Rückschlagventil für ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine sowie Pleuel mit einem derartigen Rückschlagventil

Die Erfindung betrifft ein Rückschlagventil für ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Hydraulikkammer, wobei die Hydraulikkammer des Pleuels mittels des Rückschlagventils mit einem Versorgungsanschluss bzw. einem Tank verbindbar ist, wobei das Rückschlagventil ein topfförmiges Ventilgehäuse und einen entlang einer Ventillängsachse axial verschieblichen Ventilschließkörper aufweist, welcher mittels einer Ventilfeder gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist, sowie ein Pleuel mit einem derartigen Rückschlagventil.

Bei Brennkraftmaschinen wirkt sich ein hohes Verdichtungsverhältnis positiv auf den Wirkungsgrad der Brennkraftmaschine aus. Unter Verdichtungsverhältnis wird im Allgemeinen das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung zum verbliebenen Zylinderraum nach der Verdichtung verstanden. Bei Brennkraftmaschinen mit Fremdzündung, insbesondere Ottomotoren, die ein festes Verdichtungsverhältnis aufweisen, darf das Verdichtungsverhältnis jedoch nur so hoch gewählt werden, dass bei Volllastbetrieb ein sogenanntes „Klopfen“ der Brennkraftmaschine vermieden wird. Jedoch könnte für den weitaus häufiger auftretenden Teillastbereich der Brennkraftmaschine, also bei geringer Zylinderfüllung, das Verdichtungsverhältnis mit höheren Werten gewählt werden, ohne dass ein „Klopfen“ auftreten würde. Der wichtige Teillastbereich einer Brennkraftmaschine kann verbessert werden, wenn das Verdichtungsverhältnis variabel einstellbar ist. Zur Verstellung des Verdichtungsverhältnisses sind beispielsweise Systeme mit variabler Pleuelstangenlänge bekannt, welche mit Hilfe von hydraulischen Umschaltventilen eine Exzenter-Verstelleinrichtung eines Pleuels betätigen.

Ein derartiges Pleuel ist beispielsweise aus der DE102013107127DE 10 2013 107 127 A1A1 bekannt und umfasst eine Exzenter-Verstelleinrichtung zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge, wobei die Exzenter-Verstelleinrichtung einen mit einem Exzenterhebel zusammenwirkenden Exzenter aufweist, sowie zwei Kolben, welche jeweils in einer Hydraulikkammer verschiebbar geführt sind und in welchen an dem Exzenterhebel angreifende Exzenterstangen der Exzenter-Verstelleinrichtung gelagert sind. Ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung ist mittels eines Umschaltventils verstellbar. Durch die Änderung des Verstellwegs wird die effektive Pleuelstangenlänge geändert. Damit kann die Verdichtung einer Brennkraftmaschine gesteuert werden. Rückschlagventile im Pleuel verhindern jeweils einen Rückfluss von Hydraulikfluid aus den Hydraulikkammern zu einem Versorgungsanschluss bzw. einem Tank.

Aus der DE102012112481DE 10 2012 112 481 A1A1 ist ein hierzu geeignetes Rückschlagventil bekannt.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es, ein anderes, verbessertes Rückschlagventil und ferner ein verbessertes Pleuel mit einem Rückschlagventil zu schaffen.

Die vorgenannten Aufgaben werden gelöst mit den Merkmalen der unabhängigen Ansprüche.

Günstige Ausgestaltungen und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Ansprüchen, der Beschreibung und der Zeichnung.

Die Erfindung geht aus von einem Rückschlagventil für ein Pleuel für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Hydraulikkammer, wobei die Hydraulikkammer des Pleuels mittels des Rückschlagventils mit einem Versorgungsanschluss bzw. einem Tank verbindbar ist, und wobei das Rückschlagventil ein Ventilgehäuse und einen entlang einer Ventillängsachse axial zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position verschieblichen Ventilschließkörper aufweist, welcher mittels einer Ventilfeder gegen einen Ventilsitz vorgespannt ist.

Es wird vorgeschlagen, dass ein dornförmiger Führungskörper vorgesehen ist, welcher die Ventilfeder durchragt und mittels welchem die Ventilfeder sowohl in der geöffneten Position als auch in der geschlossenen Position des Ventilschließkörpers geführt ist.

Vorteilhaft kann durch die Führung der Ventilfeder vermieden werden, dass die Ventilfeder beim Öffnen oder Schließen des Rückschlagventils verkantet oder verklemmt. Der Führungskörper erstreckt sich vorteilhaft zumindest von einem Ende der Ventilfeder bis zum gegenüberliegenden Ende der Ventilfeder, d.h. in ihrer gesamten Länge, sowohl im gestauchten als auch im gestreckten Betriebszustand der Ventilfeder. Günstigerweise erlaubt die Konstruktion des Rückschlagventils eine Hubbegrenzung des Ventilschließkörpers.

Die Erfindung erlaubt eine Führung der Ventilfeder über die ganze Länge, so dass kein Zwischenraum entstehen kann, in welchen die Ventilfeder bei Querkräften hineingeraten und somit verkanten oder zerstört werden kann. Die Betriebssicherheit des Rückschlagventils ist verbessert. Der Führungskörper kann in dem Ventilschließkörper geführt sein. Ist die Ventilfeder auf dem Ventilschließkörper als Führungskörper angeordnet, kann der Ventilschließkörper auf seinem ganzen Umfang geführt werden. Ein Verkippen desselben ist somit ausgeschlossen.

Vorteilhafterweise ist der Ventilschließkörper in dem Ventilgehäuse geführt vorgesehen. Damit steht dem Ventilschließkörper eine vergleichsweise lange Führungsstrecke zur Verfügung, so dass auch ein Verkippen oder Verkanten des Ventilschließkörpers ausgeschlossen ist.

Nach einer günstigen Ausgestaltung einer ersten Ausführung des Rückschlagventils der dornförmige Führungskörper ortsfest mit dem Ventilgehäuse ausgebildet und in den Ventilschließkörper eintauchbar vorgesehen sein.

Dabei ist es für die Führung des Ventilschließkörpers vorteilhaft, wenn der Ventilschließkörper als Ventilschließkolben ausgebildet ist, welcher mittels der Ventilfeder gegen einen Boden des Ventilgehäuses als Ventilsitz vorgespannt ist, wobei die Ventilfeder mittels des in dem Ventilschließkolben geführten Führungskörpers des Halteelementes geführt vorgesehen ist.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann das Ventilgehäuse topfförmig ausgebildet sein. Dies erlaubt eine einfache Herstellung des Ventilgehäuses. Vorteilhaft kann das Ventilgehäuse ein Einschraubgehäuse sein, das einfach in ein Pleuel eingeschraubt werden kann.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Boden des Ventilgehäuses eine bezogen auf die Ventillängsachse axial angeordnete Öffnung aufweisen, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank zugeordnet und mittels des Ventilschließkolbens verschließbar ist. Dies erlaubt eine einfache Herstellung des Versorgungsanschlusses des Ventilgehäuses.

Nach einer günstigen Ausgestaltung können ein oder mehrere Axialbohrungen im Ventilschließkolben vorgesehen sein, um bei Öffnung des Ventilschließkörpers einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Hydraulikkammer zu ermöglichen. Durch die Axialbohrungen im Ventilschließkolben kann auf aufwändige Radialbohrungen im Ventilgehäuse verzichtet werden und der Ventilschließkolben auf seinem ganzen Umfang geführt sein.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Ventilschließkörper einen Innenraum aufweisen, in welchen der Führungskörper geführt vorgesehen und in welchen der Führungskörper bei Öffnung des Ventilschließkörpers eintauchbar ist. Dies erlaubt eine zuverlässige Betätigung des Ventilschließkörpers sowie eine sichere Führung der Ventilfeder auf ihrer ganzen Länge.

Nach einer günstigen Ausgestaltung kann der Ventilschließkörper ein oder mehrere radiale Entlüftungsbohrungen aufweisen, welche in die Axialbohrungen münden. Vorteilhaft kann der Ventilschließkörper zum Führungskörper entlüftet werden

In einer alternativen zweiten Ausführung des Rückschlagventils kann der dornförmige Führungskörper mit dem Ventilschließkörper bewegbar ausgebildet und in das Ventilgehäuse oder einem in dem Ventilgehäuse angeordneten Deckel eintauchbar vorgesehen sein.

Vorzugsweise kann dabei der Ventilschließkörper den dornförmigen Führungskörper aufweisen, mittels welchem die Ventilfeder geführt ist, wobei der Führungskörper in dem Ventilgehäuse oder einem in dem Ventilgehäuse angeordneten Deckel führbar ist. Der Deckel kann günstig in das Ventilgehäuse eingepresst sein.

Nach einer günstigen Ausgestaltung dieser alternativen Ausführung kann ein Verschlusselement des Ventilgehäuses eine bezogen auf die Ventillängsachse axial angeordnete Öffnung aufweisen, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank zugeordnet und mittels des Ventilschließkörpers verschließbar ist. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion des Rückschlagventils.

Nach einer alternativen günstigen Ausgestaltung dieser alternativen Ausführung kann der Boden des Ventilgehäuses eine bezogen auf die Ventillängsachse axial angeordnete Öffnung aufweisen, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank zugeordnet und mittels des Ventilschließkörpers verschließbar ist. Dies erlaubt eine einfache Konstruktion des Rückschlagventils.

Nach einer günstigen Ausgestaltung dieser alternativen Ausführung können ein oder mehrere Axialbohrungen im Ventilschließkörper vorgesehen sein, um bei Öffnung des Ventilschließkörpers einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Hydraulikkammer zu ermöglichen.

Alternativ hierzu kann der Ventilschließkörper ein oder mehrere Vertiefungen aufweisen, um bei Öffnung des Ventilschließkörpers einen Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit in Richtung Hydraulikkammer zu ermöglichen.

Als Material für das Rückschlagventil kann in den genannten Ausführungen vorteilhaft Stahl, Aluminium, Aluminiumlegierung oder Kunststoff verwendet sein.

Nach einer weiteren Aspekt der Erfindung wird ein Pleuel vorgeschlagen für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine mit wenigstens einer Hydraulikkammer, wobei die Hydraulikkammer mittels eines Rückschlagventils gemäß einem oder mehreren der vorstehend beschriebenen Merkmalen mit einem Versorgungsanschluss bzw. einer Lagerschale bzw. einem Tank des Pleuels verbindbar ist.

Die Rückschlagventile des Pleuels können identisch aufgebaut sein, oder eines der Rückschlagventile kann entsprechend der ersten beschriebenen Ausführung und das andere der Rückschlagventile entsprechend der zweiten Ausführung ausgebildet sein

Weitere Vorteile ergeben sich aus der folgenden Zeichnungsbeschreibung. In den Zeichnungen ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung schematisch dargestellt. Die Zeichnungen, die Beschreibung und die Ansprüche enthalten zahlreiche Merkmale in Kombination. Der Fachmann wird die Merkmale zweckmäßigerweise auch einzeln betrachten und zu sinnvollen weiteren Kombinationen zusammenfassen.

Es zeigen:

1 ein Pleuel nach einer Ausgestaltung der Erfindung;

2 ein Rückschlagventil nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, bei dem eine Ventilfeder auf einem Führungskörper geführt ist, der in einem Ventilschließkörper geführt ist;

3 ein Rückschlagventil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, bei dem eine Ventilfeder auf einem Ventilschließkörper als Führungskörper geführt ist;

4 ein Rückschlagventil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, bei dem eine Ventilfeder auf einem Ventilschließkörper als Führungskörper geführt ist; und

5 ein Rückschlagventil nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung im Längsschnitt, bei dem eine Ventilfeder auf einem Ventilschließkörper als Führungskörper geführt ist.

In den Figuren sind gleiche oder gleichartige Komponenten mit gleichen Bezugszeichen beziffert. Die Figuren zeigen lediglich Beispiele und sind nicht beschränkend zu verstehen.

1 zeigt in schematischer Darstellung ein erfindungsgemäßes Pleuel 1 für eine variable Verdichtung einer Brennkraftmaschine, mit einer Exzenter-Verstelleinrichtung 14 zur Verstellung einer effektiven Pleuelstangenlänge. Die Exzenter-Verstelleinrichtung 14 weist einen mit einem ein- oder mehrteiligen Exzenterhebel 15 zusammenwirkenden Exzenter 16 auf. Dabei ist ein Verstellweg der Exzenter-Verstelleinrichtung 14 mittels eines Umschaltventils 13 verstellbar.

Eine Verdrehung der verstellbaren Exzenter-Verstelleinrichtung 14 wird durch Einwirken von Massen- und Lastkräften des Verbrennungsmotors initiiert, die bei einem Arbeitstakt des Verbrennungsmotors auf die Exzenter-Verstelleinrichtung wirken. Während eines Arbeitstaktes verändern sich die Wirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 14 wirkenden Kräfte kontinuierlich. Die Drehbewegung oder Verstellbewegung wird durch einen oder mehreren mit Hydraulikflüssigkeit, insbesondere mit Motoröl, beaufschlagte, im Pleuel 1 integrierte Kolben 2, 3 unterstützt, bzw. die Kolben 2, 3 verhindern ein Rückstellen der Exzenter-Verstelleinrichtung 14 aufgrund variierender Kraftwirkungsrichtungen der auf die Exzenter-Verstelleinrichtung 14 wirkenden Kräfte.

Die Kolben 2, 3 sind mittels Exzenterstangen 17, 18 beidseitig mit dem Exzenterhebel 15 wirkverbunden. Die Kolben 2, 3 sind in Hydraulikkammern 4, 5 verschiebbar angeordnet und über Hydraulikflüssigkeitsleitungen 6, 7 von dem Hublagerauge 8 aus mit Hydraulikflüssigkeit über Rückschlagventile 9, 10 beaufschlagt, deren Aufbau im nachfolgenden näher erläutert wird. Diese in 1 lediglich schematisch dargestellten Rückschlagventile 9, 10 verhindern ein Rückfließen der Hydraulikflüssigkeit aus den Hydraulikkammern 4, 5 zurück in die Hydraulikflüssigkeitsleitungen 6, 7 in eine Lagerschale des Hublagerauges 8 bzw. einen nicht näher bezeichneten Tank und ermöglichen ein Nachsaugen von Hydraulikflüssigkeit in die Hydraulikkammern 4, 5. Die Hydraulikkammern 4, 5 sind mit weiteren Hydraulikflüssigkeitsleitungen 11, 12 verbunden, welche mit dem Umschaltventil zusammenwirken.

2 zeigt eine erste Ausführung des ersten Rückschlagventils 9 im Längsschnitt, wobei das zweite Rückschlagventil 10 gleich aufgebaut sein kann, so dass nachfolgend lediglich das Rückschlagventil 9 beschrieben ist.

Das Rückschlagventil 9 weist ein topfförmiges Ventilgehäuse 19 und einen entlang einer Ventillängsachse L axial verschieblichen Ventilschließkörper 20 auf, welcher mittels einer zwischen dem Ventilschließkörper 20 und einem in dem Ventilgehäuse 19 befestigten Halteelement 21 angeordneten Ventilfeder 22 gegen einen Ventilsitz 23 vorgespannt ist.

Der Ventilschließkörper 20 ist als Ventilschließkolben ausgebildet, welcher in dem Ventilgehäuse 19 geführt und mittels der Ventilfeder 22 gegen einen Boden 24 des Ventilgehäuses 19 als Ventilsitz vorgespannt ist. Die Ventilfeder 22 ist mittels eines dornförmigen, in dem Ventilschließkolben 20 geführten Führungskörpers 25 des Halteelementes 21 geführt vorgesehen. Der dornförmige Führungskörper 25, welcher die Ventilfeder 22 in ihrer gesamten Länge durchragt, ist bei dieser Ausführung ortsfest mit dem Ventilgehäuse 19 ausgebildet und in den Ventilschließkörper 20 eintauchbar vorgesehen. Bei einer Verschiebung des Ventilschließkolbens 30 taucht der Führungskörpers 25 mit seinem freien Ende in einen Innenraum 26 des Ventilschließkolbens 20. Ein oder mehrere radiale Entlüftungsbohrungen 27 des Ventilschließkolbens 20 ermöglichen dabei einen Austausch von Hydraulikflüssigkeit zwischen dem Innenraum 26 und einem Innenraum 28 des Ventilgehäuses 19.

Der Boden 24 des Ventilgehäuses 19 weist eine bezogen auf die Ventillängsachse L axial angeordnete Öffnung 29 auf, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank (nicht dargestellt) zugeordnet und mittels des Ventilschließkolbens 20 verschließbar ist.

Im Falle eines Nachsaugens von Hydraulikflüssigkeit wird der Ventilschließkolben 20 gegen die Federkraft der Ventilfeder 22 geöffnet. Die über die Öffnung 29 eingesaugte Hydraulikflüssigkeit kann über ein oder mehrere Axialbohrungen 30 des Ventilschließkolbens 20 den Innenraum des Ventilgehäuses 19 und axialen Öffnungen 31 im Halteelement 21 in Richtung Hydraulikkammer 4 (1) strömen. Wie aus 2 ersichtlich ist, münden die Entlüftungsbohrungen 27 in die Axialbohrungen 30 des Ventilschließkolbens 20. Aus fertigungstechnischen Gründen erstrecken sich die Entlüftungsbohrungen 27 bis zu einer Außenseite des Ventilschließkolbens 20.

Der erfindungsgemäße verbesserte Aufbau der Rückschlagventile 9, 10 erlaubt eine Führung der Ventilfeder 22 über die ganze Länge, so dass kein Zwischenraum entstehen kann, in welchen die Ventilfeder 22 bei Querkräften hineingeraten und somit zerstört werden kann.

Ferner ist bei der beschriebenen Ausführung des Ventilschließkörpers 20 als vorteilhaft anzusehen, dass auf Radialbohrungen im Ventilgehäuse 19 verzichtet werden kann, da dieses vorzugsweise in das Pleuel 1 eingeschraubt vorgesehen ist. Hierdurch ist weiter von Vorteil, dass der Ventilschließkörper 20 auf seinem ganzen Umfang geführt werden kann. Ein Verkippen ist somit ausgeschlossen.

Die 3 bis 5 zeigen Varianten einer alternativen Ausführung des ersten Rückschlagventils 9 im Längsschnitt, wobei das zweite Rückschlagventil 10 gleich aufgebaut sein kann, so dass nachfolgend lediglich das Rückschlagventil 9 beschrieben ist.

Das Rückschlagventil 9 weist ein Ventilgehäuse 19 und einen entlang einer Ventillängsachse L axial verschieblichen Ventilschließkörper 20 auf, welcher mittels einer Ventilfeder 22 gegen einen Ventilsitz 23 vorgespannt ist.

Der Ventilschließkörper 20 ist in dem Ventilgehäuse 19 geführt vorgesehen und weist einen dornförmigen Führungskörper 25 auf, welcher die Ventilfeder 22 in ihrer gesamten Länge durchragt, so dass diese geführt ist. Dabei ist der dornförmige Führungskörper 25 mit dem Ventilschließkörper 20 bewegbar ausgebildet und in das Ventilgehäuse 19 oder einem in dem Ventilgehäuse 19 angeordneten Deckel 35 eintauchbar vorgesehen.

Wie den 3 bis 5 zu entnehmen ist, kann dabei der Führungskörper 25 entweder in einer Ausnehmung 32 eines Bodens 33 des Ventilgehäuses 19 (3) oder in einer Ausnehmung 34 eines Deckels 35 (4 und 5) geführt vorgesehen sein. Der Führungskörper 25 kann als Zylinder oder auch als Platte ausgeführt sein.

Wie in 3 ersichtlich ist, ist der Ventilsitz 23 an einem in dem Ventilgehäuse 19 befestigten Verschlusselement 36 angeordnet, welches eine Öffnung 37 aufweist, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank (nicht dargestellt) zugeordnet ist und mittels dem Ventilschließkörpers 20 verschließbar ist. Der Boden 33 weist Öffnungen 38 zum Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit in Richtung Hydraulikkammer 4 (1) auf. Ferner ist im Bereich der Ausnehmung 32 eine Entlüftungsbohrung 39 vorgesehen.

Der Ventilschließkörper 20 kann an seiner Außenseite Vertiefungen bzw. Ausnehmungen 40 (3 und 5) oder Bohrungen 30 (4) zum Durchfluss von Hydraulikflüssigkeit aufweisen.

Gemäß 4 und 5 weist der Boden 24 des Ventilgehäuses 19 eine bezogen auf die Ventillängsachse L axial angeordnete Öffnung 29 auf, welche dem Versorgungsanschluss bzw. dem Tank zugeordnet und mittels des Ventilschließkörpers 20 verschließbar ist.

Der Deckel 35 weist Öffnungen 41 zum Durchfluss der Hydraulikflüssigkeit in Richtung Hydraulikkammer 4 (1) auf. Ferner ist im Bereich der Ausnehmung 34 eine Entlüftungsbohrung 42 vorgesehen.

Der erfindungsgemäße verbesserte Aufbau der Rückschlagventile 9, 10 erlaubt eine Führung der Ventilfeder 22 über die ganze Länge, so dass kein Zwischenraum entstehen kann, in welchen die Ventilfeder 22 bei Querkräften hineingeraten und somit zerstört werden kann.

Ferner ist bei der beschriebenen Ausführung des Ventilschließkörpers 20 als vorteilhaft anzusehen, dass auf Radialbohrungen im Ventilgehäuse 19 verzichtet werden kann, da dieses vorzugsweise in das Pleuel 1 eingeschraubt vorgesehen ist. Durch den Führungskörper 25 kann die Führung des Ventilschließkörpers 20 verbessert werden.

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• DE 102013107127 A1 [0003]
• DE 102012112481 A1 [0004]