DE102012014917A1

DE102012014917A1 - Druckimpulsansteuerung für eine Verstelleinrichtung eines variablen Verdichtungsverhältnisses

Info

Publication number: DE102012014917A1
Application number: DE201210014917
Authority: DE
Inventors: wird später genannt werden Erfinder
Original assignee: FEV GmbH
Current assignee: FEV Europe GmbH
Priority date: 2011-07-29
Filing date: 2012-07-30
Publication date: 2013-02-07
Also published as: DE102012014917A8

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft einen hydraulischen Ansteuermechanismus für eine Verstelleinrichtung zum Verstellen eines variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine, wobei der Ansteuermechanismus eines jeden Pleuels gleichzeitig betätigt wird, bevorzugt über einen Druckimpulsgenerator angesteuert wird und nach einem Umschalten von einem ersten Verdichtungsverhältnis in ein zweites Verdichtungsverhältnis kein Öldruck bereitgestellt werden muss, um ein Verharren der Hubkolbenmaschine in dem zweiten Verdichtungsverhältnis zu bewirken.

Description

Die Erfindung betrifft eine Hubkolbenmaschine, welche:

– zumindest einer Verstelleinrichtung unter Nutzung von Triebwerkskräften der Hubkolbenmaschine zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnisses aufweist,
– einen Ansteuermechanismus zum Ansteuern der Verstelleinrichtung hat, wobei der Ansteuermechanismus ausschließlich an einem Pleuel oder Kolben angeordnet ist und mindestens ein bewegliches Element, eine einzige Ölzufuhr, mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl und mindestens eine Ölleitung hat, und
– ein Ölversorgungssystem hat, welches ein Ölreservoir, einen Druckerzeuger, eine Ölverbindung zwischen dem Ölreservoir und dem Druckerzeuger und eine Ölverbindung zwischen dem Druckerzeuger und der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus aufweist.

Des Weiteren wird ein Verfahren zum Betrieb einer Hubkolbenmaschine vorgeschlagen.
Hydraulische Ansteuermechanismen für das Umschalten eines variablen Verdichtungsverhältnisses gehören bei den Hubkolbenmaschinen zum Stand der Technik. Aus US 7,434,548 B2 geht ein hydraulischer Ansteuermechanismus zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine hervor, welcher über eine Ölpumpe und ein Schaltventil gesteuert ist. In Abhängigkeit des einzustellenden Verdichtungsverhältnisses kann über die Ölpumpe und das Schaltventil ein erhöhter Öldruck für den Ansteuermechanismus bereit gestellt werden. So ist während des Betriebes der Hubkolbenmaschine bei einem niedrigen Verdichtungsverhältnis kein erhöhter Öldruck von der Ölpumpe für den Ansteuermechanismus bereit gestellt. Während des Betriebes der Hubkolbenmaschine bei einem höheren Verdichtungsverhältnis ist von der Ölumpe ein erhöhter Öldruck bereit gestellt.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, die hydraulische Betätigung eines einstellbar variablen Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine zu verbessern.
Diese Aufgabe wird mit einer Hubkolbenmaschine mit den Merkmalen des Anspruchs 1 sowie mit einem Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 12 gelöst. Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Merkmale gehen aus den jeweiligen Unteransprüchen und der nachfolgenden Beschreibung hervor. Insbesondere können auch ein oder mehrere Merkmale aus den unabhängigen wie abhängigen Ansprüchen durch ein oder mehrere Merkmale aus der Beschreibung ergänzt und/oder ersetzt werden. Auch können ein oder mehrere Merkmale aus jeweils verschiedenen Ausgestaltungen der Erfindung zu weiteren Ausbildungen der Erfindung verknüpft werden.
Es wird eine Hubkolbenmaschine vorgeschlagen, welche zumindest eine Verstelleinrichtung unter Nutzung von Triebwerkskräften der Hubkolbenmaschine zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnises aufweist. Weiterhin ist ein Ansteuermechanismus zum Ansteuern der Verstelleinrichtung vorgesehen, welcher ausschließlich an einem Pleuel oder Kolben angeordnet ist und mindestens ein bewegliches Element hat. Der Ansteuermechanismus umfasst eine einzige Ölzufuhr, mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl und mindestens eine Ölleitung. Die Hubkolbenmaschine umfasst außerdem ein Ölversorgungssystem, welches ein Ölreservoir und einen Druckerzeuger hat. Das Ölversorgungssystem weist eine Ölverbindung zwischen dem Ölreservoir und dem Druckerzeuger und eine Ölverbindung zwischen dem Druckerzeuger und der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus auf. Der jeweilige Ansteuermechanismus von zumindest zwei, insbesondere von allen jeweiligen Verstelleinrichtungen der Hubkolbenmaschine werden gleichzeitig durch eine gemeinsame Schaltung bzw. Schalter betätigt.
Weniger als alle Ansteuermechanismen gleichzeitig zu schalten, ist beispielweise dann eingerichtet, wenn ein V- oder ein W-Motor oder auch ein Boxermotor genutzt werden. Auch bei einer möglichen Zylinderabschaltung besteht die Möglichkeit einer Aufteilung der zu ändernden effektiven Pleuellängen. Bevorzugt werden jedoch alle effektiven Längen gleichzeitig durch die gleiche gemeinsame Schaltung bzw. Schalter betätigt.
Bevorzugt ist der Druckerzeuger als Druckimpulsgenerator ausgeführt und zwischen der Kurbelwelle und dem Ölreservoir zwischengeschaltet. Der Ansteuermechanismus ist über einen vom Druckimpulsgenerator generierten Druckimpuls über die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus gesteuert.
Eine andere Ausgestaltung sieht einen gemeinsamen Schalter, insbesondere in Form eines mechanisch einwirkenden Schalters bzw. Schaltung vor, der an der Hubkolbenmaschine angeordnet ist. Beispielweise kann ein mechanisches Stellelement auf den jeweils einzelnen Ansteuermechanismus an jedem Pleuel gleichzeitig einwirken.
Ein einstellbar veränderbares Verdichtungsverhältnis kann auf verschiedene Weisen erzielt werden. So kann beispielsweise ein Pleuel mit einer veränderbaren effektiven Länge oder ein höhenverstellbarer Kolbenboden zum Einstellen eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses vorgesehen sein. Unter einer effektiven Länge des Pleuels ist der kürzestmögliche Abstand zwischen einer horizontal verlaufenden Symmetrielinie des Kolbenbolzens des Kolbens zu einer horizontal verlaufenden Symmetrielinie eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle zu verstehen. Zum Verstellen der effektiven Länge des Pleuels oder zur Höhenverstellung des Kolbenbodens ist bevorzugt eine Verstelleinrichtung mit mindestens zwei Teilen vorgesehen, welche an dem Pleuel oder an dem Kolben angeordnet sind.
Gemäß einer Ausgestaltung ist vorgesehen, dass zwei Teile bei einem konstant gehaltenen Verdichtungsverhältnis fest miteinander verbunden sind, d. h. eine Verbindung der beiden Teile wirksam ist. Hierbei bedeutet eine feste Verbindung, dass diese in der Lage ist, über diese eine Kraft von einem Teil auf das andere Teil übertragen zu können. Bei einer Veränderung des Verdichtungsverhältnisses sind die zwei Teile hingegen nicht fest miteinander verbunden, d. h. die Verbindung ist gelöst bzw. unwirksam. Die Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ist beispielsweise drehbar, zum Beispiel in Form eines drehbaren Exzenters mit einer kreisrunden Außenfläche als erstem Teil und einer kreisrunden Aufnahme des Exzenters als zweitem Teil. Die Verbindung ist zerstörungsfrei lösbar. Die Verbindung umfasst mindestens ein Verbindungselement, vorzugsweise einen beweglichen Stift. In vorteilhafter Weise ist der Stift schiebbar an einem Führungselement des ersten Teils befestigt.
Eine Weiterbildung sieht vor, dass der Stift des ersten Teils ist bei wirksamer Verbindung in Kontakt mit dem zweiten Teil, vorzugsweise positioniert in einem Loch oder in einer Aussparung des zweiten Teils. Die wirksame Verbindung weist über das Verbindungselement einen Kontakt zwischen dem ersten und zweiten Teil zum Erzeugen einer Kontaktkraft zwischen dem ersten und dem zweiten Teil im Betrieb der Hubkolbenmaschine. auf. Die durch die wirksame Verbindung erzeugte Kontaktkraft weist eine ausreichende Gegenkraft zu den vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine zur Vermeidung einer relativen Beschleunigung der beiden Teile zueinander auf.
Bei gelöster Verbindung zwischen dem ersten und dem zweiten Teil ist vorzugsweise der Stift des ersten Teils nicht in Kontakt mit dem zweiten Teil. Die durch die gelöste Verbindung nicht mehr vorhandene Kontaktkraft weist beispielsweise keine Gegenkraft zu den vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine zur Vermeidung einer relativen Beschleunigung der beiden Teile zueinander auf. Durch die gelöste Verbindung sind dann die beiden Teile zueinander beweglich. Durch die gelöste Verbindung zwischen den beiden Teilen der Verstelleinrichtung weisen die beiden Teile der Verstelleinrichtung insbesondere aufgrund der vorhandenen Gas- und Massenkräften im Betrieb der Hubkolbenmaschine eine relative Bescheunigung zueinander auf. Die Relativbewegung der beiden Teile zueinander bewirkt beispielsweise eine Veränderung der effektiven Länge des Pleuels und/oder eine Verstellung der Höhe des Kolbenbodens relativ zu dem Kolben, wobei das Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine verändert wird.
Zum Lösen der Verstelleinrichtung ist beispielsweise der Ansteuermechanismus vorgesehen. Das Größenverhältnis zwischen der Länge eines Pleuels der Hubkolbenmaschine und einer maximalen Länge, Breite oder Höhe des Ansteuermechanismus ist in einem Bereich von fünf zu eins bis zehn zu eins, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von zehn zu eins zu bis fünfzig zu eins, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von fünfzig zu eins bis hundert zu eins und in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von hundert zu eins bis eintausend zu eins. Der Ansteuermechanismus ist vorzugsweise an einem Pleuel oder Kolben angeordnet. Ein Steuerteil des Ansteuermechanismus ist mit einem Teil der Verstelleinrichtung verbunden, vorzugsweise direkt mit dem Verbindungselement der Verstelleinrichtung, welches das erste Teil mit dem zweiten Teil der Verstelleinrichtung verbindet. In einer weiteren Ausführungsform ist das Steuerteil des Ansteuermechanismus mit einem hydraulischen Ventil des Verstellmechanismus verbunden oder steuert ein hydraulisches Ventil über eine mechanische Verbindung.
Das Steuerteil des Ansteuermechanismus ist vorzugsweise eine Stange, eine Welle, eine Welle mit einem Gewinde, eine Welle mit einem Zahnrad, ein Stab, ein Zahnrad, eine Zahnstange, eine Feder, ein Rastelement und/oder ein Hebel. Eine Ausgestaltung sieht eine vom Ansteuermechanismus angetriebene schiebbare Zahnstange vor, welche im Kontakt mit einem Zahnrad von einer Welle steht. An der Welle ist ein Hebel befestigt, welcher in Kontakt mit einer Feder steht. Die Feder ist mechanisch mit einem Verbindungselement, vorzugsweise einem Stift, der Verstelleinrichtung verbunden.
Weiterhin ist ein bewegliches Element des Ansteuermechanismus zum Antreiben des Steuerteils des Ansteuermechanismus vorgesehen. Das bewegliche Element ist über die Gas- oder Massenkräfte der Hubkolbenmaschine und/oder über eine hydraulische Einrichtung gesteuert. Weiterhin hat der Ansteuermechanismus bevorzugt nur eine Ölleitung und ausschließlich eine einzige Ölzufuhr. Der Ansteuermechanismus hat kein Bauteil oder Abschnitt mit der Kurbelwelle gemein. Die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus ist zum Beispiel über eine Ölleitung der Kurbelwelle mit einem Ölkreislauf verbunden. Bevorzugt weist der Ansteuermechanismus mindestens ein veränderbares Volumen zum Befüllen und Entleeren von Öl auf. In einer Weiterbildung weist der Ansteuermechanismus mehrere, über einen hydraulischen Kanal verbundene, ölfassende Volumina auf, wobei eines oder auch mehrere Volumina veränderbar sind. Der Ansteuermechanismus sieht beispielsweise ein oder mehrere bewegliche Komponenten zum Verbinden und Trennen der Volumina vor. Das Befüllen und Entleeren der einzelnen Volumen ist zum Beispiel über das Zusammenspiel der einzelnen Komponenten gesteuert. Es sind hierfür ein oder mehrere Volumina mittelbar oder unmittelbar mit der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus verbunden.
Die Ölzufuhr des Ansteuermechanismus ist bevorzugt mit einem Ölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine verbunden. Das Ölversorgungssystem umfasst ein Ölreservoir, welches über eine Ölleitung mit einem Druckerzeuger verbunden ist. Ausserdem ist zum Beispiel im Ölversorgungssystem eine Ölverbindung vom Druckerzeuger über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zur Ölzufuhr des Ansteuermechanismus vorgesehen.
Es wird vorgeschlagen, dass der Druckerzeuger als Druckimpulsgenerator ausgeführt ist. Die vom Druckimpulsgenerator erzeugten Druckimpulse sind in ihrer Dauer zeitlich auf einen Bereich begrenzt, der ausreichend für ein Umschalten ist, vorzugsweise in einer Größenordnung von der Dauer von zehn bis fünfzig Arbeitsspielen der Hubkolbenmaschine. Bevorzugt wird der Druckimpuls gerade so lange aufrecht erhalten, bis das Umschalten abgeschlossen ist. Zum Beispiel kann dieses mittels eines einzigen, zweier oder weniger weiterer Druckimpulse abgeschlossen sein. Die Dauer und/oder der Betrag der Druckimpulse sind an die Geometrie, vorzugsweise an die Länge der Ölleitungen und die Größe der ölfassenden Volumen im Ansteuermechanismus, angepasst. Vorzugsweise erreichen die Beträge der Druckimpulse einen Wert von drei bis vier bar über dem Motoröldruck bei dem Motorbetrieb zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses.
Beispielsweise ist eine Übertragung des Druckimpulses vom Druckimpulsgenerator über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zu der Ölzufuhr des Ansteuermechanismus innerhalb eines Ölversorgungssystems vorgesehen.
Gemäß einer Weiterbildung wird der Ansteuermechanismus, welcher sich im Pleuel oder im Kolben befindet oder am Pleuel oder Kolben angeordnet ist, über einen Druckimpuls gesteuert, wobei der Druckimpuls vom Druckimpulsgenerator erzeugt wird und vom Druckimpulsgenerator über Ölleitungen zur Ölzufuhr des Ansteuermechanismus gelangt. Mittels eines Umsetzens eines Druckimpulses oder einer zeitlichen Abfolge von Druckimpulsen in ein oder mehrere mechanische Steuersignale zum Steuern der Verstelleinrichtung ausgehend von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten, vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine vorgesehen.
Nach dem Verstellen des Verdichtungsverhältnisses ist eine Erzeugung von weiteren Druckimpulsen oder ein Aufrechterhalten eines derartig hohen Drucks durch den Druckerzeuger zur Aufrechterhaltung des Verdichtungsverhältnisses nicht nötig. Im Gegensatz zum bekannten Stand der Technik wird durch den Druckimpulsgenerator ein ausreichend hoher, kurzfristiger Druckimpuls geliefert, so dass der Druckerzeuger nicht die gesamte Zeit während eines Betriebes bei einem konstanten Verdichtungsverhältnis einen höheren Druck zu liefern braucht. Vielmehr kann der Druckerzeuger ein Druckniveau während des Umschaltens konstant halten, wenn ein zum Druckimpulsgenerator separater Druckerzeuger vorgesehen ist.
Dabei sind in einer ersten Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung die Ölleitungen des Ölversorgungssystems getrennt vom Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine. Der Ansteuermechanismus wird mittels zumindest einem, gegebenenfalls mittels mehreren kurz nacheinanderfolgenden Druckimpulsen mit vorzugsweise gleichem oder zumindest annähernd gleichem Druckniveau gesteuert. Das Druckniveau eines Druckimpulses ist aber ebenfalls veränderlich gemäß einer Weiterbildung.
Durch eine Trennung des Ölversorgungssystems des Anteuermechanismus vom Schmielöverrsorgungssystems der Hubkolbenmaschine kann gemäß einer Ausgestaltung eine Beeinflussung der Druckschwankungen im Schmierölversorgungssystem auf das Druckniveau der zum Ansteuermechanismus geleiteten Druckimpulse zumindest verringert, bevorzugt vermieden werden.
Der Druckerzeuger des Ölversorgungssystems des Ansteuermechanismus bezieht das Öl aus einem Ölreservoir. Gemäß einer Weiterbildung ist dieses Ölreservoir mit der Ölwanne des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine verbunden. Sofern der Ansteuermechanismus mit einem anderen Öl als zum Beispiel die Kurbelwellenlager oder andere Teile der Hubkolbenmaschine versorgt wird, ist das Ölreservoir gemäß einer weiteren Ausführung vom Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine getrennt.
Vorzugsweise ist der Ansteuermechanismus mit einem anderen Öl versorgt als das Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine. Das Öl der Ölversorgung des Ansteuermechanismus weist beispielsweise eine höhere Reinheit, eine andere Zusammensetzung von Additiven oder eine höhere Viskosität bei einer Temperatur von 90° Celsius als das Öl des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine auf.
Der Druckerzeuger, welcher als Druckimpulsgenerator ausgeführt ist, erzeugt beispielsweise zum Ansteuern des Ansteuermechanismus einen Druckimpuls, welcher vorzugsweise drei bis vier bar über dem über ein Arbeitsspiel gemittelten Öldruck der Hubkolbenmaschine im jeweiligen Betriebspunkt liegt und etwa solange andauert, wie der Ansteuermechanismus zum Auslösen der Verstelleinrichtung zum Umschalten von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt. Der Druckimpulsgenerator umfasst gemäß einer Ausgestaltung zumindest einen Ölspeicherzylinder mit einem Kolben, wobei der Ölspeicherzylinder mindestens die für einen Umschaltvorgang erforderliche Ölmenge speichern kann, ein Ventil und ein Mittel zum Antrieb des Kolbens, um innerhalb des Kolbens einen Öldruck aufzubauen, welcher zum Ansteuern des Ansteuermechanismus ausreicht. Das Antiebsmittel kann eine Ölpumpe, ein Elektromotor, eine aufgeladene Feder oder eine pneumatische Schalteinheit sein.
In einer bevorzugten Ausgestaltung ist das Ölversorgungssystem des Ansteuermechanismus mit einem Schmierölversorgungssystem der Hubkolbenmaschine verbunden, wobei das Schmierölversorgungssystem mindestens ein Rückschlagventil in einer Ölleitung zwischen einem Kurbelwellenlager und einer Motorölpumpe aufweist.
Die Verbindung des Ölversorgungssystems des Ansteuermechanismus mit dem Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine wirkt sich insbesondere auf eine einfachere Gestaltung der Kurbelwelle aus. Die Kurbelwelle weist vorzugsweise neben den Ölversorgungsleitungen des Schmierölversorgungssystems keine zusätzlichen Ölleitungen für das Ölversorgungssystem des Ansteuermechanismus auf.
Es ist gemäß einer Ausgestaltung mindestens ein Rückschlagventil in einer Ölleitung zwischen dem Druckimpulsgenerator und der Motorölpumpe des Ölschmierkreislaufes angeordnet. Vorzugsweise ist in allen Ölleitungen zwischen dem Druckimpulsgenerator und der Motorölpumpe ein Rückschlagventil angeordnet.
In einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass der Ansteuermechanismus mindestens ein bewegliches Element hat. Das bewegliche Element weist eine erste Stellung und eine zweite Stellung auf. Der ersten Stellung ist ein erstes Verdichtungsverhältnis und der zweiten Stellung ein zweites, vom ersten Verdichtungsverhältnis verschiedenes Verdichtungsverhältnis zugeordnet. Ein Hin- und Herschalten des Elementes ist durch aufeinander folgendende gleichgerichtete vom Druckimpulsgenerator erzeugte Druckimpulse gesteuert.
Vorzugsweise ist in der ersten und in der zweiten Stellung des beweglichen Elementes eine Bewegung des Elementes durch eine Arretierung blockiert. Die Arretierung wird beispielsweise über ein zweites bewegliches Element bewirkt. Das zweite bewegliche Element bewirkt in einer Halteposition eine Arretierung des ersten beweglichen Elementes und gibt in einer Freigabeposition eine Bewegung des ersten beweglichen Elementes frei. Eine Bewegung des zweiten beweglichen Elementes ist in einer Ausführungsform über einen Druckimpuls bewirkt. Der Druckimpuls gelangt durch die einzige Ölzufuhr in den Ansteuermechanismus zum zweiten beweglichen Element und drückt das zweite bewegliche Element von der Halteposition zur Freigabeposition. Vorzugsweise spannt das zweite Element bei der Bewegung von der Halteposition zur Freigabeposition eine Feder. Ist die Bewegung des ersten beweglichen Elementes freigegeben, so verhindert eine Steuerkante des ersten Elementes eine Bewegung des zweiten Elementes von der Freigabeposition zur Halteposition und die Feder ist gespannt. Erreicht das erste Element die erste oder zweite Stellung, so gibt die Steuerkante des ersten Elementes eine Bewegung des zweiten Elementes von der Freigabeposition zur Halteposition frei. Die Bewegung des zweiten Elementes von der zweiten Position zur ersten Position ist über eine Kraft angetrieben, welche von der gespannten Feder auf das zweite Element wirkt. Erreicht das zweite Element die erste Position ist die Bewegung des ersten Elementes arretiert.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine Arretierungsmechanismus und eine Freigabemechanismus des ersten Elementes über ein Zusammenwirken von mehreren Elementen des Ansteuermechanismus bewirkt. Beispielsweise können diese Elemente Federelemente, Hebelelemente, und/oder Ölkammern, welche im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnet sind, sein. Dabei ist mindestens eine Bewegung eines Elementes des Ansteuermechanismus über einen Druckimpuls gesteuert. Eine im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnete Ölkammer bewirkt ein Umleiten eines Druckimpulses zu einem Element. Eine Ölkammer kann auch eine verzögernde Wirkung aufweisen. Die Größe einer Ölkammer beträgt bei einer Ausführungsform ein bis zehn Kubikmillimeter, bei einer weiteren Ausführungsform zehn bis fünfzig Kubikmillimeter und bei einer weiteren Ausführungsform fünfzig bis einhundert Kubikmillimeter. Die Federelemente weisen in einer Ausführungsform eine Federsteifigkeit von einem Newton pro Zentimeter bis zehn Newton pro Zentimeter, in einer weiteren Ausführungsform eine Federsteifigkeit von zehn Newton pro Zentimeter bis fünfzig Newton pro Zentimeter, in einer Ausführungsform eine Federsteifigkeit von fünfzig Newton pro Zentimeter bis einhundert Newton pro Zentimeter und in einer weiteren Ausführungsform eine Federsteifigkeit von einhundert Newton pro Zentimeter bis fünfhundert Newton pro Zentimeter auf.
Beispielsweise können die Federelemente über bewegliche Elemente, zum Beispiel Hebelemente gespannt werden. Die Hebelelemente weisen in einer Ausführungsform eine Größe von ein bis fünf Millimeter, in einer weiteren Ausführungsform eine Größe von fünf bis zehn Millimeter und in einer weiteren Ausführungsform eine Größe von zehn bis zwanzig Millimeter auf. Die Hebelelemente weisen in einer Ausführungsform einen Übersetzungshebel von eins bis fünf, in einer weiteren Ausführungsform einen Übersetzungshebel von fünf bis zehn und in einer weiteren Ausführungsform einen Übersetzungshebel zehn bis einhundert auf. In den Federn kann eine mechanische Energie gespeichert werden, welche zu einem späteren Zeitpunkt, vorzugsweise einigen Arbeitstakten der Hubkolbenmaschine nach dem Spannen der Feder, wieder abgegeben werden kann.
Vorzugsweise findet auch eine Schwungmasse, welche durch die oszillierende Bewegung des Pleuels oder des Kolbens angetrieben wird, innerhalb des Ansteuermechanismus Anwendung. Über eine Schwungmassenkonstruktion in Verbindung mit Feder- oder Halteelementen, welche je nach relativer Lage des Pleuels zum Kolbenbolzen gesteuert sind, ist innerhalb des Ansteuermechanismus eine Speicherung von mechanischer Energie ermöglicht, welche beispielsweise einen Verstärkungsmechanismus innerhalb des Ansteuermechanismus bewirkt. Der Verstärkungsmechanismus ist über einen Druckimpuls steuerbar oder wird über eine bestimmte vordefinierte zeitliche Abfolge von Druckimpulsen gesteuert. Über die Speicherung von mechanischer Energie innerhalb des Ansteuermechanismus ist vorzugsweise auch ein Einsatz von Generatoren und Elektromotoren vorgesehen.
Der Ansteuermechanismus weist bevorzugt eine einzige Ölzufuhr auf. Diese Ölzufuhr verbindet den Ansteuermechanismus mit dem Druckimpulsgenerator. Im Gegensatz zu einem hydraulischen Ansteuermechanismus, welcher zwei separate Ölzufuhren zum Hin- und Herschalten aufweist, ist das Merkmal, nur eine einzige Ölleitung zu benutzen von Vorteil, indem es die Konstruktion der Ölversorgung für den Ansteuermechanismus wesentlich erleichtert.
In einer weiteren Ausgestaltung ist eine dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammer vorhanden, welche über mehrere Ölleitungen mit dem Ansteuermechanismus verbunden ist. In einer Weiterbildung sind mehrere, miteinander verbundene, dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammern vorgesehen. In diesem Fall existiert zwischen einer vorgelagerten Kammer und dem Druckimpulsgenerator mindestens ein Abschnitt, welcher die Kammer mit dem Druckimpulsgenerator über nur einer einzigen Ölleitung verbindet, d. h. die Kammer weist nur eine einzige Ölzufuhr auf. Diese Ölzufuhr ist für eine hydraulische Verbindung zwischen der Kammer und dem Druckimpulsgenerator notwendig.
Eine vorgelagerte Kammer ist bevorzugt ebenfalls am Pleuel oder Kolben angeordnet. Eine vorgelagerte Kammer hat gemäß einer Ausgestaltung kein Bauteil oder Abschnitt mit der Kurbelwelle gemein. Die Ölzufuhr einer vorgelagerten Kammer ist über eine Ölleitung mit der Kurbelwelle verbunden. Eine dem Ansteuermechanismus vorgelagerte Kammer verzögert vorzugsweise die Ansteuerung des Ansteuermechanismus über den Druckimpulsgenerator.
In einer weiteren Ausbildung ist in einer dem Ansteuermechanismus vorgelagerten Kammer ein Verzögerungsmechanismus zum Verzögern des Umschaltens des Verstellmechanismus vorgesehen. Der Verzögerungsmechanismus weist zum Beispiel eine Feder und/oder ein Ventil auf. Es wird über ein Ventil und eine Feder in einer vorgelagerten Kammer innerhalb eines Ölvolumens ein Druck aufgebaut, welcher ab einem vorzugsweise einstellbaren Druckniveau den Ansteuermechanismus steuert. Das Umschalten wird solange verzögert bis das einstellbare Druckniveau innerhalb der Kammer erreicht ist. Die Feder ist zum Speichern von mechanischer Energie vorgesehen. Es ist eine Übertragung der mechanischen Energie eines Druckimpulses auf die Feder vorgesehen. Ausserdem ist beispielsweise ein Druckimpuls gesteuerter Auslösemechanismus zum Freigeben der mechanischen Energie der Feder vorgesehen.
Der Ansteuermechanismus wird gemäß der obigen Ausgestaltung über die freigegebene mechanische Energie der Feder gesteuert. Die freigegebene mechanische Energie der Feder ist gemäß einer Ausgestaltung höher, vorzugsweise drei bis zehn Mal höher als die mechanische Energie eines Druckimpulses. Folglich kann damit die notwendige Leistung des Druckimpulsgenerators zum Umschalten des Verdichtungsverhältnisses reduziert werden. Das Aufladen der Feder mit mechanischer Energie bewirkt eine Verzögerung mit einer Verzögerungszeit. Die Verzögerungszeit ist durch die Dauer vom ersten gesendeten Druckimpuls bis zum Auslösen der Feder gegeben. In einer weiteren Ausgestaltung kann ein Verzögerungsmechanismus auch innerhalb des Ansteuermechanismus angeordnet sein. In einer weiteren Ausbildung ist ein nachgeschalteter Verzögerungsmechanismus an dem Ansteuermechanismus angeordnet.
Der Ansteuermechanismus weist mindestens ein bewegliches Element auf. Dabei nimmt mindestens ein bewegliches Element mindestens zwei relativ zum Pleuel oder Kolben verschiedene Stellungen ein, wobei zu einer ersten Stellung ein erstes Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine und zu einer zweiten Stellung ein zweites Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist. Die Stellung des beweglichen Elementes beeinflusst die Strömung des Öls im Ansteuermechanismus, welche durch einen Druckimpuls ausgelöst ist. Die Strömung des Öls im Ansteuermechanismus bewirkt eine Druckverteilung im Ansteuermechanismus. Je nach Stellung des beweglichen Elementes bewirkt ein Druckimpuls eine erste Druckverteilung des Öls im Ansteuermechanismus entspechend der ersten Stellung des Elementes bzw. eine zweite Druckverteilung des Öls entspechend der zweiten Stellung des Elementes. Die Strömung und die Druckverteilung des Öls im Ansteuermechanismus sind vorzugsweise durch zusätzliche mechanische Elemente wie Federn, Kugeln oder Hebelmechanismen beeinflusst. In ähnlicher Art können auch mehrere bewegliche Elemente die Strömung im Ansteuermechanismus und auch die Druckverteilung beeinflussen. Sind mehrere bewegliche Elemente im Ansteuermechanismus vorhanden, beeinflusst vorzugsweise die Bewegung des einen Elementes die Bewegung eines anderen. Vor allem eine Auslösung einer Kettenreaktion von Bewegungen, welche durch einen Druckimpuls ausgelöst werden, ist mit mehreren beweglichen Elementen möglich.
Vorzugsweise ist eine Beeinflussung der Druckverteilung des Öls durch einen geometrisch veränderbaren Ölraum im Ansteuermechanismus vorgesehen. Es ist ein in Abhängigkeit der Position der Wände des Ölraumes bestimmter Zufluss von Öl in den Ölraum vorgesehen. Vorzugsweise ist die geometrische Lage des Volumens an die Lage eines beweglichen Elementes gekoppelt.
Beispielsweise ist mittels einer wechselnden Lage des beweglichen Elementes oder einer wechselnden Position der Wände des Ölraumes eine wechselnde Druckverteilung des Öls vorgesehen. Ein Hin- und Herschalten des beweglichen Elementes ist auf diese Weise beispielsweise über mehrere aufeinander folgende, den Ansteuermechanismus erreichende gleichgerichtete Druckimpulse gesteuert.
In einer Ausführungsform ist eine erste Verstellung des beweglichen Elementes in einer Richtung von einer ersten Stellung hin zu einer zweiten Stellung durch einen einzigen Druckimpuls gesteuert. Das Element kann insbesondere während der ersten Verstellung vor dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der ersten und der zweiten Stellung sowie die erste Stellung einnehmen. Weiterhin kann das Element insbesondere während der ersten Verstellung nach dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der ersten und der zweiten Stellung sowie die zweite Stellung einnehmen.
Nach Erreichen der zweiten Stellung ist eine zweite Verstellung des beweglichen Elementes in einer Richtung von der zweiten Stellung hin zu der ersten Stellung durch einen einzigen Druckimpuls gesteuert. Das Element kann insbesondere während der zweiten Verstellung vor dem steuernden Druckimpuls eine Ruheposition zwischen der zweiten und der ersten Stellung sowie die zweite Stellung einnehmen. Weiterhin kann das Element insbesondere während der zweiten Verstellung nach dem steuernden Druckimpuls eine Position zwischen der zweiten und der ersten Stellung sowie die erste Stellung einnehmen kann. Eine Richtungsumkehr der druckimpulsgesteuerten Bewegung des beweglichen Elementes ist durch ein Erreichen des beweglichen Elementes der ersten sowie der zweiten Stellung bewirkt.
In einer weiteren Ausführung ist ein Schalten des beweglichen Elementes von einer ersten in eine zweite Stellung durch einen einzigen Druckimpuls und ein darauf folgendes Schalten desselben beweglichen Elementes von der zweiten in die erste Stellung durch einen darauffolgenden einzigen Druckimpuls gesteuert.
In einer Weiterbildung ist ein Schalten eines beweglichen Elementes von einer ersten in eine zweite Stellung durch mehrere Druckimpulse und ein darauf folgendes Schalten desselben beweglichen Elementes von der zweiten in die erste Stellung durch mehrere Druckimpulse gesteuert.
Die Anzahl von nötigen Druckimpulsen zum Schalten eines beweglichen Elementes ist die Schaltdruckimpulsanzahl. Die Schaltdruckimpulsanzahl liegt bei einer Ausführungsform bei eins, (Beginn einer Frage an den Erfinder: Im Folgenden (Abschnitt 1) wird angenommen, dass der Ansteuermechanismus nicht schon bei einem Druckimpuls ein Umschalten des Verstellmechanismus des VCR-Systems bewirkt. Dies könnte zum Beispiel im Falle einer Fehlschaltung aber auch bei einer von dem Grundgedanken der Erfindung abweichenden Systemauslegung der Fall sein. So könnte zum Beispiel in einer vorgelagerten Verzögerungs kammer durch mehrere aufeinanderfolgende Druckimpulse zuerst ein gewisses Druckniveau aufgebaut werden, welches durch einen einzigen Druckimpuls nicht erreicht werden würde. Dadurch wäre eine kleinere Dimensionierung des Druckimpulsgenerators möglich. Könnte diese Möglichkeit für FEV in einer Anwendung sinnvoll sein? Ende der Frage) (Start Abschnitt 1: bei einer weiteren bei fünf bis zehn, bei einer weiteren bei fünfzig bis hundert und bei einer weiteren bei fünfhundert bis eintausend.
Die Schaltdruckimpulsanzahl ist zum Beispiel von der Auslegung und Anzahl von Verzögerungselementen, wie Ölkammern oder Feder- und Hebelelementen, welche im, vor oder nach dem Ansteuermechanismus angeordnet sind, bestimmt. Ende Abschnitt 1) In einer weiteren Ausführungsform ist die Hubkolbenmaschine derart gestaltet, dass der Druckimpulsgenerator der Hubkolbenmaschine einen Stufenkolben aufweist und der Stufenkolben an eine Motorölpumpe der Hubkolbenmaschine hydraulisch angeschlossen ist. Der Stufenkolben ist mit unterschiedlich großen Kolbendurchmessern ausgeführt und stellt damit einen Druckübersetzer dar. Es ist ein dem Stufenkolben vor oder nachgeschaltetes Ausgleichselement, vorzugsweise ein Druckregler, ein Überdruckventil oder ein Ausgleichsvolumen, vorgesehen. Das Ausgleichselement ist zur Kompensation der Druckschwankungen vorgesehen, welche sich aus dem betriebsbedingten Druckniveau der Motorölpume, zum Beispiel bei unterschiedlichen Drehzahlen, ergibt. Ein solcher Druckregeler umfasst zumindest ein Überdruckventil und eine ölabführende Leitung vorzugsweise zum Ölreservoir führend. Desweiteren umfasst der Druckregeler bevorzugt auch einen Drucksensor und eine damit verbundene Steuereinheit, welche über daran angeschlossene Ventile den Druck zwischen dem Druckimpulsgenerator und dem Ansteuermechanismus regelt.
In einer weiteren Ausführung ist der Stufenkolben mehrstufig ausgeführt. Die einzelnen Stufen des Stufenkolbens können unabhängig voneinander geschaltet werden. Über eine Auswahl einer Anzahl der geschalteten Stufen können Druckimpulse mit unterschiedlichen Beträgen erzeugt werden. Über die unterschiedlich starken Druckimpulse des Druckimpulsgenerators ist eine variable Steuerung des Ansteuermechanismus mit gleichgerichteten, wahlweise verschieden starken Druckimpulsen vorgesehen. Dies ist insbesondere in Verbindung mit dem Einsatz von Ventilen im Ansteuermechanismus vorteilhaft, welche ab einem definierten Druck durchschalten. Mit solchen Ventilen und einem mehrstufigen Stufenkolben kann zum Beispiel eine Verstelleinrichtung zum Einstellen von wahlweise mehreren verschiedenen Verdichtungsverhältnissen variabel gesteuert werden. Eine Einstellung eines ausgewählten Verdichtungsverhältnisses ist über eine Stärke des Druckimpulses, welcher den Ansteuermechanismus erreicht, gesteuert. Bevorzugt ist die Stärke des vom Druckimpulsgenerator erzeugten Druckimpulses direkt von der Anzahl der geschalteten Stufen des Stufenkolbens abhängig. Je mehr Stufen des Stufenkolbens geschaltet werden, desto höher ist die Stärke des Druckimpulses. Die Differenz des Wertes des vom Druckimpulsgenerator generierten Druckes zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses vom Wert des Druckes, welcher an einem Ausgang der Motorölpumpe bei dem Motorbetrieb zum Zeitpunkt des Verstellens des Verdichtungsverhältnisses erzeugt wird, ist die Druckimpulsdifferenz.
In einer Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe generiert wird, einen Wert von drei bis vier bar auf.
In dieser Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe generiert wird, einen Wert von vier bis acht bar auf.
In einer weiteren Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe generiert wird, einen Wert von vier bis acht bar auf. In dieser Ausführung weist die Druckimpulsdifferenz, welche durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe generiert wird, einen Wert von acht bis zwanzig bar auf.
In einer bevorzugten Ausführungsform weist die Hubkolbenmaschine vier voneinander verschiedene Verdichtungsverhältnisse auf. Das vierte Verdichtungsverhältnis ist höher als das dritte, das dritte höher als das zweite und das zweite höher als das erste.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist über das Erzeugen eines Druckimpulses durch den Stufenkolben im Betrieb der ersten Stufe und über ein Hin- und Herschalten eines Elementes des Ansteuermechanismus das Hin- und Herverstellen von dem ersten zu dem zweiten Verdichtungsverhältnis oder von dem dritten zu dem vierten Verdichtungsverhältnis gesteuert. In dieser Ausführungsform ist über das Erzeugen eines Druckimpulses durch den Stufenkolben im Betrieb der zweiten Stufe und über ein Hin- und Herschalten eines Elementes des Ansteuermechanismus das Hin- und Herverstellen von dem ersten zu dem dritten Verdichtungsverhältnis oder von dem zweiten zu dem vierten Verdichtungsverhältnis gesteuert.
In einer Ausgestaltung ist der Druckimpulsgenerator als eine pneumatisch-hydraulische Einheit ausgeführt, welcher einen Luftkompressor, einen Druckluftbehälter und einen Ölspeicherzylinder mit einer Luftkammer aufweist, wobei der Ölspeicherzylinder vorzugsweise als Druckübersetzer mit unterschiedlich großen Kolbendurchmessern ausgeführt ist. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Kolbendurchmesser des Druckübersetzers in einem Bereich von zwei bis vier, in einer weiteren Ausführung in einem Bereich von vier bis zehn. Mit einem Druckimpulsgenerator mit einer pneumatisch-hydraulischen Einheit ist beispielsweise ein Druckaufbau im Ölspeicherzylinder bis zu einem Wert von vier bar innerhalb 0,5 Sekunden und schneller aufbaubar. Dabei kann ein Druckimpulsgenerator mit einer pneumatisch-hydraulischen Einheit einen Druckaufbau im Ölspeicherzylinder zum Ansteuern des Ansteuermechanismus mit einem Druckimpuls schneller als ein Druckimpulsgenerator ermöglichen, welcher keine pneumatisch-hydraulische Einheit zum Druckaufbau aufweist.
Über den Luftkompressor wird gemäß einer Ausgestaltung während des gesamten Betriebes der Hubkolbenmaschine im Druckluftbehälter ein konstanter Druck aufrecht erhalten, welcher für das Ansteuern des Ansteuermechanismus benötigt wird. Soll der Ansteuermechanismus angesteuert werden, so schaltet vorzugsweise ein elektrisch betätigtes 3/2-Wege-Ventil den Luftdruck des Druckluftbehälters auf die Luftkammer des Ölspeicherzylinders. In einer vorteilhaften Ausführung wird der Druck in der Luftkammer über unterschiedlich große Kolbendurchmesser des Ölspeicherzylinders verstärkt, d. h. der Kolbendurchmesser der Luftkammer des Ölspeicherzylinders ist vorzugsweise größer als der Kolbendurchmesser der Ölkammer des Ölspeicherzylinders. Durch diese Druckverstärkung kann der Luftkompressor beispielsweise niedriger dimensioniert werden. In einer vorteilhaften Ausführung schaltet das elektrische 3/2-Wege-Ventil circa 0,5 Sekunden lang den Luftdruck des Druckluftbehälters auf die Luftkammer. Vorzugsweise löst der Ansteuermechanismus während dieses Zeitraumes aus und der etwa doppelte Ölvolumenstrom strömt dabei durch die Hauptlager der Kurbelwelle. Die Ölmenge für ein Umschalten von einem ersten Verdichtungsverhältnis zu einem zweiten beträgt für einen Reihenvierzylindermotor vorzugsweise 350–400 ml. Nach dem Umschalten des Ansteuermechanismus trennt das 3/2-Wege-Ventil die Verbindung des Druckluftbehälters auf die Luftkammer des Ölspeicherzylinders und öffnet die Verbindung der Luftkammer zur Umgebung. Dadurch kann der Ölspeicherzylinder wieder mit Öl befüllt werden. Vorzugsweise beschleunigt eine Rückstellfeder einen Kolben des Ölspeicherzylinders, sodass im Ölspeicherzylinder ein Unterdruck aufgebaut wird und der Ölspeicherzylinder wieder befüllt wird. Die Wiederauffüllung des Ölspeicherzylinders mit Öl dauert etwa eine Sekunde. Während des Befüllvorgangs steuert die Ölpumpe der Hubkolbenmaschine den erhöhten Ölbedart nach.
In einer bevorzugten Ausführung wird der Luftkompressor nicht während des gesamten Betriebes der Hubkolbenmaschine betrieben. Stattdessen wird der Luftkompressor in Abhängigkeit einer Wahrscheinlichkeit für die Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses betrieben. Es kann beispielsweise über ein Steuergerät die Wahrscheinlichkeit für die Veränderung eines Verdichtungsverhältnisses berechnet werden. Dies erfolgt zum Beispiel über eine Auswertung einer Messung von aktuellen Daten der Hubkolbenmaschine und über eine Auswertung von in einem Speicher abgelegten Daten über ein Fahrverhalten eines Fahrers. Ist die so berechnete Wahrscheinlichkeit höher als ein von einer ausgewählten Betriebsstrategie der Hubkolbenmaschine abhängiger Vergleichswert, kann die Leistung des Luftkompressors erhöht werden, sodass sich im Druckluftbehälter der Druck erhöht. Ist der benötigte Druck im Druckluftbehälter erreicht und ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses ist nach den gemessen aktuellen Daten der Hubkolbenmaschine gewünscht, kann das elektrische 3/2-Wege-Ventil betätigt werden, sodass die Verbindung des Druckluftbehälters zur Luftkammer des Ölspeicherzylinders hergestellt ist und ein Umschalten des Verdichtungsverhältnisses erfolgt.
Gemäß einer weiteren Ausführung der Erfindung ist der Luftkompressor über einen Elektromotor, einen Riemen- und/oder Rädertrieb der Hubkolbenmaschine angetrieben. Zwischen dem externen Antrieb des Luftkompressors, d. h. ein Elektromotor, ein Riemen- und/oder Rädertrieb, und der Antriebswelle des Luftkompressors ist vorzugsweise eine Kupplung zwischengeschaltet, welche über ein Steuergerät gesteuert wird und über ein Steuersignal eine rutschfeste Verbindung zwischen dem externen Antrieb des Luftkompressors und der Antriebswelle des Luftkompressors bewirkt. In einer weiteren Ausführungsform ist eine fliehkraftgeregelte Übersetzung zwischen dem Riementrieb zum Antreiben des Luftkompressors und der Antriebswelle des Luftkompressors vorgesehen.
Eine weitere Ausgestaltung sieht einen mit einer Druckluftbremsanlage verbundenen Luftkompressor vor. Der innerhalb der Druckluftbremsanlage aufgebaute Druck stellt zum Beispiel eine erste Verdichtungsstufe dar. Der Luftkompressor selbst stellt eine zweite Verdichtungsstufe dar. Dadurch wird zum Beispiel die Leistung des Druckimpulsgenerators gesteigert oder es kann ein kleinerer Druckluftbehälter verwendet werden. Gemäß einer Ausführung saugt der Luftkompressor die komprimierte Luft der Druckluftbremsanlage an und komprimiert diese Luft auf ein höheres Druckniveau als das der Druckluftbremsanlage.
Gemäß einer weiteren Ausführung umfasst die Druckluftbremsanlage ein Unterdrucksystem. In diesem Fall kann der über dieses System erzeugte Unterdruck über einen Unterdruckbehälter und einen darin integrierten Kolben, welcher eine Kraft auf einen Kolben des Ölspeicherzylinders oder einen Kolben innerhalb des Druckluftbehälters aufbringt, eine unterstützende Kraft in das System des Druckimpulsgenerators einbringen.
In einer weiteren Ausführung entfällt der Luftkompressor des Druckimpulsgenerators für den Fall, dass der Kompressor der Druckluftbremsanlage einen ausreichend hohen Betriebsdruck für den Druckimpulsgenerator liefert. Der Luftkompressor kann auch entfallen, falls der Kompressor einer Luftfederung einen ausreichend hohen Betriebsdruck für den Druckimpulsgenerator liefert. Für die drei zuletzt genannten Ausführungen ist eine Steuerung der Verbindung zwischen der Druckluftbremsanlage und dem Druckimpulsgenerator mit Hilfe eines elektrisch betätigbaren Ventils vorgesehen.
Eine weitere Ausführungsform sieht vor, dass der Ölspeicherzylinder eine Rollmembran zum Abdichten der Luftkammer von einem Ölraum des Ölspeicherzylinders aufweist. Die Rollmembran ist vorzugsweise als Hut- oder Rollfaltenmembran ausgeführt. Über eine auf den maximalen Betriebsdruck des Druckimpulsgenerators angepasste Mischungszusammensetzung der Rollmembran ist beispielsweise eine interne Schmierung innerhalb der Rollmembran realisiert. Desweiteren ist für die Rollmembran bevorzugt eine Einlegeverstärkung aus Metall oder Kunststoff vorgesehen.
Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist ein Befüllventil in einer Leitung von einer Motorölpumpe zum Druckimpulsgenerator zur Befüllung des Ölspeicherzylinders vorgesehen.
Das Befüllventil zur Befüllung des Ölspeicherzylinders kann beispielsweise über ein Steuergerät einige Sekunden nach dem Auslösen des Ansteuermechanismus betätigt werden. Es ist aber auch eine rein mechanische Steuerung zur Wiederbefüllung des Ölspeicherzylinders möglich. Beispielsweise ist das Befüllventil als Rückschlagventil in der Ölleitung vom Druckimpulsgenerator zur Motorölpumpe ausgelegt und sperrt die Flussrichtung vom Druckimpulsgenerator zur Motorölpumpe, d. h. wenn im Ölspeicherzylinder ein höherer Druck herrscht als in der ölverbindenden Leitung zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherzylinder. Wenn nach dem Ansteuern des Ansteuermechanismus ein niedrigerer Druck im Ölspeicherzylinder herrscht als in der ölverbindenden Leitung zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherzylinder, weil der Ölspeicherzylinder über eine Rückstellfeder zurückgeschoben wird, öffnet das Rückschlagventil, sodass der Ölspeicherzylinder wieder mit Öl befüllt wird.
Gemäß einer weiteren Ausführung ist die Hubkolbenmaschine derart gestaltet, dass ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels oder Kolbens der Hubkolbenmaschine über mindestens ein Ventil und eine Ölverbindung mit dem Druckimpulsgenerator hydraulisch verbunden ist. Ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels der Hubkolbenmaschine ist über ein einzelnes Ventil hydraulisch ansteuerbar.
Über eine separate Ansteuerung eines einzelnen Pleuels mit einem dem Pleuel zugeordneten Ventils ist eine separate Betätigung eines Ansteuermechanismus eines einzelnen Pleuels oder Kolbens mittels eines Druckimpulses ermöglicht. Über die seperate Betätigung des Ansteuermechanismus ist eine separate Steuerung des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders realisiert. Eine Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine erfolgt über die Verstellung der Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder. In einer Ausführung sind im Betrieb der Hubkolbenmaschine alle Zylinder auf ein nahezu ähnliches Verdichtungsverhältnis eingestellt. In einer weiteren Ausführungsform sind die Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder verschieden eingestellt. Die jeweiligen Verdichtungsverhältnisse der einzelnen Zylinder können über das Betätigen des dem Pleuel oder Kolben eines Zylinders zugeordneten Ventils verstellt werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform ist für das Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ein Verstellen der Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder vorgesehen. Zum Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ist der Ansteuermechanismus jedes Zylinders mittels eines Druckimpulses angesteuert.
In einer weiteren Ausführungsform ist für das Verstellen des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine ein sepatates Verstellen, d. h. ein Verstellen des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders oder von zwei oder drei Zylindern vorgesehen. Das separate Verstellen ermöglicht einen Betrieb der Hubkolbenmaschine mit verschieden eingestellten Verdichtungsverhältnissen der einzelnen Zylinder. Weiterhin ermöglicht das separate Verstellen nach einer Fehlschaltung eines einzelnen Ansteuermechanismus eines Zylinders ein korrigierendes Ansteuern des fehlgeschalteten Ansteuermechanismus des Zylinders. Dabei kann beispielsweise ein singuläres Durchschalten eines Druckimpulses durch ein einzelnes Ventil, welches den Durchgang des Druckimpulses zum fehlgeschalteten Ansteuermechanismus des Zylinders steuert, vorgesehen sein. Weiterhin kann bei einem korrigierenden Ansteuern eines fehlgeschalteten Ansteuermechanismus eines Zylinders ein Sperren der Ventile vorgesehen sein, welche zwischen dem Druckimpulsgenerator und den nicht fehlgeschalteten Zylindern angeordnet sind. Es ist ein nachträgliches Ändern des Verdichtungsverhältnisses des fehlgeschalteten Zylinders möglich.
In vorteilhafterweise speichert der Ölspeicherzylinder im befülltem Zustand eine Ölmenge, welche größer als die Menge ist, welche zum Ansteuern des Ansteuermechanismus eines jeden Zylinders der Hubkolbenmaschine benötigt wird. Es ist zum Beispiel ein korrigierendes erneutes Ansteuern eines Ansteuermechanismus eines fehlgeschalteten Zylinders ohne eine Wiederbefüllung des Ölspeicherzylinders vorgesehen. In einer weiteren Ausführung ist aber auch eine im Ölspeicherzylinder speicherbare Ölmenge vorgesehen, welche es erlaubt, die Verdichtungsverhältnisse aller Zylinder der Hubkolbenmaschine mindestens einmal Hin- und Herschalten zu lassen. Dies kann vor Allem bei sehr kurzzeitigen Beschleunigungsvorgängen eines Kraftfahrzeugs sinnvoll sein, bei denen das Verdichtungsverhältnis innerhalb von wenigen Sekunden hin- und hergeschaltet wird und das kurze Zeitintervall kein erneutes Wiederbefüllen des Ölspeicherzylinders ermöglicht.
Entsprechend einer weiten Ausgestaltung ist vorgesehen, dass jeder Pleuel der Hubkolbenmaschine über jeweils einen einzelnen Ölspeicherzylinder hydraulisch ansteuerbar ist. Gemäß dieser Ausführung ist ein schnelleres Ansteuern der einzelnen Zylinder möglich, da die einzelnen Ölspeicherzylinder kleiner ausgeführt sind als ein einziger zentraler Ölspeicherzylinder mit einem größeren Ölspeichervolumen und einer damit einhergehenden größeren Massenträgheit des gespeicherten Öls wie auch des größeren Kolbens des zentralen Ölspeicherzylinders.
Gemäß einer weiteren Ausführung sind die einzelnen Ölspeicherzylinder über jeweils eine Druckluftleitung über jeweils ein elektrisch betätigbares Ventil mit dem Druckluftbehälter verbunden. Ein Ventil in einer Ölleitung zwischen dem Ölspeicherzylinder und dem Ansteuermechanismus kann dann beispielsweise entfallen.
Gemäß einer weiteren Ausführung sind die einzelnen Ölspeicherzylinder über eine gemeinsame Druckluftleitung über ein elektrisch betätigbares Ventil mit dem Druckluftbehälter verbunden. Ein Ventil zwischen dem Ölspeicherzylinder und der Ölleitung über die Kurbelwelle zum Ansteuermechanismus ist dann benötigt, sofern der Ansteuermechanismus jedes einzelnen Zylinders separat ansteuerbar sein soll.
Gemäß einem weiteren Gedanken der Erfindung der auch unabhängig von dem obigen Gedanken weiterverfolgt werden kann, wird ein Verfahren zur Steuerung eines Ansteuermechanismus vorgeschlagen, welcher ein Verdichtungsverhältnis in einer Hubkolbenmaschine verändert mit folgenden Schritten:

a) Erzeugen eines Druckimpulses durch ein Druckimpulsgenerator, der hierfür Öl aus einem Ölreservoir nutzt,
b) Weiterleitung des Druckimpulses vorzugsweise über eine Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine zu einer Ölzufuhr des Ansteuermechanismus,
c) Initialisierung einer Bewegung eines beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus durch den Druckimpuls,
d) Verändern des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die Bewegung oder eine veränderte Stellung des Elementes und Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.

Bevorzugt werden die Schritte nacheinander, insbesondere direkt nacheinander, in der angegebenen Reihenfolge ausgeführt. Sie können jedoch auch zumindest teilweise in anderer Reihenfolge bzw. gleichzeitig ausgeführt werden. Insbesondere kann das vorgeschlagene Verfahren auch mit einer oben vorgeschlagenen Hubkolbenmaschine zusammen ausgeführt werden. Beispielsweise können auch ein oder mehrere Merkmale der Hubkolbenmaschine für das Verfahren speziell eingesetzt werden wie auch umgekehrt.
Die im Folgenden beschriebenen Verfahrensschritte und/oder Verfahren können in verschiedenster Reihenfolge durchgeführt werden und vor allem in Kombination mit jeweils anderen in dieser Anmeldung offenbarten Verfahrensschritten oder Verfahren durchgeführt werden. Vorzugsweise wird in einem Schritt a) des Verfahrens der Druckimpulsgenerator mit einem Öl versorgt. Dies geschieht zum Beispiel über eine Pumpe, welche von einem Ölreservoir das Öl zum Ölspeicherzylinder des Druckimpulsgenerators pumpt. Das Ölreservoir ist beispielsweise entweder die Ölwanne des Schmierölversorgungssystems der Hubkolbenmaschine selbst oder ein davon separater Ölbehälter. Die Pumpe kann die Motorölpumpe selbst oder eine gesonderte Pumpe sein. Vorzugsweise wird das Öl von der Ölwanne des Schmierölversorgungssystems über die Motorölpumpe zum Ölspeicherbehälter des Druckimpulsgenerators gepumpt. Ein zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherbehälter angeordnetes elektrisch betätigbares Ventil wird über ein Steuergerät so gesteuert, dass im Ölspeicherbehälter der gewünschte Druck erreicht wird. Der Druckimpuls wird bei dem mit Öl befüllten Ölspeicherzylinder über eine Kolbenfläche generiert, welche beschleunigt wird. Die Kolbenfläche ist vorzugsweise Teil eines Stufenkolbens, welcher eine Druckverstärkung einer Ölkammer des Ölspeicherzylinders gegenüber einer vom Druckimpulsgenerator externen Druckquelle bewirkt. Die externe Druckquelle ist vorzugsweise das von der Motorölpumpe zum Druckimpulsgenerator hin transportierte Öl oder ein anderes Medium, d. h. ein Gas oder eine Flüssigkeit, welches eine Exergie aufweist. Eine Weiterbildung sieht vor, dass die Exergie des Mediums zum Beispiel über ein Steuergerät ermittelt wird. Beispielsweise wird über einen Sensor eine den Zustand des Mediums kennzeichnende Größe, beispielsweise eine Temperatur oder ein Druck, ermittelt und an das Steuergerät übertragen. Im Steuergerät wird die Größe in einem Datenverarbeitungsschritt mit Vergleichsdaten verarbeitet, vorzugsweise verglichen. Die Vergleichsdaten können im Steuergerät abgespeichert sein oder ein Einganssignal des Steuergerätes sein. Während des Datenverarbeitungsschrittes kann die Exergie des Mediums und der maximal erzeugbare Druckimpuls des Druckimpulsgenerators bestimmt werden. Es kann die Exergie des Mediums vor oder innerhalb des Ölspeicherzylinders ermittelt werden. Das Steuergerät kann die Beschleunigung der Kolbenfläche in Abhängigkeit der ermittelten Exergie des Mediums vor und/oder innerhalb des Ölspeicherzylinders steuern. Vorzugsweise ist die Stärke des Druckimpulses über das Steuergerät gesteuert.
In einem Schritt b) kann beispielsweise der im Druckimpulsgenerator erzeugte Druckimpuls über eine Ölleitung und vorzugsweise ein Ventil hin zur Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine geleitet werden. Das Ventil ist als elektrisch betätigbares Ventil oder als einfaches Rückschlagventil ausgeführt. Von dort wird der Druckimpuls weiter zu einer Ölzufuhr des Ansteuermechanismus geleitet. In einem Schritt c) bewirkt in einer möglichen Ausführungsform innerhalb des Ansteuermechanismus der Druckimpuls die Bewegung eines beweglichen Elementes über eine durch den Druckimpuls generierte Ölströmung in einem Volumen des Ansteuermechanismus.
In einem weiteren Schritt d) löst eine Bewegung eines beschleunigten Elementes oder eine durch eine Bewegung erreichte neue Stellung des Elementes in einer ersten Ausführung direkt über eine Mechanik ein Mechanismus aus. Der Mechanismus kann über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändern.
In einer zweiten Ausführung bewirkt eine Bewegung des Elementes das Ausprägen einer Ölströmung, welche die Druckverhältnisse innerhalb des Ansteuermechanismus ändert und somit die Bewegung eines anderen Elementes bewirkt. Die Bewegung eines derart beschleunigten Elementes oder eine durch die Bewegung erreichte neue Stellung dieses Elementes löst dann über eine Mechanik ein Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändert. In weiteren Ausführungen ist das Zusammenwirken von mehreren beweglichen Elementen, wie zum Beispiel auch Federn, Kugeln oder Hebelelemente, mit sich aufgrund der Bewegung von beweglichen Elementen in verschiedener Art ausprägenden Ölströmungen ausgenutzt, um einen Mechanismus auszulösen, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis eines Zylinders verändert.
Gemäß einer Weiterbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass das Verdichtungsverhältnis über den Ansteuermechanismus nur über eine einzige Ölzufuhr umgeschaltet wird mit folgendem zusätzlichen Schritt im Schritt c):

c.1) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung durch einen ersten Druckimpuls, sowie den zusätzlich nachfolgenden Schritten:
e) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes des Ansteuermechanismus von der zweiten Stellung unter Umkehrung des Stellweges bevorzugt zu der ersten Stellung über einen zweiten Druckimpuls,
f) Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die veränderte Stellung des Elementes und die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.

Gemäß einer Weiterbildung ist vorgesehen, dass der Druckimpuls für die Ansteuerung eines einzelnen Ansteuermechanismus im Pleuel oder Kolben zum Verändern eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder über eine Ölverbindung von einem Teil der Kurbelwelle zu einem anderen Teil der Kurbelwelle gelangt. Das den Druckimpuls transportierende Öl tritt nur an einer Stelle der Kurbelwelle ein. Es gibt gemäß dieser Ausführung in der Kurbelwelle mindestens einen ölführenden Abschnitt, welcher vom Öl, welches vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus strömt, passiert werden muss. Ein solcher Abschnitt befindet sich gemäß einer weiteren Ausführung in einem Pleuel oder in einem Kolben der Hubkolbenmaschine.
Erreicht in einem Schritt c.1) oder in einem Schritt e) ein Druckimpuls den Ansteuermechanismus, wird beispielsweise im Ansteuermechanismus eine Ölströmung ausgebildet, welche den Druck auf einer Fläche eines beweglichen Elementes im Ansteuermechanismus verändert. In einer ersten Ausführung findet eine Druckerhöhung an einer Fläche eines beweglichen Elementes statt, welche das Element beschleunigt. In einer zweiten Ausführung findet eine Druckerniedrigung an einer Fläche eines beweglichen Elementes statt, welche das Element beschleunigt. In einem weiteren Schritt f) löst die Bewegung oder die nach der Bewegung eingenommene Stellung des beweglichen Elementes eine Verstellung weiterer Elemente im Ansteuermechanismus aus oder löst einen Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder verändert.
Vorzugsweise wird eine veränderte Stellung eines ersten beweglichen Elementes mit Hilfe einer Feder arretiert. Dabei drückt die Feder dieses erste Element auf ein anderes zweites Element, welches mindestens zwei zueinander im Winkel stehende Flächen aufweist. Die einzelnen Flächen dieses zweiten Elementes sind vorzugsweise auch abgerundet. In einer vorteilhaften Ausführung hat das erste Element eine Fläche, welche teilweise zur Fläche des zweiten Elementes komplementär ist. Bei Berührung des ersten Elementes mit dem zweiten Element entsteht durch die Berührung der zueinander komplementären Flächen eine Arretierung, welche die Beweglichkeit des ersten beweglichen Elementes hemmt oder komplett einschränkt. In einer bevorzugten Ausführung ist das zweite Element auch beweglich. In einer weiteren Ausführung wird das zweite Element über die Einwirkung des den Ansteuermechanismus erreichenden Druckimpulses bewegt. Über die veränderte Stellung des arretierten beweglichen Elementes wird die Lage oder die Geometrie des ölaufnehmenden Volumens des Ansteuermechanismus verändert. Das auf diese Art veränderbare Volumen des Ansteuermechanismus bewirkt, dass ein den Ansteuermechanismus erreichender Druckimpuls oder mehrere den Ansteuermechanismus zeitlich nacheinander erreichende Druckimpulse eine gegenüber einem zuvor den Ansteuermechanismus erreichenden Druckimpuls veränderte Ölströmung im Ansteuermechanismus verursachen. Somit lassen sich im Ansteuermechanismus über das Aussenden von Druckimpulsen vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus mehrere unterschiedliche Ölströmungen realisieren. Diese unterschiedlichen Ölströmungen verursachen über unterschiedliche Druckverteilungen an beweglichen und festen Elementen des Ansteuermechanismus unterschiedliche Kräfte. Vorzugsweise ist der Ansteuermechanismus so gestaltet, dass eine erste Ölströmung eine erste Bewegung eines Elementes von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung und eine zweite Ölströmung eine zweite Bewegung dieses Elementes von der zweiten Stellung zumindest in Richtung zu der ersten Stellung zurück bewirkt. Dies setzt vorraus, dass das bewegliche Element in einer ersten Stellung bzw. in einer zweiten Stellung arretiert oder durch einen Druck gehalten ist. Die Arretierung bzw. die Halterung durch den Druck löst sich, beispielsweise sobald sich eine erste bzw. eine zweite Ölströmung im Ansteuermechanismus einstellt.
Über das oben beschriebene Verfahren lässt sich über das Aussenden von Druckimpulsen vom Druckimpulsgenerator zum Ansteuermechanismus ein Hin- und Herbewegen eines Elementes bewirken. Dieses Hin- und Herbewegen eines Elementes löst ein Hin- und Herbewegen eines mit dem Ansteuermechanismus mechanisch in Verbindung stehenden Mechanismus aus, welcher über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder zu einem Wert hin zu einem anderen verändert.
Gemäß einem weiteren Gedanken wird ein Verfahren vorgeschlagen, bei dem ein Ansteuermechanismus eines einzelnen Zylinders einer Hubkolbenmaschine unabhängig von den Ansteuermechanismen der anderen Zylinder der Hubkolbenmaschine angesteuert wird mit folgendem zusätzlichen Schritt vor dem Schritt a):

0) Speicherung einer Ölmenge in dem Druckimpulsgenerator, welche bevorzugt zwei bis dreimal so groß ist wie die Ölmenge, welche für ein einfaches Umschalten aller Zylinder der Hubkolbenmaschine von einem ersten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zu einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt wird, sowie den nachfolgenden Schritten nach dem Schritt d):
g) Messung des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders durch ein Steuergerät,
h) Vergleich des gemessenen Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder gegenüber einem Sollverdichtungsverhältnis in diesem Zylinder,
i) Wiederholung der Ansteuerung des Ansteuermechanismus zum Steuern des veränderbaren Verdichtungsverhältnisses in diesem Zylinder, falls die Abweichung des gemessenen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem Sollverdichtungsverhältnis außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt.

Die im Weiteren beschriebenen Verfahrensschritte können ergänzend substituierend zu den bisher beschriebenen Schritten durchgeführt werden.
In einem Schritt wird ein Verdichtungsverhältnis eines einzelnen Zylinders durch das Steuergerät vorzugsweise über ein an das Steuergerät angeschlossenen Sensor ermittelt. In einem weiteren Korrekturschritt kann die Ansteuerung des Ansteuermechanismus zum Steuern eines veränderbaren Verdichtungsverhältnisses in diesem Zylinder wiederholt werden. Der Korrekturschritt wird durchgeführt, falls die Abweichung des gemessenen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem Sollverdichtungsverhältnis außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt.
Gemäß dieses Verfahrens ist ein Verstellen eines Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders über die separate Ansteuerung eines einzelnen Ansteuermechanismus unabhängig von den Ansteuermechanismen der übrigen Zylinder innerhalb der Hubkolbenmaschine realisiert. Dabei ist jedem einzelnen Ansteuermechanismus eines Zylinders ein einzelnes Ventil zugeordnet. Ein solches Ventil ist über ein Steuergerät steuerbar. Weiterhin wird in dem Druckimpulsgenerator eine Vorratsölmenge gespeichert, welche zwei bis dreimal so groß ist wie die Ölmenge, welche für ein einfaches Umschalten aller Zylinder der Hubkolbenmaschine von einem ersten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zu einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt wird. Durch ein Speichern einer Vorratsölmenge im Ölspeicherzylinder ist ein Ansteuern der Ansteuermechanismen der Zylinder mehrmals hintereinander möglich, ohne dass der Ölspeicherzylinder wiederbefüllt werden muss. Somit ist auch ein schnelles Korrigieren des Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder möglich.
Wird in einem Zylinder ein Verdichtungsverhältnis gemessen, welches von einem gewünschten Verdichtungsverhältnis um einen in einem Steuergerät hinterlegten Wert abweicht, so wird der Ansteuermechanismus in diesem Zylinder über mindestens einen Druckimpuls über das Durchschalten des Ventils ansgesteuert. Das gemessene von dem Sollwert abweichende Verdichtungsverhältnis wird dadurch korrigiert. Das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders wird zum Beispiel mit Hilfe von gemessen thermodynamischen Größen vorzugsweise in jedem Auslasskanal eines jeden Zylinders oder auch innerhalb des Zylinders gemessen. Es wird beispielsweise ein Lambdawert, eine Konzentration eines Gases im Abgas oder ein Zylinderinnendruck für jeden Zylinder gemessen. Anschließend werden die jeweiligen gemessenen Werte der einzelnen Zylinder miteinander verglichen. Vorzugsweise werden die gemessenen Lambdawerte der Lambdasonden der einzelnen Zylinder verglichen. Der Vergleich der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, und/oder eine weitere Auswertung der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, mit Hilfe von gespeicherten Motordaten ordnet den einzelnen Zylindern einzelne jeweilige Verdichtungsverhältnisse zu.
In einer weiteren Ausführung ist auch ein schnelles Hin- und Herschalten des Verdichtungsverhältnisses aller Zylinder möglich, sofern der befüllte Ölspeicherzylinder die dafür erforderliche Ölmenge speichern kann. Dieses schnelle Hin- und Herschalten aller Zylinder ist vor allem bei einer gering beschleunigten Fahrt auf der Autobahn gefolgt von einem Überholvorgang mit einer starken Beschleunigung und einem anschließenden ruhigen Fahren mit geringer Beschleunigung gewünscht.
Gemäß einem weiteren Gedanken ist ein Verfahren vorgesehen, mit welchem in einem Abgassystem, vorzugsweise in einem Auslasskanal eines Zylinders eine thermodynamische Größe, vorzugsweise ein Luftmengenverhältnis, gemessen wird. In Abhängigkeit des gemessenen Wertes der thermodynamischen Größe von einem Vergleichswert wird die Höhe und Dauer des Druckimpulses, welcher vom Druckimpulsgenerator erzeugt wird, verändert.
Dieses Verfahren eignet sich bei der Applikation des Ansteuermechanismus, wenn der Ansteuermechanismus am Pleuel oder Kolben montiert ist. Je nach der Länge der Ölverbindungen in und vor der Hubkolbenmaschine ergeben sich unterschiedliche Druckverluste des Druckimpulses. Über eine Variation der Höhe oder der Länge der Druckimpulse, welche von dem Druckimpulsgenerator generiert werden, kann ein solcher Druckverlust ausgeglichen werden. Der Betrag des Druckimpulses, welcher den Ansteuermechanismus erreicht, kann zum Beispiel mit Hilfe dieses Verfahrens auch bei unterschiedlicher Gestaltung der Hubkolbenmaschine in etwa gleich sein, d. h. beispielsweise um etwa nur 0,5 bar je nach Gestaltung der Hubkolbenmaschine abweichen. Weiterhin ermöglicht dieses Verfahren bei normalem Betrieb der Hubkolbenmaschine eine Anpassung an die Temperatur und die Viskosität des Öles, mit welchem der Ansteuermechanismus gesteuert ist. Auch eine Anpassung an die im Verlauf der Benutzung der Hubkolbenmaschine auftretende Erniedrigung der Federsteifigkeit der Feder ist mit diesem Verfahren möglich.
Eine weitere Ausführung des Verfahrens sieht vor kleine Massen an das bewegliche Element zu befestigen. Auf diese Weise kann eine Auslegung des Ansteuermechanismus im eingebauten Zustand erfolgen.
Gemäß einer weiteren Ausbildung des Verfahrens ist vorgesehen, dass im Druckimpulsgenerator die Druckimpulse auf pneumatisch-hydraulischer Art erzeugt werden. Dabei ist ein Ölspeicherzylinder mit einer Ölkammer und einer damit mechanisch verbunden Luftkammer vorgesehen. Der Öldruck in der Ölkammer wird über eine Beschleunigung und dadurch ausgelöste Bewegung eines Kolbens, welcher mit der Ölkammer in direkter Verbindung steht realisiert. Die Beschleunigung des Kolbens erfolgt über eine Kolbenstange, welche den Kolben des Ölspeicherzylinders mit einem Kolben einer von dem Ölspeicherzylinder durch eine Rollmembran abgedichteten Luftkammer verbindet. Der Kolben der Luftkammer wird über einen Druckanstieg in der Luftkammer beschleunigt. Der Druckanstieg in der Luftkammer erfolgt über das Aufschalten eines Luftdruckes, welcher in einem mit der Luftkammer verbundenen Druckluftbehälter herrscht. Der Luftdruck in dem Luftdruckbehälter wird von einem Kompressor erzeugt, welcher über einen Räder- oder Riementrieb mit der Hubkolbenmaschine verbunden ist oder über einen Elektromotor angetrieben wird.
Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen gehen aus den nachfolgenden Figuren hervor. Die folgenden Figuren zeigen ein Ausführungsbeispiel eines Ansteuermechanismus sowie mehrere Ausführungsbeispiele eines Druckimpulsgenerators und eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus. Die an den einzelnen Figuren hervorgehenden Einzelheiten und Merkmale sind jedoch nicht auf diese jeweilige Figur beschränkt. Vielmehr können ein oder mehr Merkmale mit einem oder mehr Merkmalen aus verschiedenen Figuren wie auch mit aus der obigen Beschreibung hervorgehenden Merkmalen zu neuen Ausgestaltungen verknüpft werden. Insbesondere dienen die nachfolgenden Ausführungen nicht als Beschränkungen des jeweiligen Schutzbereiches, sondern erläutern einzelne Merkmale sowie ihr mögliches Zusammenwirken untereinander.
Es zeigen:
1 eine Ausgestaltung einer Verstelleinrichtung zur Veränderung des Verdichtungsverhältnisses mit einem entsprechend gestalteten Pleuel,
2 eine Querschnittsansicht des Pleuels aus 1 entlang der Schnittlinie II-II,
3 eine Schnittansicht des Pleuels von 1 entlang der Schnittlinie III-III mit einer verdeutlichenden Ansicht von Dämpfungsvolumina,
4 einen Querschnitt eines Ansteuermechanismus, wobei die linke Bildhälfte einen Querschnit eines Ansteuermechanismus in einer ersten Stellung und die rechte Bildhälfte einen Querschnit eines Ansteuermechanismus in einer zweiten Stellung zeigt,
5 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle,
6 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle mit einem Rückschlagventil zwischen dem Ölspeicherzylinder und der Motorölpumpe,
7 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle mit einem Rückschlagventil zwischen dem Ölspeicherzylinder und der Motorölpumpe und einer Feder in dem Ölspeicherzylinder,
8 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle mit einem Rückschlagventil zwischen dem Druckimpulsgenerator und den einzelnen Hauptlagern der Kurbelwelle,
9 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle mit jeweils einem Rückschlagventil zwischen dem Druckimpulsgenerator und den einzelnen Hauptlagern der Kurbelwelle,
10 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle ohne einem Ventil zwischen dem Druckimpulsgenerator und den einzelnen Hauptlagern der Kurbelwelle,
11 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems eines Ansteuermechanismus von einem Druckimpulsgenerator zu einem Pleuellagerzapfen einer Kurbelwelle ohne einem Ventil zwischen dem Druckimpulsgenerator und den einzelnen Hauptlagern der Kurbelwelle und ohne eine zusätzliche direkte ölführende Verbindung zwischen der Motorölpumpe und dem Ölspeicherzylinder,
12 einen beispielhaften schematischen Schaltplan für eine Ölversorgung von einem Druckimpulsgenerator zu einer Kurbelwelle mit einem Stufenkolben als Druckimpulsgenerator,
13 einen Pleuel mit einem am großen Pleuelauge angeordneten Schaltelement,
14 ein hydraulisches Wegeventil für die hydraulische Steuerung eines Arbeitsraumes in einem Pleuel,
15 mit einer Schubstange verbundene Kurvenscheibenelemente,
16 ein Zusammenwirken von einem Schaltelement und einer Funktionsfläche ”rück lauf” und einer Funktionsfläche ”vorlauf” in einer Seitenansicht,
17 ein Zusammenwirken von einem Stellmotor und einem Kurvenscheibenelement,
18 ein Zylinderkurbelgehäuse mit einem Ölwannenoberteil und einer Betätigungseinheit,
19 mit einer Verbindungsplatte verbundene Kurvenscheibenelemente,
20 eine Draufsicht einer Kurvenscheibeneinheit mit einem Ölwannenoberteil,
21 eine Seitenansicht eines Ölwannenoberteils mit einem Stellmotor und einer Verbindungsplatte einer Kurvenscheibeneinheit,
22 einen Stellmotor mit einem Anlenkexzenter,
23 ein Zusammenspiel zwischen einem Schaltelement und einer Funktionsfläche,
24 eine Verbindung zwischen einem Ölwannenoberteil und einer Kurvenscheibeneinheit.
Zur Ausführung einer Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses einer Hubkolbenmaschine wird im Umfang dieser Offenbarung auf den vollständigen Inhalt der DE 10 2005 055 199 A1 der Anmelderin verwiesen. Die folgenden Beschreibungen der 1 bis 3 enthält Inhalte des Standes der Technik, welcher in der Druckschrift DE 10 2005 055 199 A1 offenbart ist.
1 zeigt eine Ausgestaltung, mittels der eine einstellbare Änderung eines Verdichtungsverhältnisses bei einer Hubkolbenverbrennungskraftmaschine ermöglicht ist. Ein Pleuel 17 weist ein großes Pleuellagerauge 3 und ein kleines Pleuellagerauge 2 auf. In dem kleinen Pleuellagerauge 2 ist wiederum ein Exzenter 5 angeordnet, der drehbar gelagert ist. Der Exzenter 5 weist eine Bohrung 18 zur Aufnahme eines Kolbenbolzens auf. An einer Außenfläche weist der Exzenter 5 eine Verzahnung 19 auf. Mit dieser Verzahnung 19 ist der Exzenter 5 mit einem Hebelsystem 20 verbunden, das als Abstützmechanik und vorzugsweise auch als Rücklaufsperre wirkt. Das Hebelsystem 20 weist einen ersten Hebel 21 und einen zweiten Hebel 22 auf. Über das Hebelsystem 20 sind die beiden Hebel 21, 22 fest miteinander gekoppelt. Über die Verzahnung 19 wiederum sind die Hebel 21, 22 somit auch drehfest mit dem Exzenter 5 verbunden.
Aus 1 ist weiterhin zu entnehmen, dass das Hebelsystem 20 axial geführt ist. Ferner weist das Hebelsystem 20 Verbindungsgelenke 24 auf. Über die Verbindungsgelenke 24 sind Stangen 25 angelenkt. Im Pleuel 17 wiederum sind Stützzylinderbohrungen 26 angeordnet. In diesen werden Kolben 27 geführt, an denen die Stangen 25 angelenkt sind. Durch diese Anordnung steht ein jeweiliger Hub der beiden Kolben in direkter Beziehung zu einem Verdrehwinkel des Exzenters 5. Die Stützzylinderbohrungen 26 im zweiten Pleuel 27 sind durch Rückschlagventile 28 zum großen Pleuellagerauge 3 hin verschlossen, so dass jeweils ein Arbeitsraum 29 gebildet wird. Der Arbeitsraum kann somit als Dämpfungsvolumen wie auch als Abstützung im Falle einer Rücklaufsperre dienen. Im großen Pleuellagerauge 3 sind Pleuellagerschalen 6 angeordnet. Die Pleuellagerschalen 6 sind mit Durchbrüchen 7 versehen. Da die Lagerschalen 6 mit einer umlaufenden Nut versehen sind, die in Verbindung mit einer Ölversorgung über die Kurbelwelle steht, liegt in der Nut zu jedem Zeitpunkt ein Öldruck an. Dieser Öldruck überträgt sich zu jedem Zeitpunkt auf die Rückschlagventile 28. Diese öffnen sich bzw. sind verschlossen in Abhängigkeit von dem im Arbeitsraum 29 vorliegenden Arbeitsdruck.
2 zeigt einen Längsschnitt durch das Pleuel 17 entlang der Schnittlinie II-II aus 1. Es ist eine erste horizontale Symmetrielinie 9 einer Bohrung 10 für einen Kolbenbolzen gezeigt. Weiterhin ist eine zweite horizontale Symmetrielinie 11 eines Kurbelzapfenaufnahmeraumes 12 gezeigt. Ein kürzest möglicher Abstand zwischen der ersten Symmetrielinie 9 und der zweiten Symmetrielinie 11 ist als erste effektive Länge l_eff1 des Pleuels 17 bezeichnet. Des Weiteren ist eine horizontale Positionslinie 13 der ersten Symmetrielinie 9 in 2 eingezeichnet. Die erste Symmetrielinie 9 ist mit der horizontalen Positionslinie 13 deckungsgleich, falls die effektive Länge des Pleuels 17 l_eff2 sein soll. Der ersten effektiven Länge l_eff1 des Pleuels 17 ist ein erstes Verdichtungsverhältnis eines Zylinders und/oder der Hubkolbenmaschine zugeordnet. Der zweiten effektiven Länge l_eff2 des Pleuels 17 ist ein zweites Verdichtungsverhältnis eines Zylinders und/oder der Hubkolbenmaschine zugeordnet. Zum Verstellen der effektiven Länge des Pleuels 17 weist das Pleuel 17 mehrere Elemente auf. Im oberen Bereich in der Nähe des kleinen Pleuellagerauges 2 weist das Pleuel 17 ein Schaltelement 31 als Umschaltventil und einen Ansteuermechanismus 41 zum Ansteuern des Schaltelementes 31 auf. Das Schaltelement 31 ist als 3/2-Wegeventil aufgebaut. Es ist quer zum Pleuel 17 verschiebbar angeordnet. Mittels eines Rastmechanismus 32 kann das Schaltelement 31 in eine erste Raststellung und in eine zweite Raststellung verfahren werden. In 2 ist das Schaltelement 31 in der ersten Raststellung gezeigt. Hierzu ragt das Schaltelement 31 zumindest an einer Oberfläche des zweiten Pleuels 17 heraus. Ein Einrasten in einender beiden Raststellungen wird gemäß des hier dargestellten Rastmechanismus 32 über eine federbeaufschlagte Kugel 33 ermöglicht, die in entsprechende Vertiefungen des Schaltelementes 31 eingreift. Das Schaltelement 31 ist hier dargestellt in Form eines Ventilkörpers. Vorzugsweise ist eine derartige Vertiefung eine umlaufende Nut im Schaltelement 31. In der Pleuelstange 8 sind verschiedene Verbindungsbohrungen 34 angeordnet, die unterschiedliche Funktionen haben können. Eine Freischaltung bzw. ein Verschließen dieser Verbindungsbohrungen 34 erfolgt überein Schalten des Schaltelementes 31, welches mit den Verbindungsbohrungen 34 gekoppelt ist. Auf diese Weise wird bei der im Pleuel 17 verwirklichten Ausgestaltung über das 3/2-Wegeventil ermöglicht, dass die Arbeitsräume 29 jeweils abwechselnd, nicht aber gleichzeitig geöffnet werden. Durch Zu- bzw. Abfluss kann damit eine Dämpfung bewirkt werden. Der Pleuel weist jeweils eine Drosselblende 34.1 in den Verbindungsbohrungen 34 auf, durch welche sich ein eingestellter Widerstand ergibt, der auf den Exzenter 5 einwirkt.
3 zeigt eine Schnittansicht entlang des durch die Schnittlinie III-III in 1 dargestellten Pleuels 17. 3 zeigt neben einer Lage der Arbeitsräume 29 auch die dazu relative Lage der Verbindungsbohrungen 34. Zwischen den Verbindungsbohrungen 34 und den Arbeitsräumen 29 sind Überführungen 35 als Querverbindungen angeordnet.
Die Funktionsweise des zweiten Pleuels 17 zur Einstellung eines anderen Verdichtungsverhältnisses wird im Folgenden am Beispiel einer Einstellung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses erläutert. Wird im Motorbetrieb ein niedriges Verdichtungsverhältnis gewünscht, so wird das 3/2-Wegeventil in die in 2 dargestellte Stellung gebracht. In denjenigen Motorphasen, in denen Druckkräfte auf dem Pleuel 17 lasten, baut sich in dem ersten Arbeitsraum 29.1 ein Druck auf. Eine Steuerkante 35 des Schaltelementes 31 gibt eine Abflussbohrung 36 frei. Dadurch kann das sich im ersten Arbeitsraum 29.1 befindliche Öl verdrängt werden. Gleichzeitig wird frisches Öl in den zweiten Arbeitsraum 29.2 hineingesaugt. Der Exzenter 5 kann sich somit in Richtung des Pfeils 37 in 1 verdrehen. Kehrt sich eine Triebwerkskraft um, bevor der zweite Kolben 27.2 den durch einen Verschlussstopfen 38 gebildeten mechanischen Anschlag erreicht, kommt eine Eintauchbewegung kurzfristig zum Erliegen, bis wieder eine Druckkraft auf dem zweiten Pleuel 17 lastet. Eine Verdrehung des Exzenters 5 in Gegenrichtung ist nicht möglich, da der erste Arbeitsraum 29.1 verschlossen ist und der erste Kolben 27.1 nicht eintauchen kann. Je nach Auslegung von einem oder mehreren hydraulischen Widerstanden und einer Größe der Triebwerkskräfte kann sich daher ein Eintauchvorgang über mehrere Arbeitsspiele erstrecken. Der hydraulische Widerstand wird vorzugsweise durch die Verbindungsleitung oder durch eine darin befindliche Drosselstelle gebildet. Ein Verstellvorgang ist vorzugsweise beendet, wenn der zweite Kolben 29.2 am Rückschlagventil 28 angekommen ist.
4 zeigt in der linken Bildhälfte den rechten Teil eines Ansteuermechanismus 41 in 2 zum Auslösen einer Verstelleinrichtung 40, welche über die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine das Verdichtungsverhältnis in einem Zylinder verändert, wobei der Ansteuermechanis 41 über Druckimpulse, welche nur über eine einzige Ölzufuhr 44 zum Ansteuermechanismus 41 gelangen, gesteuert wird.
Der Ansteuermechanismus 41 umfasst ein erstes bewegliches Element 43, ein zweites bewegliches Element 80, eine Feder 81, einen Rahmen 82, eine Ölzufuhr 44, eine Ölleitung 46, ein erstes veränderbares Volumen 45 zum Befüllen und Entleeren von Öl, eine obere Kante 84, eine untere Kante 85, eine erste Aussparung 86, eine zweite Aussparung 87 und ein zweites veränderbares Volumen 88 zum Befüllen und Entleeren von Öl. Der Ansteuermechanismus 41 befindet sich mit seinem Rahmen 82 ortsfest an einem Pleuel 42 der Hubkolbenmaschine. Das erste veränderbare Volumen 45 wird um die Erste Aussparung 86 vergrößert, wenn die Erste Aussparung 86 frei liegt. Das zweite veränderbare Volumen 88 wird um die Zweite Aussparung 87 vergrößert, wenn die zweite Aussparung 87 frei liegt.
Die linke Bildhälfte von 4 zeigt das erste bewegliche Element 43 in der ersten Stellung 58. Das erste bewegliche Element 43 berührt das Schaltelement 31, welches in 2 abgebildet ist. Die Stellung des Schaltelementes 31 in der linken Bildhälfte von 4 entspricht der abgebildeten ersten Raststellung des Schaltelementes 31 in 2.
Gemäß der Beschreibung der 1 bis 3 kann mittels des Rastmechanismus 32 das Schaltelement 31 in einer ersten und in einer zweiten Raststellung eingerastet werden. Der ersten Raststellung ist gemäß den Beschreibungen der 1 bis 3 ein erstes Verdichtungsverhältnis und der zweiten Raststellung ein zweites vom ersten verschiedenes Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zugeordnet. Über die Kopplung des Schaltelementes 31 mit dem ersten beweglichen Element 43 des Ansteuermechanismus 41 ist der ersten Stellung 58 des ersten beweglichen Elementes 43 ein erstes Verdichtungsverhältnis zugeordnet.
Gelangt über die Ölzufuhr 44 ein Druckimpuls 54 in die Ölleitung 46, so wird an dem zweiten beweglichen Element 80 ein Druck aufgebaut, welcher das zweite Element 80 nach rechts zum Befestigungspunkt der Feder 81 bewegt. Damit ist das erste Element 43 nicht mehr bezüglich einer Bewegung in Richtung der oberen Kante 84 arretiert und kann sich innerhalb des Rahmens 82 zur oberen Kante 84 bewegen. Da das erste Element 43 eine Massenträgheit aufweist, wird es bei der oszillierenden Bewegung des Rahmens 82, welcher ortsfest gegenüber dem Pleuel 42 oder Kolben ist, eine zum Rahmen 82 relative Beschleunigung erfahren. Das erste Element 43 bewegt sich demzufolge während einer Rotation der Kurbelwelle in Richtung der oberen Kante 84 des Rahmens 82 und schlägt an der oberen Kante 84 an. Das erste Element 43 ist mit dem Schaltelement 31 der Verstelleinrichtung 40 verbunden. Die Aufwärtsbewegung des Elementes 43 in Richtung der oberen Kante 84 ist mit einer Bewegung des Schaltelementes 31 gekoppelt. Bewegt sich das erste Element 43 nach oben bis zum Anschlag an die obere Kante 84, so bewegt sich das Schaltelement 31 in Richtung des Pfeils 91. Sobald sich das erste Element 43 in der Nähe der oberen Kante 84 befindet, wird das zweite Element 80 von der Feder 81 in die Zweite Aussparung 87 des ersten Elementes 43 gedrückt. Diese Stellung ist in der rechten Bildhälfte von 4 dargestellt. Das erste Element 43 ist in dieser Stellung durch die Feder 81 arretiert, d. h. das erste Element 43 kann nicht relativ zum Rahmen 82 durch die oszillierende Bewegung des Pleuels oder Kolben bewegt werden. Diese Stellung entspricht einer zweiten Stellung 59 des ersten beweglichen Elementes 43. Befindet sich das erste bewegliche Elemente 43 in der zweiten Stellung 59, so ist das Schaltelement 31 in der zweiten Raststellung arretiert.
Über die Kopplung des Schaltelementes 31 mit dem ersten beweglichen Element 43 des Ansteuermechanismus 41 ist damit der zweiten Stellung 59 des ersten beweglichen Elementes 43 ein zweites Verdichtungsverhältnis zugeordnet.
Erreicht ein zweiter Druckimpuls 54 den in 4 gezeigten Teil der Ansteuereinheit, so wird ausgehend von der in der rechten Bildhälfte der 4 gezeigten zweiten Stellung 59 des ersten beweglichen Elementes 43 dieser Druckimpuls 54 durch das zweite veränderbare Volumen 88 zum Befüllen und Entleeren von Öl zum zweiten Element 80 geleitet. Dieser Druckimpuls 54 bewirkt ein Lösen der Arretierung des zweiten Elementes 80 gegenüber dem ersten Element 43, d. h. das erste Element 43 kann sich innerhalb des Rahmens 82 bewegen. Über die oszillierende Bewegung des Rahmens 82 gelangt das erste Element 43 an die untere Kante 85 und schlägt dort an, siehe linke Bildhälfte der 4. Die Abwärtsbewegung des ersten Elementes 43 in Richtung der unteren Kante 85 ist mit einer Bewegung des Schaltelementes 31 gekoppelt. Die Steuerkante 89 des ersten Elementes 43, welche in 2 abgebildet ist, bewirkt im Zusammenwirken einer Abwärtsbewegung des ersten Elementes 43 in Richtung der unteren Kante 85 ein Schieben des Schaltelementes 31 in die Richtung des Pfeils 90.
Sobald sich das erste Element 43 in der Nähe der unteren Kante 85 befindet, wird das zweite Element 80 von der Feder 81 in die zweite Aussparung 87 des ersten Elementes 43 gedrückt. Dadurch ist das erste Element 43 in dieser Stellung arretiert, d. h. das erste Element 43 kann nicht relativ zum Rahmen 82 durch die oszillierende Bewegung des Pleuels oder Kolben bewegt werden. Diese Stellung entspricht der ersten Stellung 58 des ersten beweglichen Elementes 43.
Befindet sich das erste bewegliche Element 43 in der ersten Stellung 58, so ist das Schaltelement 31 in der ersten Raststellung arretiert. Dieser ersten Raststellung des Schaltelementes 31 ist ein erstes Verdichtungsverhältnis zugeordnet. Über die Kopplung des Schaltelementes 31 mit dem ersten beweglichen Element 43 des Ansteuermechanismus 41 ist damit der ersten Stellung 58 des ersten beweglichen Elementes 43 wieder das erste Verdichtungsverhältnis zugeordnet.
5 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 47 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 52 über eine Ölverbindung 51 zu einem Pleuellagerzapfen 104 einer Kurbelwelle 53. Die Ölverbindung 51 umfasst einen Teil eines Ölstranges 57 zwischen einem Kurbelwellenlager 71 und einer Motorölpumpe, ein Kurbelwellenlager 71 und eine Bohrung 103. Die Kurbelwelle 53 ist in den Kurbelwellenlagern 71 gelagert, von denen aus Öl über die Bohrungen 103 zu den Pleuellagerzapfen 104 gelangt. Die Ansteuerungsmechanismen zum Verändern der Verdichtungsverhältnisse in den einzelnen Zylindern sind hydraulisch mit je einem Pleuellagerzapfen 104 eines Zylinders verbunden.
Der Druckimpulsgenerator 52 ist über eine Ölverbindung 50 und eine Motorölpumpe 72 mit einem Ölreservoir 48 verbunden.
Die Motorölpumpe 72 ist vorzugsweise als volumenstromgeregelte Hydraulikpumpe, vorzugsweise eine Hydraulikpumpe mit fester Drehrichtung, ausgeführt. Ein Abschnitt der Ölverbindung 50 wird durch eine Ölverteilergalerie 107 gebildet. Von dort fließt das Öl in Ölsträngen 57 zur Kurbelwelle 53 und in eine Ölleitung 109 zu den übrigen Verbrauchern. Das Schmierölversorgungssystem 55 der Hubkolbenmaschine umfasst das Ölreservoir 48, die Motorölpumpe 72, die Ölverteilergalerie 107, die Ölverbindung 50 und die Ölstränge 57.
Der Druckimpulsgenerator 52 umfasst ein Befüllventil 69, einen Luftkompressor 62 mit einem Elektromotor 66, einen Druckluftbehälter 63, ein elektrisch betätigtes Ventil 110, einen Ölspeicherzylinder 64, eine Sammelleitung 114 und Ventile 115. Der Luftkompressor 62 kann sowohl ein- als auch zweistufig ausgeführt werden und sollte einen Druck von circa 10 bar liefern.
Wird nun ein Druckimpuls 116 für den Ansteuermechanismus 41 zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder benötigt, schaltet ein elektrisch betätigtes Ventil 110, vorzugsweise ein 3/2-Wege-Ventil, den Druck des Luftdruckbehälters 63 auf die Luftkammer 65 des Ölspeicherzylinders 64. Die Luftkammer 65 ist mittels des Kolbens 111 von der Ölkammer 112, die mit Motoröl gefüllt ist und vor dem Schaltvorgang unter Motoröldruck steht, getrennt. Der Kolben 111 befindet sich im luftseitigen Anschlag. Ein Befüllventil 69 in der Leitung 113 ist zum Zeitpunkt des Ansteuerns geschlossen. Der Kolben 111 schiebt das Öl in die Sammelleitung 114 und durch die geöffneten Ventile 115 in die einzelnen Ölverbindungen 51, wo der Druck vor den Kurbelwellenlagern 71 ansteigt. Ein Rückschlagventil 56 in dem Ölstrang 57 verhindert ein Zurückströmen in die Ölverbindung 50.
Der Druckimpuls 116 dauert circa 0,5 Sekunden. Diese Dauer soll gewährleisten, dass innerhalb dieser Zeit eine Betätigung der Ansteuermechanismen 41 erfolgt. In dieser Zeit strömt etwa der doppelte Ölvolumenstrom in ein Kurbelwellenlager 71 ein im Vergleich zum Betrieb der Hubkolbenmaschine, wenn die Ventile 115 nicht geöffnet sind und kein Druckimpuls 116 ein Ansteuermechanismus 41 erreichen soll. Dieser doppelt so große Ölstrom kommt vorzugsweise ausschließlich vom Ölspeicherzylinder 64. Die Ölmenge für einen Schaltvorgang beträgt für einen Reihenvierzylinidermotor circa 350–400 ml. Nach 0,5 Sekunden schließen die Ventile 115. Die Ölkammer 112 wird danach sofort wieder mit Öl befüllt, indem das Befüllventil 69 unmittelbar öffnet. Das Ventil 110 entleert gleichzeitig die Luftkammer 65. Die Wiederauffüllung dauert bis zu 1 Sekunde. Während des Befüllvorgangs regelt die Motorölpumpe 72 den erhöhten Ölbedarf nach.
6 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 247 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 252 über eine Ölverbindung 251 zu einem Pleuellagerzapfen 204 einer Kurbelwelle 253. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 247 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 247 analog wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 5 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 5 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 200 höher.
Das aus 5 hervorgehende Befüllventil 69 des derartigen Ölversorgungssystems 47 ist im Unterschied in der 6 durch ein Befüllrückschlagventil 269 ersetzt. Diese Ausführungsform ermöglicht eine einfachere Konstruktion der Ölzufuhr des Druckimpulsgenerators 252. Alternativ kann das einfache nichtgesteuerte Rückschlagventil 269 auch durch ein gesteuertes Rückschlagventil ersetzt werden.
7 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 347 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 352 über eine Ölverbindung 351 zu einem Pleuellagerzapfen 304 einer Kurbelwelle 353. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 347 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 247, welches in 6 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 347 analog wie das Ölversorgungssystem 247, welches in 6 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 6 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 6 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 100 höher.
Im Unterschied zu dem aus 6 hervorgehenden Ölversorgungssystem 247 weist der Ölspeicherzylinder 364 gemäß 7 zusätzlich eine Rückstellfeder 326 auf. Die Rückstellfeder 326 kann ein schnelleres und sichereres Auffüllen des Ölspeicherzylinders 364 nach dem Erzeugen eines Druckimpulses 354 gewährleisten. Die Rückstellfeder 326 ist vorzugsweise mit einer mehrstufigen Federsteifigkeit ausgeführt, um ein Beschleunigen des Kolbens 311 aus der Ruhelage zum Erzeugen eines Druckimpulses 354 zu erleichtern.
8 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 447 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 452 über eine Ölverbindung 451 zu einem Pleuellagerzapfen 404 einer Kurbelwelle 453. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 447 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 447 analog wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 5 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 5 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 400 höher.
Die aus 5 hervorgehenden Ventile 115 des derartigen Ölversorgungssystems 47 sind im Unterschied in der 8 durch ein Druckimpulsrückschlagventil 415 ersetzt. Diese Ausführung ist einfacher als eine Ausführung mit vier gesteuerten Ventilen.
9 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 547 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 552 über eine Ölverbindung 551 zu einem Pleuellagerzapfen 504 einer Kurbelwelle 553. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 547 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 447 analog wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 5 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 5 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 500 höher.
Die aus 5 hervorgehenden Ventile 115 des derartigen Ölversorgungssystems 47 sind im Unterschied in der 9 durch jeweils ein Druckimpulsrückschlagventil 515 ersetzt. Die Druckimpulsrückschlagventile 515 können in einer nichtgesteuerten oder gesteuerten Ausführung vorliegen. Im Falle einer nicht gesteuerten Ausführung ist die unabhängige Ansteuerung eines einzelnen Ansteuermechanismus 41 eines einzelnen Zylinders nicht möglich. Im Falle, dass die Druckimpulsrückschlagventile 515 in einer gesteuerten Ausführung vorliegen, ist es möglich ein Ansteuermechanismus 41 eines einzelnen Zylinders separat anzusteuern, um zum Beispiel eine Fehlschaltung eines Zylinders beim Umschalten von einem Verdichtungsverhältnis in ein anderes zu kompensieren. Mit Hilfe von gesteuerten Druckimpulsrückschlagventilen 515 bei denen vorzugsweise das Öffnen bei Ansteuerung verhindert wird, ist es möglich ein Umschalten von einem Verdichtungsverhältnis in ein anderes ohne eine Ansteuerung der Druckimpulsrückschlagventile 515 durchzuführen, was die Systemträgheit verringert. Nur falls eine Fehlschaltung eines Zylinders beim Umschalten von einem Verdichtungsverhältnis in ein anderes kompensiert werden soll, so werden die Ventile angesteuert, deren Zylinder nicht fehlgeschaltet sind. Die übrigen Druckimpulsrückschlagventile 515, welche nicht angesteuert sind, öffnen und bewirken bei den zugehörigen Zylindern ein Umschalten von einem Verdichtungsverhältnis in ein anderes, d. h. sie kompensieren die vorherige Fehlschaltung.
Eine Fehlschaltung wird detektiert, indem das Verdichtungsverhältnis jedes einzelnen Zylinders indirekt bestimmt wird und das so bestimmte Verdichtungsverhältnis vor dem Erzeugen eines Druckimpulses 516 gegenüber dem Verdichtungsverhältnis nach dem Erzeugen eines Druckimpulses 516 verglichen wird. Sind die beiden so bestimmten Verdichtungsverhältnisse gleich, so liegt eine Fehlschaltung vor. Das Verdichtungsverhältnis kann folgendermaßen bestimmt werden. Es werden thermodynamische Größen vorzugsweise in jedem Auslasskanal jedes einzelnen Zylinders oder auch innerhalb des Zylinders gemessen. Es wird ein Lambdawert, eine Konzentration eines Gases im Abgas oder ein Zylinderinnendruck für jeden Zylinder gemessen. Anschließend werden die jeweiligen gemessenen Werte der einzelnen Zylinder miteinander verglichen. Vorzugsweise werden die gemessenen Lambdawerte der Lambdasonden der einzelnen Zylinder verglichen. Der Vergleich der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, und/oder eine weitere Auswertung der gemessenen Werte, vorzugsweise der Lambdawerte, mit Hilfe von gespeicherten Motordaten ordnet den einzelnen Zylindern einzelne jeweilige Verdichtungsverhältnisse zu.
10 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 647 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 652 über eine Ölverbindung 651 zu einem Pleuellagerzapfen 604 einer Kurbelwelle 653. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 647 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 647 analog wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 5 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 5 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 600 höher.
Die aus 5 hervorgehenden Ventile 115 des derartigen Ölversorgungssystems 47 sind im Unterschied in dem in der 10 gezeigten Ölversorgungssystem 647 nicht enthalten. Diese Ausführung ist einfacher als eine Ausführung mit vier gesteuerten Ventilen 115.
11 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 747 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 752 über eine Ölverbindung 751 zu einem Pleuellagerzapfen 704 einer Kurbelwelle 753. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 747 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 647, welches in 10 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 747 analog wie das Ölversorgungssystem 647, welches in 10 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 10 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 10 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 100 höher.
Die aus 10 hervorgehende Ölleitung 613 und das Befüllventil 669 des derartigen Ölversorgungssystems 47 sind im Unterschied in dem in der 11 gezeigten Ölversorgungssystem 747 nicht enthalten. Die Befüllung des Ölspeicherzylinders 764 nach dem Erzeugen eines Druckimpulses 716 erfolgt über die Ölstränge 757, die Rückschlagventile 756, die Ölverbindung 751 und die Sammelleitung 714.
12 zeigt beispielhaft einen schematischen Schaltplan für einen Abschnitt eines Ölversorgungssystems 847 eines Ansteuermechanismus 41 von einem Druckimpulsgenerator 852 über eine Ölverbindung 851 zu einem Pleuellagerzapfen 804 einer Kurbelwelle 853. Dieser Abschnitt des Ölversorgungssystems 847 weist teilweise dieselben Komponenten auf wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Vom Prinzip funktioniert das Ölversorgungssystem 847 analog wie das Ölversorgungssystem 47, welches in 5 abgebildet ist. Die Bezugszeichen der Komponenten, welche mit den in 5 abgebildeten Komponenten korrespondieren, sind im Vergleich zu den Bezugszeichen der in 5 abgebildeten Komponenten um einen Wert von 800 höher.
Die aus 5 hervorgehende pneumatische Erzeugung eines Druckimpulses 116 des derartigen Ölversorgungssystems 47 ist im Unterschied in der 12 durch eine hydraulische Erzeugung des Druckimpulses 816 mit Hilfe eines Stufenkolbens 830 ersetzt. Der Druckimpulsgenerator 852 umfasst ein Ventil 829, welches vorzugsweise elektrisch betätigbar ist, einen Stufenkolben 830, eine Sammelleitung 814 und Ventile 815.
Wird nun ein Druckimpuls 816 für den Ansteuermechanismus 841 zur Verstellung eines Verdichtungsverhältnisses in einem Zylinder benötigt, schaltet ein elektrisch betätigtes Ventil 829 den Druck der Motorölpumpe 872 über die Ölverbindung 850 auf den Stufenkolben 830. Der Stufenkolben 830 besitzt zwei Kolben mit unterschiedlichen Kolbendurchmessern, sodass eine Verstärkung des Druckes, welcher von der Motorölpumpe 872 generiert wird erfolgt.
Der Stufenkolben 830 schiebt das Öl in die Sammelleitung 814 und durch die geöffneten Ventile 815 in die einzelnen Ölverbindungen 851, wo der Druck vor den Kurbelwellenlagern 871 ansteigt. Ein Rückschlagventil 856 in dem Ölstrang 857 verhindert ein Zurückströmen in die Ölverteilergalerie 807.
Der Druckimpuls 816 dauert circa 0,5 Sekunden. Diese Dauer soll gewährleisten, dass innerhalb dieser Zeit eine Betätigung der Ansteuermechanismen 841 erfolgt. In dieser Zeit strömt etwa der doppelte Ölvolumenstrom in ein Kurbelwellenlager 871 ein im Vergleich zum Betrieb der Hubkolbenmaschine, wenn die Ventile 815 nicht geöffnet sind und kein Druckimpuls 816 ein Ansteuermechanismus 841 erreichen soll. Dieser doppelt so große Ölstrom kommt vorzugsweise ausschließlich vom Stufenkolben 830. Die Ölmenge für einen Schaltvorgang beträgt für einen Reihenvierzylinidermotor circa 350–400 ml. Nach 0,5 Sekunden schließen die Ventile 815. Die Befüllung des Stufenkolbens 830 nach dem Erzeugen eines Druckimpulses 816 erfolgt über den Ölstrang 857, die Rückschlagventile 856, die Ölverbindung 851 und die Sammelleitung 814.
13 zeigt einen Pleuel 1000, bei welchem ein Schaltelement 1001 am großen Pleuelauge 1002 angeordnet ist. Eine Verstelleinrichtung zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnisses ist an dem kleinen Pleuelauge des Pleuels 1000 angeordnet. Diese Verstelleinrichtung ist in 13 durch einen Kolben 1006 verdeckt. Insbesondere kann das Schaltelement 1001 in die Pleuelkappe 1003 integriert sein. Des Weiteren kann ein Kurvenscheibenelement 1004 zur Betätigung des Schaltelementes 1001 unterhalb der Kurbelwelle der Hubkolbenmaschine angeordnet sein. Insbesondere ist für jeden Pleuel eines Zylinders der Hubkolbenmaschine ein Kurvenscheibenelement vorgesehen. Die einzelnen Kurvenscheibenelemente der jeweiligen Zylinder sind vorzugsweise zu einem vormontierten Modul 1005 zusammengefasst. Das in 13 dargestellte Modul 1005 ist für einen 6-Zylinder-Reihenmotor vorgesehen.
14 zeigt ein hydraulisches Wegeventil 1010 für die hydraulische Steuerung eines Arbeitsraumes, wie er zum Beispiel in 1 als Arbeitsraum 29.1 bzw. 29.2 ausgeführt ist. Insbesondere gibt das hydraulische Wegeventil 1010 eine jeweils zu einem Arbeitsraum zugeordnete Abflussbohrung frei. Eine solche Abflussbohrung ist zum Beispiel in 2 als Abflussbohrung 36 dargestellt. Das hydraulische Wegeventil 1010 weist mindestens 2 Schaltstellungen auf. In einer Patentanmeldung der Anmelderin FEV GmbH vom gleichen Anmeldetage 30.07.2012 mit dem Titel „Hydraulischer Freilauf für variable Triebwerksteile sind unterschiedliche Möglichkeiten der Verschaltung eines hydraulischen Wegeventils beschrieben. Auf diese Anmeldung wird hinsichtlich einer möglichen Ausgestaltung der hydraulischen Schaltung im Pleuel wie auch der Gestaltung der Schaltung im Pleuel vollinhaltlich im Rahmen der Offenbarung dieser vorliegenden Anmeldung verwiesen. In einer speziellen Ausführungsform ist das Wegeventil 1010 über das Schaltelement 1011 gesteuert. Dabei kann durch eine Bewegung des Schaltelementes 1011 das Wegeventil 1010 in eine bestimmte Schaltstellung überführt werden. Dabei ist sowohl eine monostabile als auch eine bistabile Konfiguration möglich.
Weiterhin zeigt 14 eine Ausgestaltung eines hydraulischen Wegeventiles als 3/2-Wegeventils mit einem Schaltelement 1011, welches insbesondere in dem Pleuellagerdeckel 1003 integriert sein kann. Die 3/2-Wegeventilfunktion wird hierbei durch das Zusammenwirken von einem ersten 2/2-Wegeventil 1012 und einem zweiten 2/2-Wegeventil 1013 realisiert. Die 2/2-Wegeventile 1012 und 1013 können als Sitzventile ausgeführt werden, zum Beispiel durch ein Kugelrückschlagventil, welches über einen Stößel aufgedrückt werden kann. Ein erster Stößel 1014 ist dem ersten 2/2-Wegeventil 1012 zugeordnet. Weiterhin ist ein zweiter Stößel 1015 dem zweiten 2/2-Wegeventil 1013 zugeordnet. Die beiden Stößel 1014 und 1015 sind durch das Schaltelement 1011 steuerbar. Das Schaltelement kann mittels einer Rastvorrichtung 1016 in einer bestimmten Schaltstellung festgehalten werden. Die Rastvorrichtung 1016 kann über ein federndes Druckstück 1017 und eine auf dem Schaltelement 1011 aufgearbeitete Rastkontur 1018 realisiert werden. Damit die Stößel die 2/2-Wegevententile nicht unbeabsichtigt unter dem Einfluss von Trägheitskräften öffnen, werden die Stößel durch Federn gegen das Schaltelement 1011 gedrückt.
In einer speziellen Ausführungsform ist die Betätigung des hydraulischen Wegeventils 1010 mechanisch ausgeführt. In einer weiteren Ausführungsform ist die Betätigung des hydraulischen Wegeventils 1010 hydraulisch mithilfe von Öldruckvariationen ausgeführt. In einer davon verschiedenen Ausführungsform ist die Betätigung des hydraulischen Wegeventils 1010 mithilfe eines Ölstrahles ausgeführt. Hierbei erfolgt insbesondere ein Impulsaustausch zwischen dem Ölstrahl und dem hydraulischen Wegeventil 1010. In einer weiteren Ausführungsform ist die Betätigung des hydraulischen Wegeventils 1010 über eine Variation eines in der Nähe des hydraulischen Wegeventils 1010 befindlichen Magnetfeldes ausgeführt.
Bei einer Ausführungsform, bei welcher die Betätigung des hydraulischen Wegeventils 1010 hydraulisch ausgeführt ist, ist das hydraulische Wegeventil 1010 bevorzugt mit einem Hydraulikzylinder verbunden. Ein Hub des Hydraulikzylinders wirkt bevorzugt auf das hydraulische Wegeventil 1010. Dieser Hydraulikzylinder wird im Folgenden als hydraulischer Schalter bezeichnet, da dieser die Schaltstellung des Wegeventils beeinflusst. Im einfachsten Fall besteht dieser hydraulische Schalter aus einem Kolben der gegen eine Federkraft wirkt. Die eine Wirkfläche dieses Kolbens ist mit einer Druckölleitung verbunden, die wiederum mit dem Motorschmiersystem verbunden ist. Durch Variation, des Öldruckes kann die Schalterstellung beeinflusst werden. Bei Druckzunahme wird die Feder zusammengedrückt und bei Druckentlastung entspannt sich die Feder wieder. Der Schalter weist dadurch eine monostabile Betriebsweise auf, analog eines Tasters. Um einen bestimmten Schalterzustand dauernd halten zu können, muss der Öldruck dadurch ebenfalls dauerhaft angehoben bzw. abgesenkt werden, also der Öldruck muss statisch variiert werden.
Bei einer zweistufigen Betriebsweise einer variablen Triebwerkskomponente, wie zum Beispiel eines Pleuel mit veränderbarer effektiver Länge, kann der Schalter folgendermaßen gestaltet werden: In einer ersten Ausführungsform wird ein Ventil mit niedrigem Druck beaufschlagt. Dabei ist eine Freilaufrichtung des Exzenters in Richtung eines niedrigen Verdichtungsverhältnisses bewirkt. In einer zweiten Ausführungsform kann eine Freilaufrichtung des Exzenters in Richtung eines hohen Verdichtungsverhältnisses bewirkt sein.
Unter der Annahme, dass die Druckölleitung mit dem Pleuellager verbunden ist, muss zur Betätigung der Versorgungsöldruck am Hauptlager und damit der Druck am Austritt der Ölpumpe variiert werden. Der Motor soll üblicherweise nur in Betriebszuständen hoher Last mit niedriger Verdichtung betrieben werden. Die zweite Variante hat den Vorteil, dass der Motor bei hoher Last mit angehobenem Öldruck betrieben werden muss. Die damit einhergehende höhere Ölpumpenantriebsleistung führt bei hoher Last nur zu einem geringfügigen Anstieg der Gesamtmotorreibung und ist aus Wirkungsgradüberlegungen zu bevorzugen.
Eine weitere Ausführungsform weist einen hydraulisch dynamischen Schalter auf. Der dynamisch hydraulische Schalter ist so gestaltet, dass er eine bistabile Betriebsweise ermöglicht. Zur Änderung einer Schalterstellung braucht der Öldruck nur kuzzeitig angehoben bzw. abgesenkt werden. Vorzugsweise reagiert der Schalter auf kurzzeitige Druckanhebungen. Eine mögliche Ausführungsform eines hydraulisch dynamischen Schalters ist in 4 dargestellt. Bei Fehlschaltungen kann es allerdings passieren, dass ein Schalter nicht umschaltet. Damit haben nicht alle Zylinder eines Motors dieselbe Schalterstellung. Dieses Problem kann durch Erweiterung des beschriebenen Schalters um eine ”Resetfunktion” behoben werden. Diese Funktion sieht vor, dass der Schalter bei Unterschreitung einer Öldruckschwelle selbsttätig eine voreingestellt Schaltstellung einnimmt unabhängig von der vorher eingenommenen Schaltstellung. Damit können Schaltstellungsabweichungen infolge von Fehlschaltungen einfach behoben werden, indem der Motor kurzzeitig abgestellt wird.
Im Folgenden wird vor allem eine Ausführungsform beschrieben, bei welcher die Betätigung des Schaltelmentes 1011 mechanisch ausgeführt ist. Insbesondere erfolgt die mechanische Betätigung mithilfe von Kurvenscheibenelementen wie sie in 13 dargestellt sind.
15 zeigt ein erstes Kurvenscheibenelement 1021 und ein zweites Kurvenscheibenelement 1022, welche mit einer Schubstange 1020 verbunden sind. Die Kurvenscheibenelemente 1021 und 1022 sind insbesondere mithilfe von zwei Führungsstangen 1023 geführt. Jedes Kurvenscheibenelement weist vorzugsweise zwei Funktionsflächen „vorlauf” 1025 und zwei Funktionsflächen „rücklauf” 1026 auf. Die stirnseitige Kuppe des Schaltelementes 1024 kann insbesondere durch die Funktionsfläche „vorlauf” 1025 axial verschoben werden. Eine beispielhafte axiale Verschiebung des Schaltelementes 1024 ist mit dem Pfeil 1027 gezeigt. Bei einer axialen Verschiebung 1027 des Schaltelementes 1024 weist das Schaltelement 1024 in Bezug zum Kurvenscheibenelement 1021 vorzugsweise zumindest eine Längsverschiebung 1028 auf. Um ein Abscheren des Schaltementes 1024 bei einer Rückwärtsdrehung der Kurbelwelle zu verhindern, weist das Kurvenscheibenelement 1021 die Funktionsfläche „rücklauf” 1026 auf. Diese Fläche kann steiler ausgeführt werden, da nur geringe Bahngeschwindigkeiten zu erwarten sind.
In 16 ist das Zusammenwirken von einem Schaltelement 1030 und einer Funktionsfläche ”rücklauf” 1031 und einer Funktionsfläche ”vorlauf” 1032 in der Seitenansicht dargestellt. Die Mittelachse des Schaltelementes 1030 beschreibt eine Bewegungsbahn 1033, deren Gestalt von der Lage des Schaltelementes auf einem Pleuel 1034 und den Triebwerksgeometrien abhängig ist. Ein Kurvenscheibenelement 1035 wird gegenüber der Bedplate 1036 um einen bestimmten Betrag axial verfahren, um die jeweiligen Arbeitsstellungen einzunehmen. Der Verfahrweg beträgt zum Beispiel etwa 4 mm. Während des Verfahrens des Kurvenscheibenelementes 1035 ist dieses mithilfe der Führungsstangen 1038 geführt. Mit einer Schubstange 1037 ist eine Zahnstange fest verbunden.
17 zeigt ein Zusammenwirken von einem Stellmotor 1040 und einem Kurvenscheibenelement 1041. Das Kurvenscheibenelement 1041 wird mittels eines Ritzels 1042 über eine Zahnstange 1043 durch den Stellmotor 1040 angetrieben. Der Stellmotor 1040 kann zum Beispiel ein elektrischer 12 V Motor mit einem Untersetzungsgetriebe sein. Eine vormontierte Betätigungseinheit 1044, welche zumindest das Kurvenscheibenelement 1041, das Ritzel 1042 und die Zahnstange 1043 aufweist kann von unten gegen eine Bedplate der Hubkolbenmaschine geschraubt werden. 17 zeigt weiterhin Führungsstangen 1045 zum Führen der Kurvenscheibenelemente während einer Verschiebung der Kurvenscheibenelemente.
18 zeigt ein Zylinderkurbelgehäuse 1050 mit einem Ölwannenoberteil 1051 und einer Betätigungseinheit 1052. Die Betätigungseinheit 1052 weist zumindest ein Kurvenscheibenelement 1053 auf. In dieser Ausführungsform ist die mechanische Betätigungseinheit 1052 in das Ölwannenoberteil 1051 integriert. Das Zylinderkurbelgehäuse 1050 ist vorzugsweise in der „short skirt” Bauweise mit Einzellagerkappen ausgeführt. Zur Aussteifung der gesamten Struktur wird vorzugsweise ein entsprechend steifes Ölwannenoberteil 1051 von unten gegen das Zylinderkurbelgehäuse 1050 geschraubt. Bei einen vollständigen Rotation einer Kurbelwelle 1054 ergibt sich für die Mittelachse eines Schaltelementes 1055 eine Bewegungsbahn 1056.
19 zeigt mit einer Verbindungsplatte 1060 verbundene Kurvenscheibenelemente 1061. Die einzelnen Kurvenscheibenelemente 1061 sind mit der Verbindungsplatte 1060 fest verbunden, vorzugsweise geschweißt, gelötet oder genietet. Sowohl die Verbindungsplatte 1060 als auch die einzelnen Kurvenscheibenelemente 1061 können kostengünstig als Stanz-Biegeteil-Blech gefertigt werden. Ebenfalls möglich wäre auch eine Konstruktion, bei der eine komplette Kurvenscheibeneinheit 1062 aus nur einem Blechstück geformt ist und die Kurvenscheibenelemente 1061 in einer einzigen Kurvenscheibeneinheit 1062 vereint. Insbesondere weist eine solche Kurvenscheibeneinheit 1062 eine Anlenklasche 1063 und eine Aussparung 1064 für eine Wegbegrenzung auf.
20 zeigt eine Kurvenscheibeneinheit 1070 mit einem Ölwannenoberteil 1071. An dem Ölwannenoberteil 1071 ist eine Anlenkwelle 1072 angeordnet. Die Kurvenscheibeneinheit 1070 wird vorzugsweise im Ölwannenoberteil 1071 geführt. Dazu weist das Ölwannenoberteil 1071 im Bereich der Querschotte entsprechende Führungsflächen auf. Eine Halteplatte 1074 verhindert ein Herausfallen aus einer Führungfläche. Die Halteplatte 1074 kann als einfaches Stanz-Biege-Blechteil ausgeführt werden und wird von unten gegen das Ölwannenoberteil 1071 geschraubt. Weiterhin weist diese Halteplatte noch eine Lasche 1073 zur Lagerung der Anlenkwelle 1072 auf. Des Weiteren ist an dem Ölwannenoberteil 1071 ein Stellmotor 1075 angeordnet.
21 zeigt ein Ölwannenoberteil 1081 einem Stellmotor 1080, eine Verbindungsplatte 1082 der Kurvenscheibeneinheit 1070 und eine Halteplatte 1083 in einer Seitenansicht. Der Antrieb der Kurvenscheibeneinheit 1070 erfolgt über den elektrischen Stellmotor 1080 und eine mit dem Stellmotor 1080 verbundene Anlenkwelle 1084. Der Stellmotor 1080 ist bevorzugt seitlich an das Ölwannenoberteil 1081 geschraubt.
22 zeigt einen Stellmotor 1090 mit einem Anlenkexzenter 1091. Der Antrieb der Kurvenscheibeneinheit 1070 erfolgt über den elektrischen Stellmotor 1090. Am Ende der Anlenkwelle 1092 ist der Anlenkexzenter 1091 aufgearbeitet oder als Einzelteil mit der Anlenkwelle 1092 verbunden. Dieser Anlenkexzenter 1091 greift in die Anlenklasche 1093 der Kurvenscheibeneinheit 1070 und wandelt die Drehbewegung der Anlenkwelle 1092 in eine translatorische Bewegung der Kurvenscheibeneinheit 1070 um.
Alternativ zu einer Anlenkung mittels eines Exzenters könnte die Wandlung der Drehbewegung in eine translatorische Bewegung auch mittels eines Ritzels und einer Zahnstange realisiert werden. Eine weitere Möglichkeit des Antriebes der Kurvenscheibeneinheit wäre ein stirnseitiger Antrieb mittels eines Linearaktuators. Als Antrieb geeignet sind Elektromotoren, vorzugsweise mit einem Untersetzungsgetriebe, die auch in anderen Stellen am Verbrennungsmotor verbaut werden zum Beispiel als Aktuatoren für Wastegate-Klappen an Abgasturboladern, am Drallklappen und/oder an Abgasrückführventilen.
Alternativ zum Elektromotor könnte die Hubbewegung auch auf direktem Weg mit Hilfe eines Magnetaktuators erzeugt werden, zum Beispiel mittels eines Aktuators, der in ähnlicher Form an elektromagnetischen Ventiltrieben eingesetzt wird. Der Magnetaktuator hätte den Vorteil einer sehr schnellen Betätigung. Somit wäre es möglich die Kurvenscheibeneinheit innerhalb einer Motorumdrehung oder noch schneller vollständig zu verfahren.
Eine weitere Möglichkeit des Antriebes der Kurvenscheibeneinheit wäre mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Aktuators, vorzugsweise mittels eines hydraulischen oder pneumatischen Linearzylinders. Beim hydraulischen Antrieb konnte der notwendige von der Motorölpumpe erzeugt werden. Beim pneumatischen Antrieb wäre konnte der Saugrohrunterdruck verwendet werden. Dieser stünde jedoch nur im Bereich der Teillast zur Verfügung. Wenn man den Pneumatikzylinder an eine Vakuumpumpe anschließen würde, stünde die pneumatische Energie nahezu unabhängig von der Motorlast zur Verfügung. Als weitere Möglichkeit konnte der Ladedruck zur Betätigung genutzt werden.
23 zeigt ein Zusammenspiel zwischen einem Schaltelement 1100 und einer Funktionsfläche ”vorlauf” 1101. Die Kurvenscheibeneinheit sollte einen Verfahrweg aufweisen, der zum axialen Verfahrweg des zu betätigenden Schaltelementes paßt. Der gesamte axiale Verfahrweg des Schaltelementes 1100 setzt sich aus einem ersten Anteil der durch die Funktionsfläche 1101 zwangsweise aufgeprägt wird und einem zweiten Anteil, der durch die Rastvorrichtung 1016 aufgebracht wird, zusammen. In 23 ist die Bahn des Mittelpunktes 1106 des Schaltelementes 1100 eingezeichnet. Der Zwangshub 1102 sollte mindestens so groß bemessen sein, dass eine Kugel eines Rastmechanismus wie er zum Beispiel in 14 als Rastmechanismus 1016 gezeigt ist, die Erhebung zwischen den Tälern einer Rastkontur, wie sie zum Beispiel in 14 als Rastkontur 1018 dargestellt ist, überwunden hat. Dies entspricht also mindestens dem halben Gesamthub des Schaltelementes 1100. Sicherer ist es, wenn der Zwangshub 1102 größer bemessen wird, da es vorkommen kann, dass das Schaltlement nicht auf dem nominellen Auftriffspunkt 1104 auf der Funktionsfläche auftrifft sondern danach. Dies tritt ein wenn die Kurvenscheibeneinheit nicht in ihrer nominellen Arbeitsposition zum Schaltelement steht infolge unvermeidlicher Toleranzen. Der Zwangshub 1102 sollte daher mindestens dem halben Gesamthub des Schaltelementes 1100 plus einer zu erwartenden maximalen Kurvenscheibentoleranzreserve 1105 entsprechen.
Gemäß einer beispielhaften Ausführungsform kann ein Gesamthub des Schaltelement 1100 von 4 mm durch die Rastvorrichtung 1016 vorgegeben sein. Dazu kann eine Kurvenscheibentoleranzreserve 1105 von 1 mm vorliegen. Dem entsprechend sollte der Zwangshub 1102 mindestens 3 mm betragen. Durch eine solche Auslegung wird sichergestellt, dass das Schaltelement mindestens über das Maximum der Erhebung „rübergedrückt” worden ist. Der restliche Weg von 1 mm wird dann durch die unter Federkraft stehende Kugel aufgebracht.
In 23 ist ein erster Zustand 1108 des Schaltelementes 1100 gezeigt, bei welchem das Schaltelement 1100 gerade die Funktionsfläche 1101 verläßt. Bei der nächsten Kurbelwellenumdrehung ist das Schaltelement in seiner Endposition angekommen. Damit hat sich dann zwischen der Kuppe 1103 des Schaltelementes 1100 und der Funktionsfläche 1101 ein lichter Abstand von 1 mm aufgetan gemäß der beispielhaften Ausführungsform. Der in 23 gekennzeichnete Abstand 1107 zwischen der oberen Kuppe 1103 des Schaltelementes 1100 und der oberen Funktionsfläche 1109 sollte so bemessen werden, dass sich im Endzustand zu beiden Seiten ein gleicher Abstand 1107 einstellt. Dies bedeutet für die beispielhafte Ausführungsform ein Wert von 2 mm. Der notwendige Verfahrweg der Kurvenscheibeneinheit muss damit dem Gesamthub des Schaltelementes 1100 entsprechen. Für den Fall, dass das Schaltelement vor dem nominellen Auftreffpunkt 1104 auf der Funktionsfläche auftrifft, wird die Funktionsfläche „rückwärtig” verlängert und zwar so weit, dass die Kuppe 1103 im ungünstigsten Fall grade auf der Kante auftrifft.
Um eine möglichst geringe Kurvenscheibentoleranzreserve 1105 vorhalten zu müssen, sollte die Kurvenscheibeneinheit 1070 möglichst präzise zum Pleuel ausgerichtet werden. Zum Beispiel kann eine Unterführung des Pleuels realisiert sein. In einer anderen Ausführung ist auch eine Obenführung des Pleuels realisiert. Zur präzisen Ausrichtung des Pleuels zur Kurvenscheibeneinheit ist insbesonder eine Unterführung des Pleuels vorgesehen. Trotzdem verbleibt noch eine vergleichsweise lange Toleranzkette, welche eine minimal notwendige Kurvenscheibentoleranzreserve 1105 beeinflusst. In eine solche Toleranzkette gehen vor allem das Axialspiel der Pleuel zur Kurbelwelle, das Axialspiel der Kurbelwelle zur axialen Abstützung, welche entweder im oberen oder im unteren Teil des Kurbelgehäuses angeordnet sein kann, sowie das Spiel, welches sich aus der Einbaulage Ölwannenoberteil zu Kurbelgehäuse ergibt, ein. Vorzugsweise ist das Ölwannenoberteil mit dem Kurbelgehäuse durch eine Verstiftung verbunden.
24 zeigt eine Verbindung zwischen einer Kurvenscheibeneinheit 1110 und einem Ölwannenoberteil 1111. Der Weg der Kurvenscheibeneinheit 1110 sollte gegenüber dem Ölwannenoberteil 1111 eine Wegbegrenzung haben, vorzugsweise realisiert durch einen Anschlagstift 1112 und eine entsprechende Aussparung 1113 in der Kurvenscheibeneinheit 1110. 24 zeigt außerdem eine Halteplatte 1114 wie sie auch in 20 als Halteplatte 1074 dargestellt ist.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 7434548 B2 [0003]
DE 102005055199 A1 [0120, 0120]

Claims

Hubkolbenmaschine, welche – zumindest eine Verstelleinrichtung (40) unter Nutzung von Triebwerkskräften der Hubkolbenmaschine zum Verstellen eines einstellbar veränderbaren Verdichtungsverhältnisses, – einen Ansteuermechanismus (41) zum Ansteuern der Verstelleinrichtung (40) hat, wobei der Ansteuermechanismus (41) ausschließlich an einem Pleuel (42) oder Kolben angeordnet ist und mindestens ein bewegliches Element (43), eine einzige Ölzufuhr (44), mindestens ein veränderbares Volumen (45) zum Befüllen und Entleeren von Öl und mindestens eine Ölleitung (46) hat und – ein Ölversorgungssystem (47; 247; 347; 447; 547; 647; 747; 847) hat, welches ein Ölreservoir (48; 248; 348; 448; 548; 648; 748; 848), einen Druckerzeuger, eine Ölverbindung (50; 250; 350; 450; 550; 650; 750; 850) zwischen dem Ölreservoir (48; 248; 348; 448; 548; 648; 748; 848) und dem Druckerzeuger und eine Ölverbindung (51; 251; 351; 451; 551; 651; 751; 851) zwischen dem Druckerzeuger und der Ölzufuhr (44) des Ansteuermechanismus (41) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass ein gemeinsamer Schalter bzw. Schaltung vorgesehen ist, der den jeweiligen Ansteuermechanismus von zumindest zwei, insbesondere von allen jeweiligen Verstelleinrichtungen der Hubkolbenmaschine gleichzeitig betätigt, bevorzugt der Druckerzeuger als Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) ausgeführt und zwischen der Kurbelwelle (53; 253; 353; 453; 553; 653; 753; 853) und dem Ölreservoir (48; 248; 348; 448; 548; 648; 748; 848) zwischengeschaltet ist und der Ansteuermechanismus (41) über einen vom Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) generierten Druckimpuls (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816) über die Ölzufuhr (44) des Ansteuermechanismus (41) gesteuert ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Ölversorgungssystem mit einem Schmierölversorgungssystem (55; 255; 355; 455; 555; 655; 755; 855) der Hubkolbenmaschine verbunden ist, wobei das Schmierölversorgungssystem (55; 255; 355; 455; 555; 655; 755; 855) mindestens ein Rückschlagventil (56; 256; 356; 456; 556; 656; 756; 856) in einer Ölleitung (57; 257; 357; 457; 557; 657; 757; 857) zwischen einem Kurbelwellenlager (71; 271; 371; 471; 571; 671; 771; 871) und einer Motorölpumpe (72; 272; 372; 472; 572; 672; 772; 872) aufweist.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Ansteuermechanismus (41) mindestens ein bewegliches Element (43) hat, welches eine erste Stellung (58) und eine zweite Stellung (59) aufweist, wobei der ersten Stellung ein erstes Verdichtungsverhältnis und der zweiten Stellung ein zweites vom ersten verschiedenes Verdichtungsverhältnis zugeordnet ist und ein Hin- und Herschalten des Elementes (43) durch aufeinander folgendende gleichgerichtete vom Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) erzeugte Druckimpulse (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816) gesteuert ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) einen Stufenkolben (60) aufweist und der Stufenkolben (60) an eine Motorölpumpe (72; 272; 372; 472; 572; 672; 772; 872) der Hubkolbenmaschine hydraulisch angeschlossen ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) als eine pneumatisch-hydraulische Einheit ausgeführt ist, welcher einen Luftkompressor (62; 262; 362; 462; 562; 662; 762), einen Druckluftbehälter (63; 263; 363; 463; 563; 663; 763) und einen Ölspeicherzylinder (64; 264; 364; 464; 564; 664; 764) mit einer Luftkammer (65; 265; 365; 465; 565; 665; 765) aufweist, wobei der Ölspeicherzylinder (64; 264; 364; 464; 564; 664; 764) vorzugsweise als Druckübersetzer mit unterschiedlich großen Kolbendurchmessern ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkompressor (62; 262; 362; 462; 562; 662; 762) über einen Elektromotor (66; 266; 366; 466; 566; 666; 766), einen Riemen- und/oder Rädertrieb der Hubkolbenmaschine angetrieben ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Luftkompressor (62; 262; 362; 462; 562; 662; 762) mit einer Druckluftbremsanlage (67) verbunden ist, wobei der aufgebaute Druck innerhalb der Druckluftbremsanlage (67) eine erste Verdichtungsstufe darstellt, und der Luftkompressor (62; 262; 362; 462; 562; 662; 762) als eine zweite Verdichtungsstufe ausgeführt ist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Ölspeicherzylinder (64; 264; 364; 464; 564; 664; 764) eine Rollmembran zum Abdichten der Luftkammer (65; 265; 365; 465; 565; 665; 765) von einem Ölraum des Ölspeicherzylinders (64; 264; 364; 464; 564; 664; 764) aufweist.
Hubkolbenmaschine nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Hubkolbenmaschine ein Befüllventil (69; 469; 569; 669) zur Befüllung des Ölspeicherzylinders (64; 264; 364; 464; 564; 664; 764) in einer Ölverbindung (50; 250; 350; 450; 550; 650; 750; 850) von einer Motorölpumpe (72; 272; 372; 472; 572; 672; 772; 872) zum Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) aufweist.
Hubkolbenmaschine nach einem der vorherigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuermechanismus (41) eines einzelnen Pleuels (42) oder Kolbens der Hubkolbenmaschine über mindestens ein Ventil (115; 215; 315; 815) und eine Ölverbindung (51; 251; 351; 451; 551; 651; 751; 851) mit dem Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) hydraulisch verbunden ist und dass ein Ansteuermechanismus (41) eines einzelnen Pleuels (42) oder Kolbens der Hubkolbenmaschine über ein einzelnes Ventil (115; 215; 315; 815) hydraulisch ansteuerbar ist.
Hubkolbenmaschine nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass jeder Pleuel der Hubkolbenmaschine über jeweils einen einzelnen Ölspeicherzylinder hydraulisch ansteuerbar ist.
Verfahren zur Steuerung einer Vielzahl eines jeweiligen Ansteuermechanismus (41) eines Pleuels, welcher ein Verdichtungsverhältnis in einer Hubkolbenmaschine verändert, wobei der jeweilige Ansteuermechanismus von zumindest zwei, insbesondere von allen jeweiligen Verstelleinrichtungen der Hubkolbenmaschine gleichzeitig durch eine gemeinsame Schaltung bzw. Schalter betätigt werden, mit bevorzugt den folgenden Schritten: a) Erzeugen eines Druckimpulses (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816) durch ein Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852), der hierfür Öl aus einem Ölreservoir (48; 248; 348; 448; 548; 648; 748; 848) nutzt; b) Weiterleitung des Druckimpulses (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816) vorzugsweise über eine Kurbelwelle (53; 253; 353; 453; 553; 653; 753; 853) der Hubkolbenmaschine zu einer Ölzufuhr (44) des Ansteuermechanismus (41); c) Initialisierung einer Bewegung eines beweglichen Elementes (43) des Ansteuermechanismus (41) durch den Druckimpuls (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816); d) Verändern des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die Bewegung oder eine veränderte Stellung des Elementes (43) und Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass das Verdichtungsverhältnis über den Ansteuermechanismus (41) nur über eine einzige Ölzufuhr (44) umgeschaltet wird mit folgendem zusätzlichen Schritt im Schritt c): c.1) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes (43) des Ansteuermechanismus (41) von einer ersten Stellung zu einer zweiten Stellung durch einen ersten Druckimpuls (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816); sowie den zusätzlich nachfolgenden Schritten: e) Verändern der Stellung des beweglichen Elementes (43) des Ansteuermechanismus (41) von der zweiten Stellung unter Umkehrung des Stellweges bevorzugt zu der ersten Stellung über einen zweiten Druckimpuls (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816;); f) Änderung des Verdichtungsverhältnisses der Hubkolbenmaschine durch die veränderte Stellung des Elementes (43) und die Triebwerkskräfte der Hubkolbenmaschine.
Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass ein Ansteuermechanismus (41) eines einzelnen Zylinders einer Hubkolbenmaschine unabhängig von den Ansteuermechanismen der anderen Zylinder der Hubkolbenmaschine angesteuert wird mit folgendem zusätzlichen Schritt vor dem Schritt a): 0) Speicherung einer Ölmenge in dem Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852), welche bevorzugt zwei bis dreimal so groß ist wie die Ölmenge, welche für ein einfaches Umschalten aller Zylinder der Hubkolbenmaschine von einem ersten Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine zu einem zweiten vom ersten verschiedenen Verdichtungsverhältnis der Hubkolbenmaschine benötigt wird; sowie den nachfolgenden Schritten nach dem Schritt d): g) Messung des Verdichtungsverhältnisses eines einzelnen Zylinders durch ein Steuergerät; h) Vergleich des gemessenen Verdichtungsverhältnisses in dem Zylinder gegenüber einem Sollverdichtungsverhältnis in diesem Zylinder; i) Wiederholung der Ansteuerung des Ansteuermechanismus (41) zum Steuern des veränderbaren Verdichtungsverhältnisses in diesem Zylinder, falls die Abweichung des gemessenen Verdichtungsverhältnisses gegenüber dem Sollverdichtungsverhältnis außerhalb eines vordefinierten Toleranzbereiches liegt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass in einem Abgassystem, vorzugsweise in einem Auslasskanal eines Zylinders eine thermodynamische Größe, vorzugsweise ein Luftmengenverhältnis, gemessen wird und in Abhängigkeit des gemessenen Wertes der thermodynamischen Größe von einem Vergleichswert die Höhe und Dauer des Druckimpulses (54; 116; 216; 316; 416; 516; 616; 716; 816), welcher vom Druckimpulsgenerator (52; 252; 352; 452; 552; 652; 752; 852) erzeugt wird, verändert wird.