröl gefüllten unteren

Druckraum 13 übertragen. Da das dem unteren Druckraum 13 zugeordnete Rückschlagventil 25 ein Ausströmen des Motoröls verhindert, steigt der Druck des Motoröls stark an und verhindert eine Anderung der Pleuellänge. Dadurch ist die längenverstellbare Pleuelstange 1 in dieser Bewegungsrichtung hydraulisch gesperrt.

[0045] In der Kurzstellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 drehen sich die Verhältnisse um. Der untere Druckraum 13 ist vollständig leer und eine Druckkraft wird durch den mechanischen Anschlag des Verstellkolbens 9 am Zylinderboden 20 aufgenommen, während der obere Druckraum 14 mit Motoröl gefüllt ist, so dass eine Zugkraft auf die längenverstellbare Pleuelstange 1 einen Druckanstieg im oberen Druckraum 14 verursacht und damit eine hydraulische Sperrung bewirkt.

[0046] Die Pleuellänge der hier dargestellten längenverstellbaren Pleuelstange 1 kann zweistufig verstellt werden, indem einer der beiden Druckräume 13, 14 entleert wird und der jeweils andere Druckraum 13, 14 mit Motoröl gefüllt wird. Hierzu wird von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 jeweils eines der Rückschlagventile 24, 25 überbrückt, so dass das Motoröl aus dem bisher gefüllten Druckraum 13, 14 abfließen kann. Das jeweilige Rückschlagventil 24, 25 verliert so seine Wirkung. Dazu umfasst die hydraulische Steuereinrichtung 21 ein 3/2-Wegeventil 27, dessen beiden schaltbaren Anschlüsse 30 jeweils über eine Drossel 28, 29 mit einer Hydraulikmittelleitung 22, 23 der Druckräume 13, 14 verbunden sind. Dabei wird das 3/2-Wegeventil 27 über den Druck des Motoröls betätigt, der dem 3/2-Wegeventil 27 über eine mit dem Ölversorgungskanal 26 verbundene Steuerdruckleitung 31 zugeführt wird. Die Rückstellung des 3/2-Wegeventils 27 erfolgt durch eine Rückstellfeder 32. Die beiden schaltbaren Anschlüsse 30 des 3/2-Wegeventils 27 sind mit einem Abströmkanal 33 verbunden, der das aus den Druckräumen 13, 14 abgeführte Motoröl an den ÖOlversorgungskanal 26 abgibt, von wo aus es zur Befüllung des jeweils anderen Druckraums 14, 13 zur Verfügung steht oder über das große Pleuelauge 4 an die Umgebung abgegeben werden kann. In der in Fig. 3 dargestellten Vorzugslage des 3/2-Wegeventils 27 ist der obere Druckraum 14 geöffnet. Alternativ kann der Abströmkanal 33 das Motoröl direkt an die Umgebung abgeben.

[0047] Bei dem 3/2-Wegeventil 27 ist jeweils einer der schaltbaren Anschlüsse 30 geöffnet, so dass der zugehörige Druckraum 13, 14 geleert ist, während der andere Anschluss 30 geschlossen ist. Bei einer Veränderung der Schaltstellung des 3/2-Wegeventils 27, durch das Anliegen eines höheren Steuerdrucks über die Steuerdruckleitung 31 oder durch eine Rückstellung über die Rückstellfeder 32 bei einem abnehmenden Steuerdruck, wird der bisher geöffnete Anschluss 30 geschlossen und der bisher geschlossene Anschluss 30 geöffnet. Infolgedessen strömt aus dem bisher mit Motoröl gefüllten Druckraum 13, 14 das unter hohem Druck stehende Motoröl über die jeweilige Hydraulikmittelleitung 22, 23 sowie die zugehörige Drossel 28, 29 durch den geöffneten Anschluss 30 des 3/2-Wegeventils 27 und den Abströmkanal 33 zur Umgebung. Gleichzeitig entsteht durch die in einem Kolbenmotor während der Hubbewegung der Pleuelstange 1 wirkenden Massen- und Gaskräfte in dem bisher leeren Druckraum 14, 13 eine Sogwirkung, durch die sich das zugehörige Rückschlagventil 24, 25 öffnet, so dass sich der bisher leere Druckraum 14, 13 mit Motoröl füllt. Mit zunehmender Füllung dieses Druckraums 14, 13 wird aus dem anderen Druckraum 13, 14 zunehmend das Motoröl über den geöffneten Anschluss 30 abgeführt, wodurch sich die Länge der Pleuelstange 1 ändert. Je nach Ausgestaltung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 sowie der hydraulischen Steuereinrichtung 21 und dem Betriebszustand des Kolbenmotors können mehrere Hübe der Pleuelstange 1 erforderlich sein, bis der von der hydraulischen Steuereinrichtung 21 gesperrte Druckraum 14, 13 vollständig mit Motoröl gefüllt ist sowie der andere geöffnete Druckraum 13, 14 vollständig geleert ist und so die maximal mögliche Längenänderung der Pleuelstange 1 erreicht ist.

[0048] Das in Fig. 2 gezeigte hydraulische Steuerventil 34 ist als Schieberventil ausgebildet mit einem Steuerzylinder 36 und einem in dem Steuerzylinder 36 verschiebbar angeordneten pilzförmigen Steuerschieber 35. Der Steuerschieber 35 weist einen stirnseitig angeordneten Steuerkolben 37 auf, der zusammen mit dem Steuerzylinder 36 einen stirnseitig des Steuerschiebers 35 angeordneten Steuerdruckraum 38 ausbildet. Der Steuerzylinder 36 ist als eine gegenüber der Längsachse A der Pleuelstange 1 und auch gegenüber der Normalen zur Längsachse A der

Pleuelstange 1 geneigten Stufenbohrung im Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 2 ausgebildet. Am offenen Ende des Steuerzylinders 36 ist eine Verschlusskappe 46 vorgesehen, die den Steuerdruckraum 38 zur Umgebung hin abdichtet.

[0049] Der Steuerdruckraum 38 wird über die Steuerdruckleitung 31 von dem Ölversorgungskanal 26 (siehe Fig. 3) mit unter Steuerdruck stehendem Hydraulikmittel versorgt. Auf der dem Steuerdruckraum 38 abgewandten Rückseite des stirnseitigen Steuerkolbens 37 erstreckt sich ein Schieberstößel 39, in dem als Niederdruckraum 45 ausgebildeten unteren Ende des Steuerzylinders 36, weshalb zwischen dem stirnseitigen Steuerkolben 37 und dem Steuerzylinder 36 eine berührende oder kontaktlose Dichtung vorgesehen ist. An einem dem Steuerkolben 37 zugewandten oberen Abschnitt des Schieberstößels 39 ist um den Schieberstößel 39 herum die Rückstellfeder 32 angeordnet, während am unteren Ende des Schieberstößels 39 eine Schaltkontur 54 zum Öffnen und Schließen der Ablassventile 41, 42 ausgebildet ist, um mit möglichst geringem Kraftaufwand den jeweiligen Ventilkkörper 49 aus dem Ventilsitz 50 des ersten und zweiten Ablassventils 41, 42 gleichmäßig abzuheben und das jeweilige Ablassventil 41, 42 zu öffnen.

[0050] Im Folgenden wird anhand der Figuren 4 und 5a-f der Aufbau und die Funktion des hydraulischen Steuerventils 34 für eine erfindungsgemäße Pleuelstange 1 näher erläutert.

[0051] Fig. 4 zeigt eine vergrößerte Schnittansicht des hydraulischen Steuerventils 34 entlang der in Fig. 1 und 2 dargestellten Schnittlinie IV. Dabei ist der Kopf dieses pilzförmigen Steuerschiebers 35 als Steuerkolben 37 ausgebildet mit einer stirnseitigen Senkvertiefung 56 zur Reduzierung der Masse des Steuerschiebers 35. Der Schieberstößel 39 des Steuerschiebers 35 weist im oberen, dem Steuerkolben 37 zugewandten Bereich einen oberen Abschnitt mit einem geringen Durchmesser auf, um den herum die Rückstellfeder 32 angeordnet ist, sowie im unteren Bereich eine Schaltkontur 54, die neben einer Führung des Steuerschiebers 35 auch mit den beiden Ablassventilen 41, 42 in Eingriff steht, um die zugeordneten Druckräume 13, 14 abwechselnd vom geschlossenen Zustand aus zu Öffnen. Beide Ablassventile 41 und 42 sind gleich aufgebaut, weshalb die zugehörigen Elemente nur anhand des ersten Ablassventils 41 beschrieben wird. Das Ablassventil 41 umfasst eine Verschlussschraube 47, die in eine entsprechende mit einem Gewinde versehene Aufnahmeöffnung im Gehäuse 11 des unteren Pleuelteils 4 eingeschraubt ist. In der Verschlussschraube 47 ist eine Ventilfeder 48 angeordnet, die auf einen kugelförmigen Ventilkörper 49 wirkt. Der kugelförmige Ventilkörper 49 interagiert mit einem konischen Ventilsitz 50, der in eine Ventilöffnung 51 mündet. In der Ventilöffnung 51 ist ein ebenfalls kugelförmiger Schließkörper 52 angeordnet. Das erste Ablassventil 41 ist in Fig. 4 in der geschlossenen Stellung gezeigt und das zweite Ablassventil 42 in der geöffneten Stellung. Zwischen dem Schieberstößel 39 des Steuerschiebers 35 und dem Steuerzylinder 36 ist hier der Ventildruckraum 45 ausgebildet, über den das aus dem oberen Druckraum 14 über das geöffnete zweite Ablassventil 42 ausströmende Hydraulikmittel an den Olversorgungskanal 26 abgeführt wird, um das ausströmende Motoröl direkt zur Befüllung des unteren Druckraums 13 bereitzustellen.

[0052] Die Betätigung der Ablassventile 41 und 42 erfolgt mittels des Steuerschiebers 35. Der Steuerschieber 35 steht über die Steuerdruckleitung 31 hydraulisch mit dem Motorölkreislauf in Verbindung. Eine Erhöhung des Steuerdrucks im Motorölkreislauf wirkt stirnseitig auf die Steuerdruckfläche 40 des Steuerkolbens 37. Hierdurch wird der Steuerkolben 37 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 32 in Richtung des Ventildruckraums 45 bewegt. Der Steuerschieber 35 weist einen Anschlagflansch 53 auf, der die zweite Stellung vorgibt. Zum Abgrenzen des vom Steuerkolben 37 definierten Steuerdruckraums 38 ist eine Verschlusskappe 46 vorgesehen. Der Steuerschieber 35 weist eine Schaltkontur 54 mit zwei Erhöhungen mit rautenförmigem Querschnitt auf, die jeweils auf die zugehörigen Schließkörper 52 wirken, der dann in der Folge die zugehörigen Ventilkörper 49 bewegt. In der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 35 ist ausreichend Spiel zwischen dem Schieberstößel 39, bzw. der Schaltkontur 54 und dem Schließkörper 52 des ersten Ablassventils 41 vorhanden, sodass der Ventilkörper 49 sicher auf dem Ventilsitz 50 aufsitzt. Der im zweiten Ablassventil 42 zugeordnete Schließkörper 52 weist in der in Fig. 4 dargestellten Stellung des Steuerschiebers 35 eine angehobene Stellung auf. Der Schließkörper 52 wirkt somit auf den Ventilkörper 49 des zweiten Ablassventils 42 und hebt den Ventilkörper 49

und die zugehörige Venitlfeder 48 aus dem Ventilssitz 50. Das zweite Ablassventil 42 ist hierdurch geöffnet. Entsprechend kann das Motoröl aus dem oberen Druckraum 14 abfließen, während der untere Druckraum 13 gesperrt ist.

[0053] Bewegt sich der Steuerschieber 35 durch den ansteigenden Steuerdruck des Motoröls im Steuerdruckraum 38 in Richtung des Ventildruckraums 45, dann gleitet der Schließkörper 52 des zweiten Ablassventils 42 an der Schaltkontur 54 nach unten in eine entspannte Position und gibt dem zugehörigen Ventilkörper 49 frei, sodass die Ventilfeder 48 den Ventilkörper 49 auf den Ventilsitz 50 drückt. Anschließend gleitet der Schließkörper 52 des ersten Ablassventils 41 an der Schaltkontur 54 nach oben, wodurch sich der zugehörige Ventilkörper 49 von der Achse As des Steuerschiebers 35 weggedrückt wird. Gleichzeitig drückt sich die zugehörige Ventilfeder 48 zusammen und der Ventilkörper 49 hebt von dem Ventilsitz 50 ab. Hierdurch wird das Steuerventil 34 in die zweite Ventilstellung gedrückt, die in der kurzen Stellung der längenverstellbaren Pleuelstange 1 resultiert.

[0054] An dem in Fig. 4 gezeigten Steuerschieber 35 sind verschiedene Maßnahmen zur Optimierung der Masse des Steuerschiebers 35 vorgesehen. Im mittleren Bereich der am Schieberstößel 39 vorgesehenen Schaltkontur 54 ist eine nutartige Einschnürung 55 vorgesehen, die zwischen den beiden erhabenen Bereichen der Schaltkontur 54, die mit den beiden Ablassventilen 41, 42 in Beziehung stehen und die Führung des Steuerschiebers 35 im Steuerzylinder 36 ermöglichen, angeordnet ist. Darüber hinaus ist der obere Abschnitt des Schieberstößels 39 im Bereich der Rückstellfeder 32 mit einem geringeren Druckmesser in Form einer einschnürenden Ringnut versehen. Weiter ist von der Seite des Steuerkolbens 37 eine sich in den Schieberstößel 39 erstreckende Bohrung 44, sowie im Bereich des Steuerkolbens 37 selbst eine Senkvertiefung 56 vorgesehen. Die Bohrung 44 erstreckt sich dabei vorzugsweise parallel zu bzw. entlang einer Längsachse As des Steuerkolbens 37.

[0055] Der Grunddurchmesser der nutartigen Einschnürung 55 entspricht in etwa dem geringeren Durchmesser des Schieberstößels 39 jenseits der Schaltkontur 54. Dabei kann der Übergang zwischen der Senkvertiefung 56 und der Sacklochbohrung 44 im Schieberstößel 39 angefasst sein. Die durch diese Maßnahmen erreichte Massenreduktion ergibt sich jeweils aus dem eingesparten Volumen des Schieberstößels 39 bzw. des Steuerkolbens 37 multipliziert mit der Masse von Stahl (7,85 g/mm®). Aufgrund der für diesen Steuerschieber 35 gezielt vorgenommenen Gewichts- bzw. Volumenreduktionen lässt sich die Masse des Steuerschiebers 35 sehr deutlich reduzieren, sodass über ein gezieltes Hinzufügen einer Zusatzmasse 57 der Steuerschieber 35 des hydraulischen Steuerventils 34 auf verschiedenste Anwendungsfälle hin Justiert werden kann.

[0056] Die Beschleunigungskräfte, die auf den Steuerschieber 35 wirken, sind von dem jeweiligen Design der längenverstellbaren Pleuelstange 1 und der hydraulischen Steuereinrichtung 21, aber auch von dem jeweiligen Kolbenmotor abhängig. Uber die Beschleunigungskräfte können daher aufgrund der Gesamtmasse des Steuerschiebers 35 erhebliche Kräfte auf die Rückstellfeder 32 wirken. Auch der Steuerdruckraum 38 muss so gewählt werden, dass eine Verschiebung des Steuerschiebers 35 trotz des Masseeinflusses gewährleistet ist. Daher ist es für eine erfindungsgemäße längenverstellbare Pleuelstange 1 beabsichtigt, die Masse des Steuerschiebers 35 auf unter 1 g zu halten, um über die Zusatzmasse 57 eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kolbenmotor zu ermöglichen. Vorzugsweise ist dabei die Dichte des Materials der Zusatzmasse 57 gleich oder größer als die Dichte des Materials des Steuerkolbens 37 und/oder des Schieberstößels 39. Die Zusatzmasse 57 kann dabei aus nur einem oder einer Mischung aus mehreren Materialien bestehen.

[0057] Die vergrößerte Schnittansicht des oberen Abschnitts des Steuerschiebers 35 in Fig. 5a zeigt deutlich die Anordnung der Zusatzmasse 57 in der Senkvertiefung 56 des Steuerkolbens 37. Die Zusatzmasse 57 ist dabei fest in die Senkvertiefung 56 eingepresst, um sie sicher mit dem Steuerschieber 35 zusammen in dem Steuerzylinder 36 zu bewegen. Neben der Senkvertiefung 56 ist hier auch wieder die Bohrung 44 im oberen Abschnitt des Steuerschiebers 35 zu erkennen, die sich von der Senkvertiefung 56 in den Schieberstößel 39 über den Anschlagflansch 53 hinweg erstreckt. Ein derart masseoptimerter Steuerschieber 35 kann zur optimalen Anpas-

sung an die jeweilige längenverstellbare Pleuelstange 1 und dem zugehörigen Kolbenmotor mit unterschiedlichen Zusatzmaßen 57 versehen werden, sodass für unterschiedliche Motortypen entsprechend dem Gileichteilekonzept der gleiche Steuerschieber 35 aus Steuerkolben 37 und Schieberstößel 39 eingesetzt werden kann.

[0058] In Fig. 5b ist eine zweite Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Steuerschiebers 35 mit aufgepresster Zusatzmasse 57 in einer vergrößerten Schnittansicht dargestellt. Im Gegensatz zu der in Fig. 4 und Fig. 5a gezeigten Ausführungsform ist die Zusatzmasse 57 nicht an der Außenwand und der Senkvertiefung 56, sondern auf einen coaxial zur Steuerschieberachse As in der Senkvertiefung 56 vorstehenden Stift 58 aufgepresst. Neben der durch den Stift 58 reduzierten Masseoptimierung mit der Senkvertiefung 56 ist auch hier wieder der obere Teil des Schieberstößels 39 bis zum Anschlagflansch 53 mit einem geringen Durchmesser ausgebildet. Eine Dritte Ausführungsform eines masseoptimierten Steuerschiebers 35, zeigt die vergrößerte Schnittansicht in Fig. 5c. Neben dem geringeren Durchmesser des oberen Abschnitts des Schieberstößels 39 zwischen dem Steuerkolben 37 und dem Anschlagflansch 53 weist auch diese Ausführungsform wieder eine Senkvertiefung 56 im Steuerkolben 37 und eine verkürzte Bohrung 44 von der Senkvertiefung 56 in den oberen Teilen des Schieberstößels 39 hinein auf. Zusatzmasse 57 ist in dieser Ausführungsform fest mit dem Stift 58 verpresst, der wiederum sicher in die Bohrung 44 eingepresst ist, um die Zusatzmasse 57, die hier um die Masse des Stifts 58 ergänzt ist, sicher an dem masseoptimierten Steuerschieber zu befestigen. Eine weitere ähnliche Ausführungsform zeigt die größere Schnittansicht des Steuerschiebers 35 in Fig. 5d. Im Gegensatz zu den vorigen Ausführungsformen ist bei diesen masseoptimierten Steuerschieber 35 die Zusatzmasse 57 mit einer Schraube 59 mit dem masseoptimierten Steuerschieber 35 verschraubt. Dabei greift die Schraube 59 in eine mit einem Gewinde versehene Bohrung 44 ein, um die Zusatzmasse 57 sicher mit dem masseoptimierten Steuerschieber 35 zu verbinden.

[0059] Fig. 5e zeigt eine gänzlich andere Ausführungsform des masseoptimierten Steuerschiebers 35 in einer vergrößerten Schnittansicht, wobei die Zusatzmasse 57 auf der dem Schieberstößel 39 zugewandten Rückseite des Steuerkolbens 37 angeordnet ist, und dort mittels eines Sicherungsrings 60 im Bereich des Steuerkolbens 37 gehalten wird. Neben dem verringerten Durchmesser des oberen Abschnitts des Schieberstößels 39 zwischen Anschlagflansch 53 und Steuerkolben 37, weist der Steuerkolben 37 hier eine von innen eingebrachte Senkvertiefung 56 auf, um die Masse des Steuerschiebers 35 gering zu halten und über die Zusatzmasse 57 eine optimale Anpassung an den jeweiligen Kolbenmotor zu ermöglichen.

[0060] Eine weitere Möglichkeit die Zusatzmasse 57 auf der zum Schieberstößel 39 hingewandten Rückseite des Steuerkolbens 37 anzuordnen ist in Fig. 5f dargestellt. Bei dieser Ausführungsform ist der Schaft des Schieberstößels 39 insgesamt mit einem geringen Durchmesser ausgebildet und der Steuerkolben 37 von der Innenseite mit einer Senkvertiefung 56 versehen, um den Steuerschieber 35 aus Steuerkolben 37 und Schieberstößel 39 mit einer möglichst geringen Masse auszubilden. Die Zusatzmasse 57 zur optimalen Anpassung des Steuerschiebers 35 auf den jeweiligen Kolbenmotor ist auf den Schaft des Schieberstößels 39 aufgepresst und erstreckt sich bis in die Senkvertiefung 56 im Steuerkolben 37. Das gegenüberliegende freie Ende dieser Zusatzmasse 57 dient gleichzeitig als Anschlag für den Steuerschieber 35 gegen die Wirkung der Rückstellfeder 32 in Richtung des Ventildruckraums 45.

[0061] Wie die vorherigen Ausführungsformen des Steuerschiebers 35 in den Fig. 5a bis 5e wird auch hier dieser masseoptimierte Steuerschieber 35 mit einer Zusatzmasse 57 versehen, die dauerhaft sicher an dem Steuerschieber 35 aus Steuerkolben 37 und Schieberstößel 39 befestigt ist, um die jeweiligen masseoptimierten Steuerschieber 35 für eine große Anzahl von unterschiedlichen Motortypen nutzbar zu machen, indem über eine Zusatzmasse 57 der Steuerschieber 35 optimal an die jeweiligen Bedingungen in dem Verbrennungsmotor und der längenverstellbaren Pleuelstange 1 angepasst wird.

BEZUGSZEICHENLISTE

1 längenverstellbare Pleuelstange 2 unteres Pleuelteil

3 oberes Pleuelteil

4 Pleuelauge

5 Lagerschale

6 Pleuelkopf

7 Pleuelauge

8 Kolbenstange

9 Verstellkolben

10 Zylinder-Kolben-Einheit 11 Gehäuse

12 Zylinder

13 Druckraum

14 Druckraum

15 Zylinderdeckel

16 Stangendichtung

17 Kolbendichtung

18 Kolbendichtung

19 Sicherungsring

20 Zylinderboden

21 hydraulische Steuereinrichtung 22 Hydraulikmittelleitung 23 Hydraulikmittelleitung 24 Rückschlagventil

25 Rückschlagventil

26 Ölversorgung

27 3/2-Wegeventil

28 Drossel

29 Drossel

30 Anschlüsse

31 Steuerdruckleitung 32 Rückstellfeder

33 Abströmkanal

34 Steuerventil

35 Steuerschieber

36 Steuerzylinder

37 Steuerkolben

38 Steuerdruckraum

39 Schieberstößel

40 Steuerdruckfläche 41 Ablassventil

42 Ablassventil

43 Pleuelschraube

44 Bohrung

45 Ventildruckraum

46 Verschlusskappe

47 Verschlussschraube 48 Ventilfeder

49 Ventikörper

50 Ventilsitz

51 Ventilöffnung

52 Schließkörper

53 Anschlagflansch

54 Schaltkontur

55 Einschnürung

56 Senkvertiefung

57 ZZusatzmasse

58 Stift

59 Schraube

60 Sicherungsring

Ak Achse der Kurbelwelle As Steuerschieberachse

A Pleuellängsachse

Claims

Patentansprüche

1. Längenverstellbare Pleuelstange (1) für einen Kolbenmotor mit einer hydraulischen Steuereinrichtung (21) zum Einstellen der Wirklänge der längenverstellbaren Pleuelstange (1), wobei die hydraulische Steuereinrichtung (21) ein hydraulisches Steuerventil (34) mit einem Steuerzylinder (36), einem Steuerschieber (35) und mindestens ein vom Steuerschieber (35) betätigbares Ablassventil (41, 42) aufweist, und wobei der Steuerschieber (35) einen in dem Steuerzylinder (36) verschiebbar geführten, mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbaren Steuerkolben (37) und einen Schieberstößel (39) umfasst, dadurch gekennzeichnet, dass eine fest mit dem Steuerschieber (35) verbundene Zusatzmasse (57) vorgesehen ist.

2. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (35) ein masseoptimierter Steuerschieber (35) ist, wobei die Masse des Steuerschiebers (35) reduziert ist aufgrund der Materialwahl des Schieberstößels (39) und/oder aufgrund einer mit mindestens einer Einschnürung (55) versehene Schaltkontur (54) des Schieberstößels (39) und/oder aufgrund der Masse des Schieberstößels, die maximal dem 0,93-fachen, bevorzugt maximal dem 0,85-fachen des Hüllvolumens einer Schaltkontur (54) des Schieberstößels (39) multipliziert mit der Dichte von Stahl (7,85 g/mm®) entspricht.

3. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (35) ein masseoptimierter Steuerschieber (35) ist, wobei die Masse des Steuerschiebers (35) reduziert ist aufgrund der Materialwahl des Steuerkolbens (37) und/oder aufgrund einer im Steuerkolben (37) vorgesehenen Sacklochbohrung (44), die sich bevorzugt bis in den Schieberstößel (39) erstreckt.

4. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zusatzmasse (57) mittels eines Presssitzes, einer Schraubverbindung oder mittels einer Sicherungseinrichtung an dem Steuerschieber (35) befestigt ist.

5. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerkolben (37) bevorzugt stirnseitig an dem Schieberstößel (39) angeordnet ist und zumindest eine dem hydraulischen Steuerdruck aussetzbare Steuerdruckfläche (46) aufweist, die einen Steuerdruckraum (38) im Steuerzylinder (36) begrenzt.

6. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberstößel (39) sich von dem stirnseitig angeordneten Steuerkolben (37) in Richtung der Steuerschieberachse (As) durch den Steuerzylinder (36) erstreckt, wobei vorzugsweise der Schieberstößel (39) rotationssymmetrisch zur Steuerschieberachse (As) ausgebildet ist.

7. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schieberstößel (39) eine Schaltkontur (54) aufweist, um das mindestens eine Ablassventil (41, 42) zu betätigen.

8. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Steuerschieber (35) geneigt zur Längsachse (A) der Pleuelstange (1) und geneigt zur Normalen der Längsachse (A) der Pleuelstange (1) angeordnet ist, wobei vorzugsweise die Steuerschieberachse (As) in einem Winkel zwischen 15° und 75° angeordnet ist.

9. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens zwei vom Steuerschieber (35) betätigbare Ablassventile (41, 42) vorgesehen sind.

10. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen einer Schaltkontur (54) des Schieberstößels (39) und dem stirnseitig angeordneten Steuerkolben (37) ein Anschlagflansch (53) vorgesehen ist, wobei vorzugsweise zwischen dem Anschlagflansch (53) und dem Steuerkolben (37) eine einschnürende Ringnut vorgesehen ist.

11. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die hydraulische Steuereinrichtung (21) eine Rückstellfeder (32) aufweist, um den Steuerschieber (35) in einer ersten Ausgangsstellung zu halten oder in die erste Ausgangsstellung rückzustellen, wobei vorzugsweise die Rückstellfeder (32) um den Steuerschieber (35) herum angeordnet ist.

12. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Pleuelstange (1) zwei Pleuelteile (2,3) aufweist, wobei das erste Pleuelteil (3) ein erstes Pleuelauge (7) zur Aufnahme eines Kolbenbolzens und das zweite Pleuelteil (2) ein zweites Pleuelauge (4) zur Aufnahme eines Kurbelwellenzapfens aufweist, und wobei das erste Pleuelteil (3) gegenüber dem zweiten Pleuelteil (2) in Längsrichtung (A) der Pleuelstange (1) bewegbar ist, bevorzugt teleskopierbar, um den Abstand zwischen dem Kolbenbolzen und dem Kurbelwellenzapfen zu verstellen.

13. Längenverstellbare Pleuelstange (1) nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine mit der hydraulischen Steuereinrichtung (21) hydraulisch verbundene Zylinder-Kolben-Einheit (10) vorgesehen ist, um das erste Pleuelteil (3) relativ zum zweiten Pleuelteil (2) zu bewegen, wobei vorzugsweise das erste Pleuelteil (3) mit einem Verstellkolben (9) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) verbunden ist und das zweite Pleuelteil (2) eine Zylinderbohrung (12) der Zylinder-Kolben-Einheit (10) aufweist.

14. Steuerschieber (35) für eine längenverstellbare Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, mit einem Steuerkolben (37), der in einem Steuerzylinder (36) verschiebbar und mit einem hydraulischen Steuerdruck beaufschlagbar ist, sowie mit einem Schieberstößel (39), wobei eine Zusatzmasse (57) fest mit dem Steuerschieber (35) verbindbar ist.

15. Kolbenmotor mit mindestens einem Motor-Zylinder, einem sich in dem Motor-Zylinder bewegenden Hubkolben und mindestens einem einstellbaren Verdichtungsverhältnis in dem Motor-Zylinder, sowie mit zumindest einer mit dem Hubkolben verbundenen längenverstellbaren Pleuelstange (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 13.

Hierzu 6 Blatt Zeichnungen