РЕГУЛИРУЕМЫЙ ПО ДЛИНЕ ШАТУН
LONGITUDINALLY ADJUSTABLE CONNECTING ROD

Изобретение касается регулируемого по длине шатуна для машины с возвратно-поступательным движением поршня, имеющего по меньшей мере одну первую часть стержня и одну вторую часть стержня, причем эти две части стержня посредством устройства регулировки длины телескопически смещаются друг к другу и/или друг в друга, при этом устройство регулировки длины питается гидравлической средой по меньшей мере через один гидравлический канал, и при этом указанный по меньшей мере один гидравлический канал с помощью устройства управления гидравлически соединяется с каналом для снабжения гидравлической средой.
Для оптимизации машин внутреннего сгорания в отношении выбросов и расхода все чаще рассматриваются варианты с изменяемым отношением сжатия. Благодаря изменению сжатия машины внутреннего сгорания полная нагрузка может реализовываться при более низком отношении сжатия, частичная нагрузка и запуск - при повышенным отношении. При этом улучшается расход в области частичной нагрузки, с помощью повышенного отношения сжатия повышается компрессионное давление при запуске, и при высокой мощности с помощью пониженного отношения уменьшается пиковое давление, а также предотвращается стук.
AT 511 803 B1 описывает смещаемый в длину шатун для машины внутреннего сгорания, имеющий две телескопически смещаемые друг в друга части стержня, при этом между первой и второй частью стержня распространяется камера высокого давления, в которую впадает масляный канал, управление пропускной способностью которого осуществляется с помощью устройства управления, выполненного в виде управляющего золотника. При этом устройство управления имеет направление движения, которое ориентировано нормально к оси коленчатого вала машины внутреннего сгорания.
Кроме того, из AT 541 071 B1 известен телескопически регулируемый шатун, при этом одна часть стержня шатуна образует направляющий цилиндр, а другая часть стержня шатуна - продольно смещаемый в направляющем цилиндре поршневой элемент, при этом между поршневым элементом и направляющим цилиндром на одной стороне поршня может распространяться первая камера высокого давления, а на другой стороне поршня - вторая камера высокого давления, в которые впадают масляные каналы, управление пропускными способностями которых осуществляется посредством устройства управления, имеющего управляющий золотник. Устройство управления имеет здесь движущиеся части, которые, как и в AT 511 803 B1, ориентированы нормально к оси коленчатого вала, частично также параллельно продольной оси шатуна.
Под управляющим золотником в этом контексте понимается управляющий клапан, имеющий клапанную камеру и по меньшей мере один гидравлически соединенный с клапанной камерой клапанный вход и по меньшей мере один гидравлически соединенный с клапанной камерой клапанный выход, при этом клапанная камера предпочтительно выполнена цилиндрической, и по меньшей мере один клапанный вход и/или по меньшей мере один клапанный выход, в частности радиально, впадают в клапанную камеру, при этом внутри клапанной камеры расположен обладающий возможностью осевого смещения управляющий поршень, с помощью которого путем осевого смещения внутри клапанной камеры могут освобождаться или, соответственно, перекрываться клапанные входы или, соответственно, выходы.
Управляющие золотники обычно уплотняются посредством уплотнительных колец (круглых колец), в частности управляющие поршни относительно окружающего цилиндра или, соответственно, окружающей клапанной камеры, причем, однако, при осевом отклонении управляющего золотника радиальные отверстия направляющего цилиндра или, соответственно, клапанной камеры масляных каналов или, соответственно, клапанных входов и выходов, которыми должно осуществляться управление, пересекаются уплотнительными кольцами и могут приводить к их повышенному износу и ограниченному сроку службы.
С помощью машин внутреннего сгорания, имеющих вышеописанные шатуны, могут достигаться хорошие результаты при небольших частотах вращения, которых можно ожидать, например, в автомобилях промышленного назначения. Однако в области более высоких частот вращения, начиная прибл. с 3000 об/мин., могут возникать дополнительные эффекты, которые могут затруднять надлежащее функционирование и, в частности, надлежащее управление шатуном, в частности, надлежащее управление регулировкой длины шатуна. Например, на смонтированные в шатуне тела клапанов, в частности при более высоких частотах вращения, действуют высокие силы инерции масс, которые могут приводить к неплотностям при собственно закрытых клапанах.
Другая трудность, в частности при более высоких частотах вращения, возникает из-за движущихся в шатуне масс, причем речь идет не только о компонентах устройства управления, но и о вышеописанных масляных каналах, которые наполнены моторным маслом или другой гидравлической средой. Содержащийся масляный столб при высоких частотах вращения действует на систему с силами, которые не поддаются управлению с помощью известных решений.
В уровне техники не находится решений, которые допускают надлежащее управление регулируемыми по длине шатунами при высоких частотах вращения, возникающих в сфере легковых автомобилей и высоких мощностей.
Поэтому задачей изобретения является избежать по меньшей мере одного из названных недостатков уровня техники, в частности повысить срок службы у регулируемого по длине шатуна и предпочтительно также обеспечить возможность надежной, воспроизводимой регулировки длины шатуна при высоких частотах вращения.
Предлагаемый изобретением шатун отличается тем, что устройство управления имеет первый клапан и второй клапан, имеющие каждый расположенное в клапанной камере тело клапана, при этом тело каждого клапана выполнено с возможностью прижимания возвратной силой к седлу клапана, при этом первая клапанная камера первого клапана гидравлически соединена с первым гидравлическим каналом, а вторая клапанная камера второго клапана - со вторым гидравлическим каналом, и тела клапанов активно соединены друг с другом с помощью соединительного устройства, смещаемого по меньшей мере между одним первым положением и одним вторым положением, и при этом в первом положении соединительного устройства первое тело клапана, а во втором положении соединительного устройства - второе тело клапана с помощью соединительного устройства поднимаются каждое против возвратной силы от соответствующего первого или, соответственно, второго седла клапана, и соответствующая первая или, соответственно, вторая клапанная камера гидравлически соединяется с каналом для снабжения гидравлической средой, и соответственно в другом положении соединительного устройства первое тело клапана прилегает к первому седлу клапана или, соответственно, второе тело клапана - к второму седлу клапана и перекрывает гидравлическое соединение с каналом для снабжения гидравлической средой.
Таким образом, устройство управления предлагаемого изобретением шатуна вместо управляющего золотника имеет простые подъемные клапаны, чьи нагруженные возвратной силой, предпочтительно подпружиненные, например, шарообразные тела клапанов могут прижиматься каждое к седлу клапана, чтобы перекрывать соответствующий клапанный выход, или могут подниматься от седла клапана, причем при подъеме тела клапана от седла клапана открывается проток соответствующего масляного канала. Благодаря применению вместо управляющего золотника простых подъемных клапанов, в частности для управления регулировкой длины, может значительно улучшаться срок службы соответствующего устройства управления и вместе с тем срок службы шатуна. При этом действующая на тело первого и/или второго клапана возвратная сила создается предпочтительно клапанной пружиной.
При этом соединительное устройство имеет задачу альтернативно открывать первый клапан или второй клапан.
При этом под шатуном в смысле изобретения понимается обычно имеющийся у машин с возвратно-поступательным движением поршня, выполненный в виде стержня и расположенный между поршнем и коленчатым валом соединительный элемент, посредством которого поршень механически соединен с коленчатым валом.
Машина с возвратно-поступательным движением поршня в смысле изобретения представляет собой машину, с помощью которой линейное возвратно-поступательное движение поршня может преобразовываться во вращательное движение вала, или, соответственно, наоборот, вращательное движение вала - в линейное возвратно-поступательное движение.
Машина внутреннего сгорания с возвратно-поступательным движением поршня в смысле изобретения, которая упрощенно называется также машиной внутреннего сгорания, представляет собой машину с возвратно-поступательным движением поршня, у которой линейное движение поршня создается за счет изменения объема газа, при этом изменение объема газа вызывается процессом сгорания.
При этом первая часть стержня предлагаемого изобретением шатуна предпочтительно представляет собой ту часть стержня, которая в функциональном встроенном состоянии предлагаемого изобретением шатуна в машине с возвратно-поступательным движением поршня обращена к поршню и, в частности, предусмотрена для соединения с поршнем машины с возвратно-поступательным движением поршня. Для этого первая часть стержня, как обычно принято у шатунов, имеет предпочтительно выполненную в виде подшипника шатуна малую головку шатуна, которая, в частности, выполнена таким образом, что она может соединяться с поршнем посредством поршневого пальца.
При этом вторая часть стержня предлагаемого изобретением шатуна предпочтительно представляет собой ту часть стержня, которая в функциональном встроенном состоянии предлагаемого изобретением шатуна в машине с возвратно-поступательным движением поршня обращена к коленчатому валу и предусмотрена, в частности, для соединения с коленчатым валом. Для этого вторая часть стержня имеет предпочтительно монтируемую на коленчатом валу большую головку шатуна, причем эта большая головка шатуна, как обычно принято у шатунов, предпочтительно тоже выполнена в виде подшипника шатуна и выполнена, в частности, для крепления шатуна на коленчатом валу машины с возвратно-поступательным движением поршня.
Под гидравлическим каналом в смысле изобретения понимается, в частности трубчатое, соединение (соединительный трубопровод), которое выполнено для того, чтобы по нему протекала гидравлическая среда, при этом термин «гидравлический канал» далее используется синонимично термину «масляный канал».
Под каналом для снабжения гидравлической средой в смысле изобретения понимается гидравлический канал или, соответственно, масляный канал, который выполнен для того, чтобы снабжать гидравлической средой по меньшей мере один компонент и/или по меньшей мере один наполняемый объем, т.е. подводить гидравлическую среду к какому-либо компоненту и/или какому-либо объему или, соответственно, направлять гидравлическую среду к какому-либо компоненту и/или какому-либо объему. При этом термин «канал для снабжения гидравлической средой» далее используется синонимично термину «маслоснабжающий канал».
Возвратная сила, против которой тела первого клапана и второго клапана могут подниматься каждое от соответствующих первого или, соответственно, второго седла клапана, создается предпочтительно соответственно выполненной клапанной пружиной, которая имеет силу упругости, выбранную надлежащим образом.
В принципе, устройство регулировки длины шатуна может выполняться любым образом. В одном из вариантов изобретения устройство регулировки длины выполнено таким образом, что одна из двух частей стержня выполнена в виде направляющего тела, а другая часть стержня в виде смещаемого в направляющем теле поршневого элемента, при этом, в частности, между первой торцевой стороной поршневого элемента и направляющим телом распространяется первая камера высокого давления, а между второй торцевой стороной поршневого элемента и направляющим телом - вторая камера высокого давления, при этом в первую камеру высокого давления впадает первый гидравлический канал, а во вторую камеру высокого давления - второй гидравлический канал. С помощью выполненного таким образом шатуна может особенно простым образом реализовываться регулируемый по длине шатун, в частности гидравлически регулируемый по длине шатун.
Для регулировки длины выполненного таким образом, предлагаемого изобретением шатуна к устройству управления может подводиться предпочтительно нагруженная давлением гидравлическая среда, в частности по каналу для снабжения гидравлической средой. С помощью устройства управления с каналом для снабжения гидравлической средой может гидравлически соединяться соответственно один из двух гидравлический каналов, которые соединены каждый с одной из двух камер высокого давления.
В зависимости от состояния устройства управления, в частности в зависимости от положения соединительного устройства этого устройства управления, либо первый гидравлический канал и вместе с тем первая камера высокого давления гидравлически соединена с каналом для снабжения гидравлической средой, либо второй гидравлический канал и вместе с тем вторая камера высокого давления.
В зависимости от того, в какой из двух камер высокого давления имеется более высокое давление, две части стержня телескопически раздвигаются или сдвигаются, так что длина шатуна увеличивается или уменьшается.
При этом термин «гидравлическая среда» далее используется синонимично термину «рабочая среда».
В одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением шатуна соединительное устройство имеет по меньшей мере один соединительный элемент, смещаемый между первым положением и вторым положением, при этом первое тело клапана и второе тело клапана активно соединены друг с другом с помощью этого соединительного элемента.
Предпочтительно предусмотрено, что соединительный элемент жестко соединен со смещаемым в управляющем цилиндре управляющим поршнем, примыкающим к управляющей камере, в которую впадает - предпочтительно гидравлически соединенный с маслоснабжающим каналом - управляющий трубопровод. Путем подачи давления в управляющую камеру управляющий поршень может отклоняться против возвратной силы, создаваемой возвратной пружиной.
Благодаря этому в состоянии функционального применения предлагаемого изобретением шатуна в машине внутреннего сгорания управляющий поршень и вместе с тем также соединительный элемент может отклоняться посредством давления масла, имеющегося в канале для снабжения гидравлической средой. Разумеется, что это возможно только, если давления масла достаточно для преодоления возвратной силы возвратной пружины. При этом предпочтительно устройство управления выполнено таким образом, что посредством силы упругости возвратной пружины может соответственно настраиваться режим срабатывания управляющего поршня, по меньшей мере в определенных пределах.
В одном из особенно простых конструктивных вариантов осуществления машины внутреннего сгорания, имеющей предлагаемый изобретением шатун, для управления регулировкой длины шатуна, в частности для отклонения управляющего поршня и вместе с тем для задействования устройства управления, может использоваться предусмотренное для смазки подшипника шатуна в большой головке шатуна, подводимое в эту область смазочное масло или, соответственно, моторное масло, причем для этого это смазочное масло может подводиться предпочтительно через канал для снабжения гидравлической средой устройства управления.
Т.е. выполненный вышеописанным образом, предлагаемый изобретением шатун позволяет, в частности, использовать для управления регулировкой длины шатуна действующее в машине внутреннего сгорания давление масла, так что не требуется никакое дополнительное устройство для создания давления масла. Как правило, для этого подходят также давления масла, возникающие при эксплуатации машины внутреннего сгорания.
В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретением шатуна тела клапанов и соединительное устройство, в частности тела клапанов и соединительный элемент, являются собственно отдельными конструктивными элементами, при этом соединительное устройство, в частности соединительный элемент, в первом положении находится на расстоянии от второго тела клапана, а во втором положении - от первого тела клапана. Тем самым обеспечено, что при большом ходе всегда только один клапан открыт, а соответствующий другой клапан закрыт. При маленьком ходе могут быть, в принципе, открыты также оба клапана.
В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретением шатуна соединительный элемент выполнен в виде обладающего возможностью осевого смещения соединительного стержня.
Предпочтительно соединительный элемент расположен при этом параллельно продольной средней плоскости шатуна или в продольной средней плоскости шатуна и, в частности, обладает возможностью осевого смещения параллельно продольной средней плоскости шатуна или в продольной средней плоскости шатуна, при этом продольная средняя плоскость шатуна предпочтительно соответствует плоскости качания шатуна.
В одном из альтернативных вариантов осуществления соединительный элемент, в частности соединительный стержень, расположен, в отличие от этого, нормально к продольной средней плоскости шатуна и, в частности, обладает возможностью осевого смещения нормально к продольной средней плоскости или в плоскости, нормальной к продольной средней плоскости шатуна.
В другом предпочтительном варианте осуществления предлагаемого изобретением шатуна соединительный элемент выполнен в виде расположенного нормально к продольной оси шатуна, обладающего возможностью осевого смещения соединительного стержня.
При этом соединительный элемент может быть выполнен, в частности, в виде расположенного нормально к продольной оси шатуна, выполненного с возможностью осевого смещения в направляющей шатуна соединительного стержня. Соединительный элемент имеет задачу, альтернативно открывать первый клапан или второй клапан.
В зависимости от положения соединительного устройства или, соответственно, управляющего поршня соответственно первый клапан или второй клапан устройства управления открыт, так что канал для снабжения гидравлической средой гидравлически соединен либо с первой камерой высокого давления, либо второй камерой высокого давления в шатуне. Вследствие этого из данной, соответствующей камеры высокого давления находящаяся под давлением гидравлическая среда может отводиться по каналу для снабжения гидравлической средой. В частности, одновременно вследствие сил инерции масс, действующих в машине внутреннего сгорания во время возвратно-поступательных движений шатуна, вследствие ускорений шатуна, а также посредством сил, действующих на шатун вследствие процесса сгорания, возникает эффект подсоса, который так силен, что собственно закрытый другой клапан вследствие эффекта подсоса открывается (тело клапана вследствие эффекта подсоса поднимается от седла клапана), так что соответственно другая камера высокого давления наполняется гидравлической средой. По мере наполнения этой камеры высокого давления из другой камеры высокого давления отводится все больше гидравлической среды. Тем самым изменяется длина шатуна. В зависимости от варианта осуществления шатуна, в частности устройства управления, а также в зависимости от рабочего состояния машины внутреннего сгорания, до достижения максимально возможного изменения длины шатуна могут быть необходимы несколько ходов шатуна.
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением шатуна соединительный элемент, предпочтительно соединительный стержень, может смещаться по оси смещения, при этом ось смещения предпочтительно проходит не нормально к продольной оси шатуна, а, в частности, составляет с нормальной плоскостью к продольной оси шатуна угол α, для которого справедливо следующее отношение: 0° < α <=90°. Словесно это отношение выражается так: угол α больше 0° и меньше или равен 90°.
То есть ось смещения соединительного элемента особенно предпочтительно выполнена наклонно к нормальной плоскости к продольной оси шатуна. При этом ось смещения может быть расположена между позицией, практически нормальной к продольной оси шатуна (угол α близок к 0°), и позицией, проходящей параллельно продольной оси шатуна (угол α=90°). При наклонном расположении при оптимальном выборе угла могут компенсироваться мешающие влияния инерции столба гидравлической среды в гидравлических каналах и компонентах устройства управления, в частности соединительного элемента. Канал для снабжения гидравлической средой в одном из вариантов изобретения проходит между подшипником шатуна большой головки шатуна (при этом канал для снабжения гидравлической средой оптимальным образом через заборное отверстие впадает в подшипник шатуна или, соответственно, в выполненный в подшипнике шатуна паз) и устройством управления. Таким образом можно избежать нарушений или, соответственно, ошибок функционирования при активировании устройства управления. В качестве гидравлической среды может использоваться, например, моторное масло. Кроме того, при этом расположении могут минимизироваться другие мешающие влияния на компоненты регулировки длины, которые возникают при высоких частотах вращения - примерами этого являются клапанные элементы и прочие регулировочные механизмы, действие которых ухудшается вследствие возникающих при высоких частотах вращения инерционных сил.
В одном из простых вариантов осуществления изобретения соединительный элемент может быть расположен параллельно или коаксиально продольной оси шатуна, что соответствует углу α 90°. Однако особенно хорошие результаты могут достигаться, когда угол α составляет от 30° до 60°, предпочтительно от 40° до 50°.
В одном из вариантов изобретения ось смещения расположена параллельно или совпадая с равнодействующей масла. При этом под равнодействующей масла понимается столб гидравлической среды между местом забора в большой головке шатуна и его точкой действия на устройство управления, при этом в одном из вариантов изобретения равнодействующая масла приближается к соединительной линии между местом забора в большой головке шатуна (в случае заборного отверстия - средней точкой отверстия) и позицией действия столба гидравлической среды на устройство управления. Термин «равнодействующая масла» не исключает использования других гидравлических сред, кроме масла. Ниже термин «масляный столб» используется синонимично термину «столб гидравлической среды». Благодаря тому, что ось смещения выполняется параллельно или совпадая с равнодействующей масла, инерционная сила столба гидравлической среды между забором в подшипнике шатуна и точкой действия на устройство управления и его силы инерции масс могут компенсировать друг друга. Дополнительно материал и вес устройства управления могут оптимизироваться в том отношении, чтобы вышеописанная компенсация действовала особенно эффективно. С помощью этих вариантов осуществления, наряду с инерционными влияниями гидравлической среды, могут также наилучшим возможным образом уменьшаться другие силы, действующие на компоненты устройства управления при высоких частотах вращения, начиная с прибл. 3000 об/мин.
Расположение оси смещения соединительного элемента по отношению к равнодействующей масла допускает при этом выравнивание фаз колебательных движений масляного столба и соединительного элемента. Амплитуда колебаний может выравниваться путем адаптации массы соединительного элемента так, чтобы инерционная сила соединительного элемента была эквивалентна инерционной силе масляного столба (в частности силе, которая действует на соединительный элемент). При этом компонента силы возвратной пружины соединительного элемента, параллельная продольной оси шатуна, действует в направлении малой головки шатуна. То есть, другими словами, в соответствии с изобретением ось смещения соединительного элемента расположена параллельно равнодействующей масла, и масса соединительного элемента адаптирована к массе равнодействующей масла. При этом адаптация масс может согласовываться с фактической или ускоренной массой (в частности, при высоких частотах вращения) равнодействующей масла, то есть находящейся в подводящих трубопроводах гидравлической среды.
Как описано выше, канал для снабжения гидравлической средой начинается обычно от подшипника шатуна, соответствующего большой головке шатуна. При этом во время эксплуатации машины внутреннего сгорания, в частности, в этой области могут возникать очень высокие силы ускорения. Поэтому в одном из вариантов изобретения канал для снабжения гидравлической средой начинается от области подшипника шатуна, которая находится в пределах угла окружности от 40° до 320° большой головки шатуна, при этом 0° задана та точка пересечения продольной оси шатуна и большой головки шатуна, которая находится на наименьшем расстоянии от малой головки шатуна. Особенно оптимальные результаты получались, когда канал для снабжения гидравлической средой начинается от большой головки шатуна в пределах угла окружности примерно 315°. Это расположение является особенно предпочтительным, когда угол α выбирается в пределах 30°-60°. Когда угол α выбирается в области 90°, оптимально, если канал для снабжения гидравлической средой начинается в пределах от 135° до 225°, в частности 180°.
Т.е. в одном из предпочтительных вариантов осуществления предлагаемого изобретением шатуна канал для снабжения гидравлической средой начинается от области шатуна, которая находится в пределах угла окружности большой головки шатуна от 40° до 320°, предпочтительно примерно 315°, при этом 0° задана та точка пересечения продольной оси шатуна и большой головки шатуна, которая находится на наименьшем расстоянии от малой головки шатуна.
Благодаря этому могут минимизироваться мешающие влияния инерции масляного столба и использоваться более короткие отверстия. Так как, кроме того, область подшипника шатуна от 320° до 40° вследствие действующей при сгорании силы во время эксплуатации шатуна особенно нагружена давлением, и отверстия, выемки и пазы в этой области могут привести к утонению, в экстремальном случае к повреждениям подшипников в большой головке шатуна, этот риск можно уменьшить, предусмотрев отверстия вне этой области.
В одном из простых и компактных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что первая ось хода первого тела клапана выполнена соосно продольной оси смещающего стержня, т.е. соединительного стержня, при этом первый клапан расположен в области первого конца соединительного стержня.
Кроме того, в одном из простых в изготовлении и компактных вариантов осуществления может быть предусмотрено, чтобы вторая ось хода второго тела клапана была выполнена соосно продольной оси соединительного стержня, при этом второй клапан расположен в области второго конца соединительного стержня, и при этом предпочтительно седла первого и второго клапана обращены друг от друга. Таким образом, оси хода тел клапанов и продольная ось соединительного стержня расположены нормально к продольной оси шатуна.
Однако для машин внутреннего сгорания с высокими частотами вращения, например, выше 4000 об/мин, может быть предпочтительно, если первая ось хода первого тела клапана проходит не соосно продольной оси соединительного стержня, а если первая ось хода расположена наклонно под первым углом примерно 90° +/- 60° к продольной оси соединительного стержня. Тем самым можно избежать подъема первого тела клапана от первого седла клапана при высоких частотах вращения вследствие сил инерции масс.
При этом между первым телом клапана и соединительным стержнем может быть расположен с возможностью осевого смещения по меньшей мере один, предпочтительно имеющий форму стержня первый передаточный элемент, при этом предпочтительно первая ось смещения этого передаточного элемента расположена соосно первой оси хода первого тела клапана. Тем самым особенно простым образом осевое смещение соединительного элемента может преобразовываться в возвратно-поступательное движение соответствующего первого тела клапана по первой оси хода, т.е. подъем первого тела клапана по первой оси хода.
Машины внутреннего сгорания, имеющие еще более высокую частоту вращения, например, до 8800 об/мин, могут эксплуатироваться, когда также вторая ось хода второго тела клапана расположена наклонно под вторым углом примерно 90° +/- 60° к продольной оси соединительного стержня. Это, как и у первого тела клапана, также препятствует подъему второго тела клапана от второго седла клапана при очень высоких частотах вращения вследствие сил инерции масс.
Т.е. предпочтительно, в частности у шатуна, который должен применяться в машине внутреннего сгорания свыше 3000 об/мин, по меньшей мере одна ось хода, т.е. первая ось хода первого тела клапана и/или вторая ось хода второго тела клапана, расположена наклонно под углом примерно 90° +/- 60° к продольной оси соединительного стержня.
Для более высоких частот вращения, в частности при частотах вращения прибл. от 4000 об/мин прибл. до 8800 об/мин, особенно предпочтительно, если первая ось хода и вторая ось хода, т.е. обе оси хода, расположены каждая наклонно под углом примерно 90° +/- 60° к продольной оси соединительного стержня.
При этом аналогичным образом между вторым телом клапана и соединительным стержнем может быть расположен с возможностью осевого смещения предпочтительно имеющий форму стержня второй передаточный элемент, при этом предпочтительно вторая ось смещения второго передаточного элемента расположена соосно второй оси хода второго тела клапана. Благодаря этому соответственно особенно простым образом осевое смещение соединительного элемента может преобразовываться в возвратно-поступательное движение соответствующего второго тела клапана по второй оси, т.е. подъем второго тела клапана по второй оси хода.
Чтобы простым образом обеспечить возможность перенаправления движущей силы соединительного стержня в направлении первого клапана или, соответственно, второго клапана, т.е. превращение движения осевого смещения в возвратно-поступательное движение соответствующего тела клапана, предпочтительно, если между первым передаточным элементом и соединительным стержнем и/или между вторым передаточным элементом и соединительным стержнем расположен по меньшей мере один, предпочтительно шарообразный, перенаправляющий элемент, при этом особенно предпочтительно этот перенаправляющий элемент расположен в соединяющем посадочные отверстия соединительного стержня и первого или, соответственно, второго передаточного элемента и наклоненном к ним под углом больше 0° перенаправляющем отверстии. При этом соединительный стержень опосредствованно через по меньшей мере один перенаправляющий элемент и по меньшей мере один передаточный элемент воздействует на тело соответствующего первого или, соответственно, второго клапана. Применение перенаправляющих элементов имеет то преимущество, что возможна конструкция соединительного стержня с очень малой толщиной, так как толщина не имеет влияния на длину хода тела клапана.
Альтернативно перенаправляющему элементу, расположенному между соединительным стержнем и передаточным элементом, может быть предусмотрено, чтобы соединительный стержень непосредственно воздействовал на первый или, соответственно, второй передаточный элемент, по меньшей мере в одном положении.
При этом по меньшей мере один конец соединительного элемента, в частности по меньшей мере один конец соединительного стержня, и/или первого и/или второго передаточного элемента выполнен в конической или сферической форме. В этом случае толщина соединительного стержня имеет влияние на максимально возможную длину хода активируемого тела клапана. Толщина соединительного стержня должна была бы равняться по меньшей мере двойной длине хода тела клапана. В этом случае можно обойтись без отдельного перенаправляющего элемента.
Благодаря этому тела клапанов, образованные, например, шариками, могут отклоняться легко и с малым сопротивлением.
Под толщиной соединительного стержня у устройства управления, имеющего по меньшей мере один клапан, имеющий длину хода, проходящую не соосно соединительному стержню, понимается диаметр соединительного стержня в направлении, параллельном этой длине хода. Это относится как к соединительным стержням, имеющим круглое поперечное сечение, так и к соединительным стержням, имеющим n-угольное поперечное сечение.
У устройства управления, имеющего клапаны, обе оси хода которых проходят соосно соединительному стержню, толщина соединительного стержня предпочтительно является максимальным диаметром соединительного стержня.
В одном из простых и компактных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что первая ось хода первого тела клапана выполнена нормально к оси смещения соединительного элемента и/или к продольной оси шатуна, при этом первый клапан расположен в области первого конца соединительного элемента.
Кроме того, в одном из простых в изготовлении и компактных вариантов осуществления может быть предусмотрено, чтобы вторая ось хода второго тела клапана была выполнена нормально к оси смещения соединительного элемента и/или продольной оси шатуна, при этом второй клапан расположен в области второго конца соединительного элемента. Оси хода тел клапанов расположены, таким образом, в нормальных плоскостях к оси смещения соединительного элемента и/или в нормальных плоскостях к продольной оси шатуна. Первая и вторая ось хода первого или, соответственно, второго тела клапана лежат, таким образом, в находящихся на расстоянии друг от друга плоскостях, при этом расстояние между этими двумя плоскостями оптимальным образом больше, чем длина соединительного элемента.
В одном из вариантов изобретения первая ось хода первого тела клапана и/или вторая ось хода второго тела клапана выполнены, проходя параллельно оси коленчатого вала. В другом варианте также ось смещения соединительного элемента может быть выполнена, проходя параллельно оси коленчатого вала, т.е. быть расположена нормально к продольной средней плоскости или, соответственно, плоскости качания шатуна. Тем самым предотвращается действие инерционных сил тела клапана в направлении пружины предварительного натяга тела клапана и обусловленное этим непреднамеренное открытие клапана. Дополнительно тела клапанов могут быть выполнены и/или установлены так, чтобы препятствовать непреднамеренному открытию клапанов под влиянием инерции.
Стабильная позиция соединительного элемента при низком управляющем давлении может достигаться, когда соединительный элемент может отклоняться против силы возвратной пружины, при этом предпочтительно направленный параллельно продольной оси шатуна компонент возвратной силы действует в направлении малой головки шатуна. Таким образом даже при высоких частотах вращения машины внутреннего сгорания может обеспечиваться надежное управление регулировкой длины.
В другом варианте осуществления изобретения может быть предусмотрено, чтобы управляющий цилиндр на своем наружном периметре имел предпочтительно образованную окружным кольцевым пазом кольцевую камеру, которая гидравлически соединена с управляющей камерой или одной из камер высокого давления. Таким образом можно избежать нечаянного смещения управляющего поршня и вместе с тем смещающего устройства в определенных рабочих областях, например, вследствие толчков давления при открытии одного из двух клапанов, потому что управляющий поршень при наполнении кольцевой камеры зажимается или, соответственно, блокируется.
У шатуна, устройство управления которого имеет по меньшей мере одну часть, опертую с возможностью смещения в направлении оси смещения, причем эта ось смещения предпочтительно расположена в плоскости качания шатуна и в частности, нормально к продольной оси шатуна, в рамках изобретения может быть также предусмотрено, чтобы по меньшей мере одна движущаяся возвратно-поступательно часть устройства управления имела по меньшей мере одно выталкивающее тело или по меньшей мере частично была выполнена в виде выталкивающего тела.
Эта движущаяся возвратно-поступательно и опертая с возможностью смещения в одном направлении часть устройства управления представляет собой предпочтительно управляющий поршень и/или соединительное устройство, в частности соединительный элемент.
В одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что соединительное устройство имеет по меньшей мере одно выталкивающее тело или по меньшей мере частично выполнено в виде выталкивающего тела. При этом соединительный стержень может быть, например, выполнен полым и таким образом сам образовывать выталкивающее тело. Альтернативно или дополнительно к этому может быть предусмотрено, чтобы по меньшей мере одно тело клапана имело по меньшей мере одно выталкивающее тело или по меньшей мере частично было выполнено в виде выталкивающего тела.
Это плавающее в рабочей среде выталкивающее тело имеет предпочтительно более низкую плотность, чем рабочее масло, например, моторное масло, т.е. чем рабочая среда, с помощью которой может осуществляться привод устройства управления, при этом привод устройства управления в функциональном состоянии применения шатуна в машине с возвратно-поступательным движением поршня предпочтительно может осуществляться с помощью направляемого в машине с возвратно-поступательным движением поршня смазочного масла или, соответственно, моторного масла. Выталкивающее тело может быть выполнено в виде полого тела или в виде закрытопористого пенистого тела, например, из полистирола. При этом предпочтительно выталкивающее тело жестко соединено с движущейся возвратно-поступательно частью или выполнено интегрально с ней.
С помощью этого жестко соединенного с возвратно-поступательно движущейся частью или выполненного интегрально с ней выталкивающего тела может уменьшаться ускоренная масса, при этом используется Архимедов принцип, что статическая сила выталкивания какого-либо тела в какой-либо среде равна силе тяжести вытесненной этим телом среды.
Все названные меры способствуют тому, что могут существенно уменьшаться плотность всей системы и массы, на которые вследствие вращения коленчатого вала действуют поперечные ускорения. Таким образом могут реализовываться частоты вращения двигателя намного выше 7000 об/мин без ограничения функции возможности регулировки длины шатуна.
Предпочтительно по меньшей мере одна движущаяся возвратно-поступательно часть устройства управления образована опертым с возможностью смещения в цилиндре управляющим поршнем, первая торцевая сторона которого примыкает к управляющей камере, в которую может подаваться масло или, соответственно, рабочая среда, а вторая торцевая сторона - к имеющей возвратную пружину камере пружины. При этом в одном из предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что в области первой торцевой стороны и/или в области второй торцевой стороны управляющего поршня расположено по меньшей мере одно выталкивающее тело, при этом предпочтительно управляющий поршень имеет заданные неплотности между управляющей камерой и камерой пружины.
Существенное уменьшение ускоренной массы может, в частности, достигаться тогда, когда как в области первой торцевой стороны, так и в области примыкающей в камере пружины второй торцевой стороны расположено по выталкивающему телу. Для этого необходимо, чтобы камера пружины заполнялась маслом, при этом нет принципиальной необходимости заполнять камеру пружины, а только в связи с функцией выталкивания, когда посредством выталкивающего тела должны уменьшаться силы инерции масс. Это, т.е. заполнение камеры пружины, может достигаться с особенно низкими издержками, когда управляющий поршень имеет заданную неплотность между управляющей камерой и камерой пружины, при этом предпочтительно камера пружины гидравлически соединена с накопительной камерой, которая, например, может быть расположена в той же самой части стержня шатуна, что и устройство управления.
Под неплотностью в смысле изобретения понимается переход масла или, соответственно, гидравлической среды через узкие щели и зазоры или, соответственно, сквозь узкие щели и зазоры вследствие имеющихся давлений.
Под заданной неплотностью понимается неплотность, которая была предусмотрена или, соответственно, выполнена конструктивно намеренно, причем для этого размеры взаимодействующих конструктивных элементов, в частности поле допуска или, соответственно, посадка конструктивных элементов друг относительно друга, предпочтительно выбраны таким образом, что устанавливается заданная неплотность, т.е. заданный переход масла или, соответственно, гидравлической среды сквозь узкие щели и зазоры вследствие имеющегося давления.
Когда накопительная камера через дроссель соединена с кривошипной камерой, может достигаться беспрепятственный возврат масла в пространство кривошипной камеры.
Таким образом, камера пружины управляющего поршня всегда наполнена маслом, так как вследствие возвратно-поступательных движений управляющего поршня из накопительной камеры и/или через неплотности всегда может подсасываться достаточно масла. При этом дроссель позволяет амортизировать движение управляющего поршня, вследствие чего поршень менее чувствителен к возможно возвращающимся волнам давления.
При холодном запуске желательно высокое сжатие. Однако в холодном состоянии двигателя в циркуляционном контуре смазочного масла действует высокое давление масла, вследствие чего шатун укорачивался бы, что противоречит желанию высокого сжатия. Во избежание этой проблемы в рамках изобретения может быть предусмотрено, чтобы соединительное устройство и/или управляющий поршень имел по меньшей мере один термоэлемент.
При этом особенно предпочтительно, когда соединительный элемент соединительного устройства выполнен в виде предпочтительно расположенного нормально к продольной оси шатуна, обладающего возможностью осевого смещения соединительного стержня, который, предпочтительно в области управляющего поршня, разделен в осевом направлении, при этом термоэлемент расположен между первой частью соединительного стержня и второй частью соединительного стержня частью соединительного стержня, особенно предпочтительно между первой частью соединительного стержня и управляющим поршнем.
Термоэлемент имеет в холодном состоянии более короткую монтажную длину, чем в горячем состоянии. Такие термоэлементы, включающие в себя чувствительный к температуре элемент из расширяющегося материала, имеющий в качестве расширяющегося материала, например, масло, воск, твердый парафин или металл, применяются, например, также в термостатических клапанах машин внутреннего сгорания.
В холодном состоянии термоэлемент компенсирует высокое управляющее давление в холодном циркуляционном контуре смазочного масла, что позволяет избежать укорочения шатуна и вместе с тем понижения сжатия при холодном запуске. Благодаря стянувшемуся расширяющемуся материалу термоэлемента длина соединительного элемента укорочена, из-за чего открытие первого клапана не происходит, и давление в первой камере высокого давления сохраняется. При достижении рабочей температуры расширяющийся материал в термоэлементе расширяется, вследствие чего соединительный элемент достигает необходимой нормальной длины для задействования первого клапана. Желаемые значения сжатия могут теперь устанавливаться в соответствии с управлением с помощью поля характеристик двигателя. Например, для области низкой нагрузки устанавливается высокое сжатие, а для области высокой нагрузки - низкое сжатие.
Обычно машина внутреннего сгорания непосредственно перед остановом эксплуатируется с частичной нагрузкой и с высоким сжатием. Когда двигатель останавливается, желательное для холодного запуска высокое сжатие установилось.
Во избежание выжимания масла из первой камеры высокого давления под весом поршня после продолжительного простоя между первой и второй частью стержня может быть расположен действующий в направлении удлинения шатуна пружинный элемент, при этом предпочтительно этот пружинный элемент выполнен в виде тарельчатой пружины. С помощью этого пружинного элемента вторая часть стержня шатуна удерживается в своей верхней позиции.
При регулировании длины шатуна возможно возникновение волн давления в гидравлической системе, которые могут приводить к нежелательной регулировке устройства управления, а с другой стороны, к негативным влияниям или повреждениям в остальной масляной системе транспортного средства. Во избежание этого в одном из особенно предпочтительных вариантов осуществления изобретения предусмотрено, что в первом масляном канале или, соответственно, в первом гидравлическом канале расположено по меньшей мере одно первое дроссельное устройство и/или во втором масляном канале по меньшей мере одно второе дроссельное устройство. Благодаря дроссельным устройствам, можно избегать возвращающихся волн давления или по меньшей мере затормаживать их до безопасных масштабов. При этом в одном из двух масляных каналов или в двух масляных каналах может быть предусмотрено одно дроссельное устройство.
Чтобы, несмотря на дроссельные устройства, обеспечить возможность быстрого наполнения камер высокого давления, в другом варианте осуществления изобретения может быть предусмотрена возможность обхода первого дроссельного устройства и/или второго дроссельного устройства первым байпасным каналом или, соответственно, вторым байпасным каналом, при этом предпочтительно в первом байпасном канале и/или втором байпасном канале расположен первый байпасный клапан или, соответственно, второй байпасный клапан. Первый или, соответственно, второй байпасный клапан может быть выполнен в виде обратного клапана, открывающегося в направлении данной камеры высокого давления.
Другой вариант осуществления изобретения предусматривает, что устройство управления вместе с телами клапанов и соединительным устройством выполнено в виде модуля и расположено в корпусе, который в виде узла может вдвигаться в ответную выемку в первой или второй части стержня. В зависимости от варианта осуществления или, соответственно, расположения оси смещения соединительного элемента, этот узел может вдвигаться в выемку в направлении или, соответственно, параллельно продольной оси шатуна. При этом корпус и выемка предпочтительно выполнены по существу цилиндрическими. Возможные подводы масла внутрь модуля могут обеспечиваться окружными пазами и соответствующими впадающими в выемку отверстиями для подвода масла.
Эти и другие признаки, кроме пунктов формулы изобретения и описания, вытекают также из чертежей, при этом отдельные признаки могут быть осуществлены в каком-либо варианте осуществления изобретения каждый в отдельности или по нескольку в виде зависимых комбинаций, и могут представлять собой предпочтительный, а также отдельный охраноспособный вариант осуществления, для которого тоже испрашивается охрана, если он технически целесообразен.
Далее изобретение поясняется подробнее с помощью неограничивающих примеров осуществления, которые изображены на фигурах. На них показано:
фиг.1: предлагаемый изобретением шатун в продольном сечении;
фиг.2a: схематичное устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в первом включенном положении;
фиг.2b: это схематичное устройство управления во втором включенном положении;
фиг.3: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в первом варианте осуществления;
фиг.4: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна во втором варианте осуществления;
фиг.5: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в третьем варианте осуществления;
фиг.6: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в четвертом варианте осуществления;
фиг.7: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в пятом варианте осуществления;
фиг.8: устройство управления с фиг.7 в положении демонтажа;
фиг.9: устройство управления для заявленного  шатуна в шестом варианте осуществления;
фиг.10: устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в седьмом варианте осуществления;
фиг.11: схематичное изображение устройства управления для предлагаемого изобретением шатуна в восьмом варианте осуществления;
фиг.12: один из практических вариантов осуществления схематично изображенного на фиг.11 восьмого варианта осуществления;
фиг.13: схематичное устройство управления для предлагаемого изобретением шатуна в девятом варианте осуществления;
фиг.14: один из практических вариантов осуществления схематично изображенного на фиг.13 девятого варианта осуществления;
фиг.15: этот шатун в сечении по линиям XV-XV на фиг.14;
фиг.16: этот шатун в сечении по линиям XVI-XVI на фиг.14;
фиг.17 и 18: относительные смещения частей стержня и давления в камерах высокого давления в зависимости от угла поворота кривошипа для разных частот вращения двигателя;
фиг.19: схематичный вид предлагаемого изобретением шатуна;
фиг.20a: предлагаемый изобретением шатун в десятом варианте осуществления в продольном сечении по линии I-I на фиг.20b;
фиг.20b: первая часть стержня этого шатуна на виде в плане вместе с контуром второй части стержня;
фиг.21: первая часть стержня шатуна с фиг.20a вместе с устройством управления на виде наискосок;
фиг.22: первая часть стержня шатуна с фиг.20a вместе с устройством управления на другом виде наискосок;
фиг.23: предлагаемый изобретением шатун в одиннадцатом варианте осуществления в продольном сечении по линии V-V на фиг.24;
фиг.24: первая часть стержня этого шатуна на виде в плане вместе с контуром второй части стержня;
фиг.25: первая часть стержня шатуна с фиг.23 вместе с устройством управления на виде наискосок и частично в сечении;
фиг.26: первая часть стержня шатуна с фиг.23 вместе с устройством управления на виде наискосок и частично в сечении;
фиг.27: местный вид IX с фиг.20a;
фиг.28: местный X вид с фиг.23;
фиг.29: схематичное изображение устройства управления для предлагаемого изобретением шатуна двенадцатого варианта осуществления в первом включенном положении;
фиг.30: схематичное изображение устройства управления с фиг.29 во втором включенном положении;
фиг.31: схематичное изображение устройства управления для предлагаемого изобретением шатуна в тринадцатом варианте осуществления в первом включенном положении;
фиг.32: схематичное изображение устройства управления с фиг.31 во втором включенном положении;
фиг.33: схематично область, от которой по одному из вариантов осуществления начинается канал для снабжения гидравлической средой, в сечении через шейку кривошипа коленчатого вала;
фиг.34: график «давление на соединительный элемент/угол поворота кривошипа» регулируемого по длине шатуна по уровню техники и
фиг.35: график «давление на соединительный элемент/угол поворота кривошипа» шатуна предлагаемого изобретением.
Функционально одинаковые части в изображенных на фигурах вариантах осуществления снабжены одинаковыми ссылочными обозначениями.
На фиг.1 показан состоящий из двух частей шатун 1 для машины с возвратно-поступательным движением поршня, например, машины внутреннего сгорания, имеющий малую головку 2 шатуна для не изображенного подробно подшипника поршневого пальца и большую головку 3 шатуна для не изображенного подробно подшипника шейки кривошипа машины внутреннего сгорания. Оси вращательной симметрии малой или, соответственно, большой головки 2, 3 шатуна обозначены 2a или, соответственно, 3a. Продольная ось шатуна 1 обозначена 1a, расположенная нормально к осям 2a и 3a вращательной симметрии малой и большой головки 2, 3 шатуна и содержащая продольную ось 1a шатуна 1 продольная средняя плоскость - плоскость качания - шатуна 1 - ε.
Шатун 1 имеет верхнюю первую часть 4 стержня, имеющую малую головку 2 шатуна, и нижнюю вторую часть 5 стержня, имеющую большую головку 3 шатуна. Первая часть 4 стержня может регулироваться относительно второй части 5 стержня между выдвинутым положением и изображенным на фиг.1 вдвинутым положением на величину ΔL регулировки в направлении продольной оси 1a шатуна 1. В верхней первой части 4 стержня закреплен по существу цилиндрический поршневой элемент 6, например, с помощью крепежного винта 7, образованного винтом с внутренним шестигранником.
Поршневой элемент 6 установлен в направляющем цилиндре 8 нижней второй части 5 стержня 1 с возможностью осевого смещения, при этом между обращенной к большой головке 3 шатуна первой торцевой поверхностью 6a поршневого элемента 6 и второй частью 5 стержня по меньшей мере в одном положении двух частей 4, 5 стержня распространяется первая камера 9 высокого давления. Выполненный в виде ступенчатого поршня поршневой элемент 6 имеет обращенную к малой головке 2 шатуна вторую торцевую поверхность 6b, которая примыкает ко второй камере 10 высокого давления, цилиндрическая боковая поверхность которой образуется направляющим цилиндром 8 второй части 5 стержня. Под ступенчатым поршнем вообще понимается поршень, в настоящем случае «поршень двухстороннего действия», имеющий активные поверхности различного размера, при этом одна из активных поверхностей (здесь: активная поверхность, ориентированная ко второй камере 10 высокого давления) выполнена в виде кольцевой поверхности, а другая активная поверхность - в виде круглой поверхности. С помощью различных активных поверхностей могут реализовываться описанные здесь условия давления.
Кольцеобразные первая и вторая торцевые поверхности 6a, 6b образуют поверхности приложения давления для направляемой в камеры 9, 10 высокого давления и находящейся под давлением рабочей среды, например, моторного масла.
В первую камеру 9 высокого давления впадает первый масляный канал 11, а во вторую камеру 10 высокого давления - второй масляный канал 12.
Снабжение маслом первого и второго масляного канала 11, 12 осуществляется через маслоснабжающий канал 13, который начинается от подшипника 3b шатуна большой головки 3 шатуна и, таким образом, гидравлически соединен с не изображенным подробно подшипником шейки кривошипа, а также соединенные с маслоснабжающим каналом 13 соединительные каналы 14, 15.
Для управления давлениями в первой и второй камерах 9, 10 высокого давления в шатуне 1, а именно, в нижней второй части 5 стержня предусмотрено устройство 16 управления, которое на пути течения между первым соединительным каналом 14 и первым масляным каналом 11 имеет первый клапан 17, имеющий первую клапанную камеру 18, в которой предварительно натянутое первой клапанной пружиной 19 первое тело 20 клапана прижимается к первому седлу 21 клапана. В первую клапанную камеру 18 впадает первый масляный канал 11. Также устройство 16 управления имеет второй клапан 22, имеющий вторую клапанную камеру 23, в которой предварительно натянутое второй клапанной пружиной 24 второе тело 25 клапана прижимается ко второму седлу 26 клапана, при этом второй масляный канал 12 впадает во вторую клапанную камеру 23. Также устройство 16 управления имеет соединительное устройство 27 между первым клапаном 17 и вторым клапаном 22, имеющее по меньшей мере один соединительный элемент 28, который в этих примерах осуществления образован расположенным нормально к продольной оси 1a, в частности в продольной средней плоскости ε шатуна 1 соединительным стержнем 29. Соединительный элемент 28 жестко соединен со смещаемым с управляющем цилиндре 30 управляющим поршнем 31. Подпружиненный возвратной пружиной 32 управляющий поршень 31 примыкает к управляющей камере 33, в которую впадает соединенный с маслоснабжающим каналом 13 или, соответственно, соединительным каналом 15 управляющий трубопровод 34. Тела 20 или, соответственно, 25 клапанов и соединительное устройство 27 являются отдельными конструктивными элементами. При этом соединительное устройство 27 по меньшей мере в одном показанном на фиг.2a первом смещенном положении соединительного элемента 28 находится на расстоянии от второго тела 25 клапана, а в показанном на фиг.2b втором смещенном положении - от первого тела 20 клапана.
Первое и второе тела 20, 25 первого и второго клапанов 17, 22 образуются предпочтительно шариками.
Телами 20, 25 первого и второго клапанов 17, 22 открываются или закрываются гидравлические соединения между первым подводящим каналом 14 и первым масляным каналом 11 или, соответственно, между вторым подводящим каналом 15 и вторым масляным каналом 12. Состоящий, например, из полимерного материала управляющий поршень 31 приводится в действие давлением масла машины внутреннего сгорания.
Когда давление масла -например, при легкой нагрузке - удерживается ниже заданного давления срабатывания (например, 1,8 бар), управляющий поршень 31 останавливается в своем изображенном на фиг.2b втором положении, потому что сила упругости возвратной пружины 32 больше силы, действующей на торцевую поверхность управляющего поршня 31 вследствие давления масла в управляющем трубопроводе 34. В этом случае соединительный стержень 29, который жестко соединен с управляющим поршнем 31, например, прессовой посадкой, удерживат открытым тело 25 клапана для соединения со второй камерой 10 высокого давления через второй масляный канал 12, в то время как первое тело 20 первого клапана 17 остается закрытым первой клапанной пружиной 19 для соединения с первой камерой 9 высокого давления.
Во время движения хода в области верхней мертвой точки не изображенного подробно поршня на шатун 1 действует сила инерции массы, которая тянет вверх первую часть стержня вместе с поршнем 6, если смотреть на фиг.1, 2a и 2b, и вместе с тем малую головку. При этом масло всасывается через собственно закрытый первый клапан 21, когда первое тело 20 клапана возникающим в первой камере 9 высокого давления эффектом подсоса поднимается против возвратной силы первой клапанной пружины 19; при этом нижняя первая камера 9 высокого давления наполняется маслом через первый масляный канал 11, в то время как масло из верхней второй камеры 10 высокого давления нагнетается во второй масляный канал 12. При этом шатун 1 удлиняется. Течение масла в масляных каналах 11, 12 изображено стрелками на фиг.2b.
Когда давление масла при более высокой нагрузке на двигатель возрастает до более высокого уровня, возвратная пружина 32 управляющего поршня 31 сжимается, при этом управляющий поршень 31 движется до левого упора управляющего цилиндра 30.
В этом положении соединительный стержень 29 давит на первое тело 20 первого клапана 17, который соединяет нижнюю первую камеру 9 высокого давления с маслоснабжающим каналом 13. Благодаря этому масло может течь обратно из первой камеры 9 высокого давления в маслоснабжающий канал 13 и вместе с тем дальше в маслоснабжающую систему. Так как соединительный стержень 29 оторван от второго тела 25 клапана, и при этом второе тело клапана возвратной силой второй клапанной пружины 24 прижато ко второму седлу 26 клапана, второй клапан 22 закрыт; при воспламенении поршень 6 прижимается вниз, и масло всасывается во вторую камеру 10 высокого давления за счет эффекта подсоса во второй камере 10 высокого давления через собственно закрытый второй клапан 22 поднимающимся против силы второй клапанной пружины 24 вторым телом 25 клапана, пока вторая камера 10 высокого давления не будет наполнена маслом. Течение масла обозначено стрелками на фиг.2a. В этой позиции шатун 1 короче.
Когда давление масла в масляной системе снова понижается, возвратная пружина 32 управляющего поршня 31 (фиг.2b) разжимается, и управляющий поршень 31 сдвигается, если рассматривать фиг.2b, вправо, при этом второй клапан 22 для второй камеры 10 высокого давления открывается, а первый клапан 17 для первой камеры 9 высокого давления закрывается. Первая камера 9 высокого давления снова вышеописанным образом накачивается действующими на вторую часть стержня и поршневой элемент 6 в верхней мертвой точке силами инерции масс, и шатун 1 снова удлиняется.
Далее с помощью фиг.3-9 поясняются разные варианты осуществления устройства 16 управления.
На фиг.3 показан один из вариантов осуществления, соответствующих схематичным изображениям с фиг.2a и 2b, при котором первая ось 20a хода первого тела 20 первого клапана 17 и вторая ось 25a хода второго тела 25 второго клапана 22 расположены коаксиально продольной оси 29a соединительного стержня 29.
Устройство 16 управления имеет вставленный во вторую часть 5 стержня шатуна и зафиксированный корпус 35. Корпус 35 имеет направляющую часть 35a для соединительного стержня 29 в области первого клапана 17 и направляющую часть 35b для соединительного стержня 29 в области второго клапана 22, при этом в показанном на фиг.3 варианте осуществления первый клапан 17 расположен в направляющей части 35a, а второй клапан 22 - в направляющей части 35b. Направляющая часть 35b в показанных на фиг.3, 4, 5, 6, 10, 12 и 14 вариантах осуществления образована клапанным корпусом 55 второго клапана 22, причем этот клапанный корпус 44 сбоку вдвигается в посадочное отверстие 56 второй части 5 стержня и фиксируется. Смещающий стержень 29 или, соответственно, соединительный стержень 29 оперт с возможностью смещения в обеих направляющих частях 35a, 35b. Управляющий цилиндр 30, в котором помещается управляющий поршень 31, образуется направляющей частью 35a. В области первого масляного канала 11 направляющая часть 35a для снабжения первой камеры 9 высокого давления маслом имеет гидравлически соединенную через радиальное отверстие с первой клапанной камерой 18 кольцевую камеру 46. Аналогично этому также в направляющей части 35b в области второго масляного канала 12 выработана окружная кольцевая камера 47, которая через радиальное отверстие гидравлически соединена со второй клапанной камерой 23.
В изображенном на фиг.3 примере первый соединительный канал 14 и управляющий трубопровод 34 расположены в направляющей части 35a, а второй соединительный канал 15 - в направляющей части 35b.
Выполненный между направляющей частью 35a и первой частью 4 стержня кольцевой зазор 36 служит для того, чтобы соединять расположенный в первой части 4 стержня маслоснабжающий канал 13 с первым соединительным каналом 14 и ведущим к управляющей камере 33 управляющим трубопроводом 34. При необходимости между вторым соединительным каналом 15 и управляющей камерой 33 может быть расположен дроссель 49. Также дроссель 50 может быть расположен в начинающемся от подшипника 3b шатуна маслоснабжающем канале 13.
Состоящий из двух направляющих частей 35a, 35b корпус 35, имеющий интегрированные соединительные каналы 14, 15 и интегрированный управляющий трубопровод 34, имеет то преимущество, что для интеграции устройства управления предлагаемого изобретением шатуна в первую часть 4 стержня известного шатуна, рассчитанного на управляющий золотник, не должны или должны выполняться только небольшие адаптации, так что издержки изготовления, в частности издержки изменений при изготовлении, могут быть очень низкими.
Ссылочным обозначением 44 обозначен продувочный трубопровод для продувки или, соответственно, вентиляции управляющей камеры 33, а также для отвода подтекающего масла. Продувочный трубопровод 44 может иметь место 44a дросселирования (фиг.13). Находящиеся под высоким давлением области корпуса 35 уплотнены круглыми кольцевыми уплотнениями 45. Заглушками 48 закрыты технологически необходимые отверстия.
На фиг.4 показан альтернативный второй вариант осуществления устройства 16 управления, который отличается от фиг.3 по существу функцией зажима управляющего поршня 31.
Чтобы при открытии второго клапана 22 для второй камеры 10 высокого давления предотвратить давление волны давления на управляющий поршень 31, если смотреть на фиг.2b, влево, и повторное открытие при этом другого первого клапана 17, который уплотняет нижнюю первую камеру 9 высокого давления, корпус 35 устройства 16 управления, где помещается управляющий цилиндр 30, выполнен так, что в области управляющего поршня 31 волна давления упруго сужает стенку корпуса управляющего цилиндра 30. Для этого направляющая часть 35a корпуса 35 имеет образующий сужение стенки корпуса в области управляющего цилиндра 30 кольцевой паз 37a, кольцевая камера 37 которого соединена через промежуточный канал 38 со вторым масляным каналом 12. При этом толщина стенки в этой суженной области выбрана так, что деформация окружающей управляющий цилиндр 30 стенки корпуса вследствие давления, действующего в кольцевой камере 37 кольцевого паза 37a при возникновении волны давления, становится достаточно большой, чтобы зажать управляющий поршень 31. Всегда тогда, когда во второй камере 10 высокого давления действует высокое давление, корпус 35 деформируется так, что управляющий поршень зажимается, и его смещение эффективно предотвращается возникающими волнами давления. Когда управляющий поршень 31 зажимается путем деформации корпуса 35, первый клапан 17 не может, таким образом, открываться управляющим поршнем 31.
Поэтому управляющее движение может осуществляться всегда только в фазах с отсутствием давления, в которых, в частности, второй клапан 22, гидравлически соединенный через второй гидравлический канал 12 со второй камерой 10 высокого давления, не открыт, предпочтительно в фазах, в которых не открыт ни один из клапанов.
Также на фиг.4 соединительные каналы 14, 15 расположены частично в первой части 4 стержня и частично в корпусе 35.
На фиг.5 показан третий вариант, при котором первая клапанная камера и управляющий цилиндр непосредственно образованы первой частью 4 стержня.
На фиг.6 показан четвертый вариант, при котором первая ось 20a хода первого тела 20 клапана расположена наклонно под первым углом α примерно 90° +/- 60° к продольной оси 29a соединительного стержня 29. Конкретно в этом примере осуществления первая ось 20a хода расположена нормально к продольной оси 29a соединительного стержня 29, но вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана коаксиально к продольной оси 29a соединительного стержня 29. Между первым телом 20 клапана и соединительным стержнем 29 расположен по меньшей мере один обладающий возможностью осевого смещения, по существу имеющий форму стержня первый передаточный элемент 39, причем предпочтительно продольная ось 39a передаточного элемента 39 расположена соосно первой оси 20a хода первого тела 20 клапана.
Для перенаправления движения соединительного стержня 29 на первое тело 20 клапана или, соответственно, первый передаточный элемент 39 шарообразный перенаправляющий элемент 40 расположен в перенаправляющем отверстии 41, которое соединяет посадочное отверстие 29b соединительного стержня 29 и посадочное отверстие 39b передаточного элемента 39. Первое перенаправляющее отверстие 41 расположено наклонно под углом β > 0°, например, 45°, к продольной оси 29a соединительного стержня 29 и к первой оси 20a хода первого тела 20 клапана. При этом соединительный стержень 29 опосредствованно, то есть через перенаправляющий элемент 39, воздействует на передаточный элемент 39. Соединительный стержень 29 и/или перенаправляющий элемент 40 могут состоять из керамического материала, что обеспечивает высокую прочность и низкое термическое расширение.
Благодаря тому, что первая ось 20a хода расположена наклонно к продольной оси соединительного стержня 29 и параллельно продольной оси 1a шатуна, может предотвращаться подъем первого тела 20 клапана силами инерции масс вследствие движений замедления и ускорения шатуна в области большой головки шатуна во время движения кривошипа. Второй клапан 22 меньше подвержен опасности движений подъема, так как в области максимумов сил инерции масс более высокие закрывающие силы, в виде суммы давления масла во второй камере 10 высокого давления и возвратной силы второй клапанной пружины 24, воздействуют на второе тело 25 клапана. Таким образом обороты примерно до 4000 об/мин могут совершаться без подъема тел 20, 25 клапанов, обусловленного силой инерции массы.
На фиг.7 показан пятый вариант осуществления, при котором также второй клапан 22 расположен наклонно к соединительному стержню 29. В частности, вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана расположена наклонно под вторым углом γ примерно 90° +/- 60° к продольной оси 29a соединительного стержня 29. В изображенном на фиг.7 примере осуществления конкретно как первая ось 20a хода первого тела 20 клапана, так и вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана расположены нормально к продольной оси 29a соединительного стержня 29. Между первым телом 20 клапана и соединительным стержнем 29 расположен обладающий возможностью осевого смещения, по существу имеющий форму стержня первый передаточный элемент 39, а между вторым телом 25 клапана и соединительным стержнем 29 обладающий возможностью осевого смещения, например, имеющий форму стержня, второй передаточный элемент 42. Первая ось 39a смещения первого передаточного элемента 39 соосна первой оси 20a хода, а вторая ось 42a смещения второго передаточного элемента 42 соосно второй оси 25a хода.
В отличие от фиг.6, соединительный стержень 29 в изображенном на фиг.7 варианте осуществления воздействует непосредственно на первый или, соответственно, второй передаточный элемент 39, 42. Концы 29c, 29d соединительного стержня выполнены в конической или клинообразной форме, при этом угол δ раскрытия боковых поверхностей 29e конического или клинообразного конца 29c, 29d составляет, например, 30°. При смещении соединительного стержня первый или, соответственно, второй передаточный элемент 39, 42 и вместе с тем соответствующее первое или, соответственно, второе тело 20, 25 клапана отклоняется наклонными боковыми поверхностями 29e против возвратной силы первой или, соответственно, второй клапанной пружины 19, 24 в направлении первой или, соответственно, второй оси 20a, 25a хода. То есть отдельный перенаправляющий элемент и перенаправляющее отверстие для его помещения здесь не требуется. Для достижения нужной длины хода тел 20, 25 клапанов толщина соединительного стержня 29 должна была бы соответствовать по меньшей мере двойной длине хода тел 20, 25 клапанов.
Направляющая часть 35b служит для направления соединительного стержня 29 и второго передаточного элемента 42. Между направляющей частью 35b и первой частью стержня выполнен, например, кольцеобразный зазор s (например, 0,05 мм), который, с одной стороны, выполняет функцию снабжения управляющей камеры 33 и двух клапанов 17, 22 маслом, а с другой стороны, дросселя, чтобы предотвращать попадание в систему волны давления, возникающей при открытии второго клапана 22. Направляющая часть 35b, например, посредством внутреннего предохранительного кольца 52 фиксируется на первой части 4 стержня и посредством установочного штифта 53 удерживается в правильном положении и предохраняется от вращения.
Второе тело 25 второго клапана 22 выполнено в виде продолговатой вращающейся части и на стороне второго седла 26 клапана ниже сферической области 25b имеет подобное цапфе продолжение 25c, которое контактирует со вторым передаточным элементом 42.
Ссылочным обозначением 51 обозначен упорный элемент для соединительного стержня 29, который имеет вентиляционное отверстие 51a для обеспечения возможности вентиляции, а также протекания в не изображенную подробно кривошипную камеру. Упорный элемент 51 предотвращает выход из контакта соединительного стержня 29 в области второго конца 29d и второго передаточного элемента 42 при регулировке, или, соответственно, падение передаточного элемента 42 в посадочное отверстие 29b смещающего стержня 29.
Как показано на фиг.8, для демонтажа устройства 16 управления в корпус 35 с торцевой стороны может ввертываться надлежащий инструмент 43, так что соединительный стержень 29 может смещаться на фиг.8 влево против возвратной силы возвратной пружины 32, пока соединительный стержень 29 и цапфа 43a инструмента 43 полностью не сместят передаточные элементы 39, 42 радиально из посадочного отверстия 29b соединительного стержня 29. Цапфа 43a удерживает второй передаточный элемент 42 в выдвинутой позиции и предотвращает вдавливание второго передаточного элемента 42 второй клапанной пружиной 24 в направляющую часть 35b, что мешало бы его демонтажу. После ввертывания инструмента 43 корпус 35 может, таким образом, вытягиваться инструментом 43 из первой части 4 стержня.
В изображенном на фиг.9 шестом варианте осуществления, как и на фиг.7 или, соответственно, 8, оси 20a, 25a хода первого и второго тела 20, 25 клапана расположены наклонно к продольной оси 29a соединительного стержня 29. Но этот шестой вариант осуществления отличается от пятого варианта осуществления тем, что, как и на фиг.4, предусмотрена функция зажима управляющего поршня 31. Для этого и здесь в области первого клапана 17 предусмотрена направляющая часть 35a корпуса 35, которая образует управляющий цилиндр 30 для помещения управляющего поршня 31. В области управляющего цилиндра 30 на наружном периметре сформирован образующий кольцевую камеру 37 кольцевой паз 37a, причем эта кольцевая камера 37 через один или несколько соединительных каналов 38 гидравлически соединена со вторым масляным каналом 12, а также со второй камерой 10 высокого давления. Всегда тогда, когда во второй камере 10 высокого давления действует высокое давление, направляющая часть 35a корпуса 35 деформируется в области управляющего цилиндра 30 так, что управляющий поршень 31 зажимается, и эффективно предотвращается его смещение возникающими волнами давления. Ссылочным обозначением 54 обозначен арретирующий элемент для фиксирования направляющей части 35b в точном положении.
Устройство 16 управления имеет некоторое количество частей, движущихся возвратно-поступательно в направлении оси 16a смещения устройства 16 управления, таких как управляющий поршень 31, соединительный стержень 29 и тела 20, 25 клапанов. Ось 16a смещения устройства 16 управления расположена в плоскости ε качания и примерно нормально к продольной оси 1a шатуна 1.
Во время вращения коленчатого вала силы ускорения воздействуют на возвратно-поступательно движущиеся части устройства 16 управления, в частности на управляющий поршень 31 против силы возвратной пружины 32. Начиная с некоторой частоты вращения воздействующие на управляющий поршень 31 силы инерции массы становятся настолько велики, что в итоге сила возвратной пружины 32 превышается, и управляющий поршень 31 одними только силами ускорения смещался бы против возвратной силы, что приводило бы к ошибкам функционирования устройства 16 управления и вместе с тем ограничивало бы область частоты вращения для регулировки шатуна 1.
Во избежание этого по меньшей мере одна движущаяся возвратно-поступательно часть устройства 16 управления может иметь по меньшей мере одно выталкивающее тело 60 или по меньшей мере частично быть выполнена в виде выталкивающего тела. Выталкивающее тело 60 может быть выполнено в виде полого тела или в виде закрытопористого пенистого тела. Изображенное на фиг.10 устройство управления отличается от устройства управления, изображенного на фиг.5, тем, что по меньшей мере одна движущаяся возвратно-поступательно часть устройства 16 управления снабжена выталкивающими телами 60, 61.
Как показано на фиг.10, при этом по меньшей мере одно выталкивающее тело 60 может быть расположено в области первой торцевой стороны 31a. Кроме того, и в области второй торцевой стороны 31b управляющего поршня 31 может быть расположено выталкивающее тело 61. Чтобы выталкивающее тело 61 плавало в масле, между управляющей камерой 33 и содержащей возвратную пружину 32 камерой 32a пружины предусмотрены заданные неплотности. Т.е. устройство 16 управления выполнено таким образом, что между управляющей камерой 33 и камерой 32 пружины вследствие имеющихся давлений может переходить масло или, соответственно, гидравлическая среда, в частности через маленькие щели и зазоры, которые устанавливаются между отдельными компонентами вследствие соответственно целенаправленно выбранных допусков или, соответственно, посадок, причем эти допуски или, соответственно, посадки выбраны таким образом, что устанавливаются заданные неплотности. В частности, для этого допуски управляющего цилиндра 30 и управляющего поршня 31 выбраны так или, соответственно, посадка между ними выбрана так, что возникает заданная неплотность, и гидравлическая среда может переходить из управляющей камеры 33 в камеру 32 пружины.
Также соединительный стержень 29 и/или тела 20, 25 клапанов могут быть выполнены в виде выталкивающих тел, например, в виде полых тел.
Как явствует также из фиг.10, камера 32a пружины через продувочный трубопровод 44 соединена с накопительной камерой 62, которая через дроссель 63 соединена с кривошипным пространством не изображенной подробно кривошипной камеры. Это делает возможным возврат масла в пространство кривошипной камеры. Таким образом, камера 32a пружины управляющего поршня 31 всегда наполнена маслом, так как вследствие возвратно-поступательных движений управляющего поршня 31 из накопительной камеры 32 и/или через неплотности всегда может подсасываться достаточно масла. При этом дроссель 63 делает возможной амортизацию движения управляющего поршня 16, вследствие чего можно избежать открытия первого клапана 17 и вместе с тем первой камеры 9 высокого давления при отклонении управляющего поршня 16 и смещающего стержня 29 вследствие волн давления, возвращающихся из второй камеры 10 высокого давления.
Благодаря небольшому просвету между управляющим поршнем 31 и управляющим цилиндром 30, возникают небольшие - преднамеренные - неплотности между управляющей камерой 33 и камерой 32a пружины, вследствие чего выталкивающие тела 60, 61 всегда в значительной степени окружены маслом и плавают. При этом используется известный Архимедов принцип, что статическая сила выталкивания какого-либо тела в какой-либо среде равна силе тяжести вытесненной этим телом среды. При этом поперечная сила ускорения, которая вызывала бы подъем управляющего поршня 31 или, соответственно, возвратной пружины 32, существенно уменьшается, так что можно избежать ошибок функционирования устройства 16 управления.
Все описанные примеры осуществления, благодаря применению выталкивающих тел 60, 61, позволяют существенно уменьшить плотность всей системы и массы, на которые вследствие вращения коленчатого вала действуют поперечные ускорения. При этом благодаря применению выталкивающих тел 60, 61, даже без предусмотренного на фиг.6-8 перенаправления сил соединительного устройства 27, могут реализовываться частоты вращения двигателя намного выше 7000 об/мин, без необходимости ограничения функции регулируемого по длине шатуна 1.
При холодном запуске желательно высокое сжатие. Однако в холодном состоянии машины внутреннего сгорания в циркуляционном контуре смазочного масла действует высокое давление масла, вследствие чего шатун укорачивался бы, что противоречит желанию высокого сжатия. На фиг.11 и 12 показано решение, позволяющее избежать этой проблемы, при этом соединительное устройство 27 и/или управляющий поршень 31 имеет по меньшей мере один термоэлемент 65, который изменяет эффективную длину соединительного устройства 27 в зависимости от рабочей температуры.
При этом соединительный элемент 28 соединительного устройства 27 выполнен в виде расположенного нормально к продольной оси 1a шатуна 1, обладающего возможностью осевого смещения, состоящего из двух частей соединительного стержня 29, который разделен в осевом направлении в области управляющего поршня 31, при этом термоэлемент 65 расположен между первой частью 29a соединительного стержня и второй частью 29b соединительного стержня, в частности между первой частью 29a соединительного стержня и управляющим поршнем 31.
Термоэлемент 65 в холодном состоянии имеет более короткую монтажную длину, чем в горячем состоянии. Такие термоэлементы имеют чувствительный к температуре элемент из расширяющегося материала, имеющий в качестве расширяющегося материала, например, масло, воск, твердый парафин или металл.
В холодном состоянии термоэлемент 65 компенсирует высокое управляющее давление в холодном циркуляционном контуре смазочного масла, что позволяет избежать укорочения шатуна 1 и вместе с тем уменьшения сжатия при холодном запуске. Благодаря стянувшемуся расширяющемуся материалу термоэлемента 65 длина соединительного элемента 28 укорочена, благодаря чему открытие первого клапана 17 не происходит, и давление в первой камере 9 высокого давления сохраняется. При достижении рабочей температуры расширяющийся материал в термоэлементе 65 расширяется, вследствие чего соединительный элемент 28 достигает нормальной длины для задействования первого клапана 17. Желаемые значения сжатия могут теперь устанавливаться в соответствии с управлением с помощью поля характеристик двигателя. Например, для области низкой нагрузки устанавливается высокое сжатие, а для области высокой нагрузки - низкое сжатие.
Обычно машина внутреннего сгорания непосредственно перед остановом эксплуатируется с частичной нагрузкой и с высоким сжатием. Когда двигатель останавливается, желательное для холодного запуска высокое сжатие установилось.
Во избежание выжимания масла из первой камеры 9 высокого давления под весом поршня после продолжительного простоя между первой и второй частью 4, 5 стержня шатуна 1 может быть расположен действующий в направлении удлинения шатуна пружинный элемент 66, который, например, может быть выполнен в виде тарельчатой пружины. С помощью пружинного элемента 66 вторая часть 5 стержня шатуна 1 удерживается в своей верхней позиции.
На фиг.12 показан похожий на фиг.4 практический вариант осуществления системы, схематично изображенной на фиг.11, имеющий термоэлемент 65 в разделенном соединительном стержне 29 между первой частью 29a соединительного стержня и управляющим поршнем 31 и пружинный элемент 66, расположенный в первой камере 9 высокого давления между первой частью 4 стержня и второй частью 5 стержня шатуна 1. При этом поршневой элемент 6 второй части 5 стержня в левой половине рисунка изображен в своем верхнем положении, соответствующем высокому отношению сжатия, а в левой половине рисунка - в своем нижнем положении со сжатым пружинным элементом 66, соответствующем низкому отношению сжатия.
На фиг.13 схематично показано устройство 16 управления, которое отличается от фиг.2a и 2b тем, что между первым клапаном 17 и первой камерой 9 высокого давления в первом масляном канале 11 расположено первое дроссельное устройство 71. Также между вторым клапаном 22 и второй камерой 10 высокого давления во втором масляном канале 11 расположено второе дроссельное устройство 72. С помощью дроссельных устройств 71 и 72 могут затормаживаться волны давления, которые могли бы отклонять устройство 16 управления, в частности открывать клапаны 17, 22. В частности, при регулировке длины шатуна 1 могут предотвращаться распространение волн давления из камер 9, 10 высокого давления в остальную масляную систему транспортного средства и результирующие отсюда повреждения.
Чтобы, тем не менее, обеспечить возможность быстрого наполнения первой камеры 9 высокого давления, возможен обход первого дроссельного устройства 71 через первый байпасный канал 73, при этом в первом байпасном канале 73 расположен первый байпасный клапан 75, который образован, например, обратным клапаном, открывающимся в направлении первой камеры 9 высокого давления. Первый байпасный канал 75 может начинаться от маслоснабжающего канала 13 или от первого соединительного канала 14 и ниже по потоку от первого дроссельного устройства 71 впадает в первый масляный канал 11 или в первую камеру 9 высокого давления. Аналогично этому второе дроссельное устройство 72 может быть выполнено с возможностью обхода через второй байпасный канал 76, который начинается от маслоснабжающего канала 13 или от второго соединительного канала 15 и ниже по потоку от второго дроссельного устройства 72 впадает во второй масляный канал 12. Также во втором байпасном канале 74 может быть расположен первый байпасный клапан 75, который образован, например, обратным клапаном, открывающимся в направлении второй камеры 10 высокого давления.
При этом варианты, имеющие только одно первое дроссельное устройство 71 или одно второе дроссельное устройство 72, или как первое 71, так и второе дроссельное устройство 72, возможны каждый без байпасного канала 73, 74 или в комбинации по меньшей мере с одним байпасным каналом 73, 74. На фиг.14 и 15 показан один из конструктивных вариантов осуществления схемы, изображенной на фиг.13.
На фиг.16 и 17 показаны относительные смещения h двух частей 4, 5 стержня друг относительно друга, а также кривые p9 и p10 давления в первой камере 9 высокого давления или, соответственно, второй камере 10 высокого давления, нанесенные в зависимости от угла KW кривошипа для удлинения и укорочения шатуна 1, при этом на фиг.17 изображен режим полной нагрузки машины внутреннего сгорания при частоте вращения 2000 об/мин, а на фиг.18 режим легкой нагрузки машины внутреннего сгорания при частоте вращения примерно 4000 об/мин. Можно отчетливо видеть, что на фиг.17 достигаются максимальная длина (h=3 мм) шатуна 1 примерно после четырех рабочих циклов, и минимальная длина (h=0 мм) шатуна после одного рабочего цикла. На фиг.18 достигаются максимальная длина (h=3 мм) шатуна 1 примерно после трех рабочих циклов, и минимальная длина (h=0 мм) шатуна примерно после пяти рабочих циклов.
На фиг.19, 20a и 20b показан состоящий из двух частей предлагаемый изобретением шатун 1 для машины с возвратно-поступательным движением поршня, например, машины внутреннего сгорания, имеющий малую головку 2 шатуна для не изображенного подробно подшипника поршневого пальца и имеющий большую головку 3 шатуна для не изображенного подробно подшипника шейки кривошипа машины внутреннего сгорания. Через большую головку 3 шатуна шатун 1 может соединяться с коленчатым валом. Оси вращательной симметрии малой или, соответственно, большой головки 2, 3 шатуна обозначены 2a или, соответственно, 3a. Продольная ось шатуна 1 обозначена 1a, расположенная нормально к осям 2a и 3a вращательной симметрии малой и большой головки 2, 3 шатуна и содержащая продольную ось 1a шатуна 1 продольная средняя плоскость - плоскость качания - шатуна 1 в этом случае обозначена ξ, при этом обозначения ξ и  далее используются синонимично обозначению плоскости качания.
Шатун 1 имеет верхнюю часть 4 стержня, имеющую малую головку 2 шатуна, и нижнюю вторую часть 5 стержня, имеющую большую головку 3 шатуна. Первая часть 4 стержня может регулироваться относительно второй части 5 стержня между выдвинутым положением и втянутым положением в направлении продольной оси 1a шатуна 1. Для этого предусмотрено питаемое гидравлической средой, в частности маслом устройство 80 регулировки длины, которое может быть выполнено разным образом. При этом питание гидравлической средой осуществляется через гидравлические каналы 11, 12 и канал 13 для снабжения гидравлической средой, управление которыми осуществляется с помощью устройства 16 управления. Точное исполнение устройства 80 регулировки длины не является частью изобретения, поэтому ниже описывается один из возможных примеров осуществления. В нем на верхней первой части 4 стержня закреплен по существу цилиндрический поршневой элемент 6. Возможны и другие формы поперечного сечения поршневого элемента 6, с несколькими углами в форме многоугольника, форме эллипса и т.п.
Поршневой элемент 6 установлен с возможностью осевого смещения, например, в цилиндрическом (ответным поршневому элементу 6 - как изложено выше, возможны другие формы поперечного сечения) направляющем элементе 8 нижней второй части 5 стержня шатуна 1, при этом между обращенной к большой головке 3 шатуна первой торцевой поверхностью 6a поршневого элемента 6 и второй частью 5 стержня по меньшей мере в одном положении двух частей 4, 5 стержня распространяется камера 9 высокого давления. Выполненный в виде ступенчатого поршня поршневой элемент 6 имеет обращенную к малой головке 2 шатуна вторую торцевую поверхность 6b, которая примыкает ко второй камере 10 высокого давления, цилиндрическая боковая поверхность которой образуется направляющим телом 8 второй части 5 стержня. Под ступенчатым поршнем вообще понимается поршень, в настоящем случае «поршень двухстороннего действия», имеющий активные поверхности разного размера, при этом одна из активных поверхностей (здесь: активная поверхность, ориентированная ко второй камере 10 высокого давления) выполнена в виде кольцевой поверхности, а другая активная поверхность - в виде круглой поверхности. С помощью различных активных поверхностей могут реализовываться описанные здесь условия давления.
Кольцеобразные первая и вторая торцевые поверхности 6a, 6b образуют поверхности приложения давления для направляемой в камеры 9, 10 высокого давления и находящейся под давлением рабочей среды, например, моторного масла.
С первой камерой 9 высокого давления соединен первый гидравлический канал 11, а со второй камерой 10 высокого давления - второй гидравлический канал 12, как обозначено на фиг.3 и 4.
Схема переключения десятого и одиннадцатого вариантов осуществления, показанных на фиг.20a-22 и 23-26, соответствует системе переключения, изображенной на фиг.29 и 30. Фиг.29 и 30 отличаются от фиг. 20a-26 по существу только расположением осей 20a и 25a хода первого 17 и второго клапанов 22, которые в десятом и одиннадцатом вариантах осуществления расположены нормально к продольной оси 1a или, соответственно, к оси 16a смещения, а в двенадцатом варианте осуществления - параллельно продольной оси 1a или, соответственно, оси 16a смещения.
Снабжение маслом первой и второй камеры 9, 10 высокого давления осуществляется через канал 13 для снабжения гидравлической средой, который начинается от большой головки 3 шатуна и при этом гидравлически соединен с подшипником 3b шатуна. Канал 13 для снабжения гидравлической средой делится на отдельные каналы 13a, 13b, при этом первый отдельный канал 13a ведет к первой камере 9 высокого давления, а второй отдельный канал 13b - ко второй камере 10 высокого давления. В каждом из отдельных каналов 13a, 13b расположено по обратному клапану 14a, 14b, при этом каждый обратный клапан 14a, 14b освобождает проток в направлении соответствующей камеры 9, 10 высокого давления, а в противоположном направлении перекрывает.
Для управления давлениями в первой и второй камерах 9, 10 высокого давления в шатуне 1, а именно, в нижней второй части 5 стержня предусмотрено устройство 16 управления, которое имеет первый клапан 17, имеющий первую клапанную камеру 18, в которой предварительно натянутое первой клапанной пружиной 19 первое тело 20 клапана прижимается к первому седлу 21 клапана. В первую клапанную камеру 18 через первый подводящий канал 13 впадает первый гидравлический канал 11. Также устройство 16 управления имеет второй клапан 22, имеющий вторую клапанную камеру 23, в которой предварительно натянутое второй клапанной пружиной 24 второе тело 25 клапана прижимается ко второму седлу 26 клапана, при этом второй гидравлический канал 12 через второй подводящий канал 14 впадает во вторую клапанную камеру 23. Также устройство 16 управления имеет опертый с возможностью смещения по оси 16a смещения между первым клапаном 17 и вторым клапаном 22 соединительный элемент 28, который в этих примерах осуществления образован по существу соединительным стержнем, жестко соединенным со смещаемым в управляющем цилиндре 30 управляющим поршнем 31. Подпружиненный возвратной пружиной 32 управляющий поршень 31 примыкает к управляющей камере 33, в которую впадает управляющий трубопровод 34, соединенный с каналом 13 для снабжения гидравлической средой (фиг.29-32). Тела 20 или, соответственно, 25 клапанов и соединительный элемент 28 являются отдельными конструктивными элементами. Первый клапан 17 и второй клапан 22 расположены в областях различных концов 28a, 28b соединительного элемента 28.
Первое и второе тела 20, 25 первого и второго клапанов 17, 22 образуются предпочтительно шариками 20b, 25b. Чтобы сделать возможным задействование шариков 20b, 25b с помощью соединительного элемента 28, выполненного в виде соединительного стержня 29, при малом трении, концы 28a, 28b соединительного элемента выполнены в конической или сферической форме.
В первом положении первое тело 20 клапана, а во втором положении - второе тело 25 клапана с помощью соединительного элемента 28 каждое против возвратной силы клапанной пружины 19, 24 поднимается от соответствующего первого 21 или, соответственно, второго седла 26 клапана, и соответствующая первая 18 или, соответственно, вторая клапанная камера 23 гидравлически соединяется с каналом 13 для снабжения гидравлической средой. В соответственно другом положении первое тело 20 клапана или, соответственно, второе тело 25 клапана прилегает к первому 21 или, соответственно, второму седлу 26 клапана и перекрывает гидравлическое соединение с каналом 13 для снабжения гидравлической средой. Ось 16a смещения соединительного элемента 28 выполнена в нормальной плоскости τ к продольной оси 1a шатуна 1 или наклонно к ней.
В изображенном на фиг.20a-22 десятом варианте осуществления, с одной стороны, и изображенном на фиг.23-26 одиннадцатом варианте осуществления, с другой стороны, ось 16a смещения выполнена в каждом случае наклонно под углом α 90° к нормальной плоскости τ к продольной оси 1a или, соответственно, параллельно продольной оси 1a шатуна 1.
При этом первые оси 20a хода и вторые оси 25a хода ориентированы в направлении не изображенной подробно оси коленчатого вала, то есть нормально к плоскости ξ качания шатуна 1. В первом примере осуществления (фиг.20a-22, 27) первый клапан 17 и второй клапан 22 расположены на различных сторонах, в одиннадцатом примере осуществления (фиг.23-26, 28), в отличие от этого, на одной и той де стороне плоскости ξ качания или, соответственно, проходящей через ось 16a смещения плоскости ξ', параллельной плоскости ξ качания.
С возрастающей частотой вращения коленчатого вала машины внутреннего сгорания масляный столб в подводящих трубопроводах к устройству 16 управления сказывается негативно, так что управление регулировкой длины затрудняется. Ускорения точек вблизи большой головки шатуна достигают, в зависимости от частоты вращения и геометрии, нескольких тысяч g.
Во избежание возникновения нарушений при управлении регулировкой длины при высоких частотах вращения машины внутреннего сгорания предпочтительно, когда ось 16a смещения составляет с нормальной плоскостью τ к продольной оси 1a шатуна 1 угол α > 0°. Угол α может составлять максимум 90°.
Особенно хорошие результаты могут достигаться, когда угол α составляет от 30° до 60°, в частности от 40° до 50°. Оптимальным образом при этом варианте (см. фиг.31 и 32) одновременно забор 15 подшипника 3b шатуна, где берет свое начало канал 13 для снабжения гидравлической средой, расположен под углом β окружности примерно 315°. Кроме того, параллельная оси 1a шатуна компонента силы возвратной пружины 32 соединительного элемента 28 указывает в направлении малой головки 2 шатуна. Таким образом могут компенсироваться негативные влияния на смещающий элемент 28 вследствие инерции массы гидравлического масла во всех направляющих масло полостях шатуна 1 и сил инерции масс смещающего элемента 28. Особенно предпочтительно при этом, когда ось 16a смещения расположена параллельно или совпадая с равнодействующей R масла. При этом под равнодействующей R масла понимается масляный столб между местом 15 забора в подшипнике 3b шатуна большой головки шатуна и его точкой действия на устройство 16 управления, при этом в одном из вариантов изобретения равнодействующая масла приближается к соединительной линии между местом забора в подшипнике 3b шатуна (в случае заборного отверстия - средней точкой отверстия) и позицией действия масляного столба на устройство 16 управления. Благодаря тому, что ось 16a смещения выполняется параллельно или совпадая с равнодействующей R масла, сила инерции массы масляного столба между забором в подшипнике 3b шатуна и точкой действия на устройство 16 управления может компенсироваться силой инерции массы смещающего элемента. Дополнительно должен согласовываться материал и вес устройства 16 управления, чтобы минимизировать негативные влияния. На фиг.31 и 32 равнодействующая R масла начерчена в виде соединительной линии между средней точкой M заборного отверстия 15 в подшипнике 3b шатуна большой головки 3 шатуна, с одной стороны, и точкой S пересечения оси 16a смещения соединительного элемента 28 и обращенной к возвратной пружине 32 упорной поверхности 29 для соединительного элемента 28. При этом возвратная пружина 32 расположена так, что направленная параллельно продольной оси 1a шатуна 1 компонента возвратной силы действует в направлении малой головки 2 шатуна.
Расположение оси 16a смещения соединительного элемента 28 по отношению к равнодействующей R масла позволяет при этом выравнивать фазы колебательных движений масляного столба и соединительного элемента 28. Амплитуда колебаний путем адаптации массы соединительного элемента 28 выравнивается так, что инерционная сила соединительного элемента 28 эквивалентна инерционной силе масляного столба. Таким образом могут компенсироваться негативные влияния вследствие эффектов сил инерции масс при более высоких частотах вращения машины внутреннего сгорания. Точки вблизи большой головки шатуна, в зависимости от частоты вращения и геометрии, достигают ускорений в несколько тысяч g.
Как можно видеть из фиг.29, 30, с одной стороны, и фиг.31, 32 с другой стороны, канал 13 для снабжения гидравлической средой начинается от образованного большой головкой 3 шатуна подшипника 3b шатуна. На подводящие отверстия (= канал 13 для снабжения гидравлической средой, отдельные каналы 13a, 13b) в шатуне 1 при эксплуатации могут действовать силы в несколько тысяч сил g. Одновременно на подшипник 3b шатуна действуют силы при возникающей при воспламенении инерционной силе, действующей на закрепленный на шатуне поршень. Чтобы избежать нарушения управления смещением длины шатуна 1 вследствие этих колебаний давления в подшипнике 3b шатуна вследствие инерционных сил масляного столба, предпочтительно сделать масляный столб как можно более коротким. Для сохранения достаточной несущей способности подшипника предпочтительно, когда канал 13 для снабжения гидравлической средой начинается от области подшипника 3b шатуна, которая находится в пределах угла β окружности большой головки 3 шатуна от 40° до 320°, при этом 0° задана та точка A пересечения продольной оси 1a шатуна 1 и большой головки 3 шатуна, которая находится на наименьшем расстоянии от малой головки 2 шатуна. Особенно оптимальные результаты получились, когда канал 13 для снабжения гидравлической средой начинается от большой головки 3 шатуна в пределах угла β окружности примерно 315° (специальный вариант фиг.31 и 32). Когда угол α выбран вблизи 90°, канал 13 для снабжения гидравлической средой оптимальным образом начинается в пределах от 135° до 225°, идеальным образом при угле β окружности примерно 180°. Смотри об этом фиг.29 и 30, где один забор 15 обозначен под 180° и штриховой линией заборы 15 под 135° и 225°, заборы между ними на чертеже не показаны, но возможны. Здесь преимущества расположения заборов перевешивают недостатки, которые получаются вследствие несколько больших длин отверстий (и результирующих отсюда более длинных масляных столбов). Благодаря этому могут минимизироваться нарушения в эксплуатации вследствие нагрузки давлением от масляного столба, в частности в случае более коротких отверстий. Одновременно удается избежать отверстий и утонений материала во вкладыше подшипника в пределах от 320° до 40°, что предотвращает недопустимое ослабление несущей способности подшипника.
На фиг.33 показана область забора 15 подшипника 3b шатуна в сечении через шейку 7a кривошипа коленчатого вала 7, при этом обозначены отверстия 38 для масла между главным подшипником 39 и подшипником 3b шатуна.
Как явствует из фиг.23 и 28, устройство 16 управления вместе с соединительным элементом 28 может быть выполнено в виде модуля 35 и расположено в по существу цилиндрическом корпусе 36, который в виде узла вдвигается в цилиндрическую выемку 37 второй части 5 стержня в направлении продольной оси 1a шатуна 1. Это облегчает изготовление.
На фиг.34 для машины внутреннего сгорания без применения настоящего изобретения нанесено давление p16L, p16H в устройстве 16 управления, а также расчетное управляющее давление psL, psH в зависимости от угла KW поворота кривошипа, соответственно для низкого («L») и высокого («H») управляющего давления, при этом низкое расчетное управляющее давление psL («режим низкого давления») соответствует длинной длине шатуна, а высокое расчетное управляющее давление psH («режим высокого давления») -короткой длине шатуна. Можно отчетливо видеть, что в обозначенных K областях возникают неравномерности, так как возникающие давления p16H, p16L в устройстве 16 управления в режиме высокого давления лежат ниже, или в режиме низкого давления - выше соответствующих расчетных управляющих давлений psH или, соответственно, psL. В показанном примере, который показывает кривую давления при частоте вращения коленчатого вала примерно 4000 оборотов в минуту, это приводит к неконтролируемому поведению устройства 16 управления.
На фиг.35 показана кривая давления для частоты вращения коленчатого вала выше 5000 оборотов в минуту (об/мин), аналогичная фиг.34, при этом находит применение предлагаемый изобретением шатун с описанными мерами сокращения мешающих влияний вследствие инерционных сил при высоких частотах вращения. Можно отчетливо видеть, что возникающие давления p16L, p16H в устройстве 16 управления в режиме высокого давления лежат выше высокого расчетного давления psH, а в режиме низкого давления - ниже низкого расчетного давления psL. Тем самым обеспечено отсутствие негативного влияния сил инерции масс на управляемость регулировкой длины шатуна 1 даже при высоких частотах вращения машины внутреннего сгорания.
Таким образом, изобретение позволяет получить регулируемый по длине шатун, который надежно и воспроизводимым образом может регулироваться при высоких частотах вращения и одновременно обладает достаточной несущей способностью подшипников и прост в изготовлении.
Ниже указываются другие предпочтительные варианты осуществления изобретения.
1. Регулируемый по длине шатун 1 для машины с возвратно-поступательным движением поршня, имеющий по меньшей мере одну первую часть 4 стержня и одну вторую часть 5 стержня, причем эти две части 4, 5 стержня телескопически смещаются друг к другу и/или друг в друга, при этом одна из двух частей 5 стержня образует направляющий цилиндр 8, а другая часть 4 стержня - продольно смещаемый в направляющем цилиндре 8 поршневой элемент 6, при этом между первой торцевой стороной 6a поршневого элемента 6 и направляющим цилиндром 8 распространяется первая камера 9 высокого давления, а между второй торцевой стороной 6b поршневого элемента 6 и направляющим цилиндром 8 - вторая камера 10 высокого давления, при этом в первую камеру 9 высокого давления впадает первый масляный канал 11, а во вторую камеру 10 высокого давления - второй масляный канал 12, и масляные каналы 11, 12 гидравлически соединяются с помощью устройства 16 управления по меньшей мере с одним маслоснабжающим каналом 13, отличающийся тем, что устройство 16 управления имеет первый клапан 17 и второй клапан 22, имеющие каждый расположенное в клапанной камере 18; 23 тело 20; 25 клапана, которое прижимается возвратной силой к седлу 21; 26 клапана, при этом первая клапанная камера 18 первого клапана 17 гидравлически соединена с первым масляным каналом 11, а вторая клапанная камера 23 второго клапана 22 - со вторым масляным каналом 12, и тела 20; 25 клапанов активно соединены друг с другом с помощью соединительного устройства 16a, смещаемого по меньшей мере между одним первым положением и одним вторым положением, имеющего по меньшей мере один соединительный элемент 28, и при этом в первом положении первое тело 20 клапана, а во втором положении - второе тело 25 клапана с помощью соединительного устройства 16a могут подниматься каждое против возвратной силы от соответствующего первого или, соответственно, второго седла 21; 26 клапана, и соответствующая первая или, соответственно, вторая клапанная камера 18; 23 может гидравлически соединяться с маслоснабжающим каналом 13, и соответственно в другом положении прилегает к первому или, соответственно, второму седлу 21; 26 клапана и перекрывает гидравлическое соединение с маслоснабжающим каналом 13.
2. Шатун по варианту осуществления 1, отличающийся тем, что соединительный элемент 18 жестко соединен со смещаемым в управляющем цилиндре 30 управляющим поршнем 31, примыкающим к управляющей камере 33, в которую впадает - предпочтительно гидравлически соединенный с маслоснабжающим каналом 13 - управляющий трубопровод 34.
3. Шатун по варианту осуществления 1 или 2, отличающийся тем, что тела 20, 25 клапанов и соединительное устройство 16a являются отдельными конструктивными элементами, при этом соединительное устройство 16a в первом положении находится на расстоянии от второго тела 25 клапана, а во втором положении - от первого тела 20 клапана.
4. Шатун по одному из вариантов осуществления 1-3, отличающийся тем, что соединительный элемент 28 выполнен в виде предпочтительно расположенного нормально к продольной оси 1a шатуна 1, обладающего возможностью осевого смещения соединительного стержня 29.
5. Шатун 1 по варианту осуществления 4, отличающийся тем, что первая ось 20a хода первого тела 20 клапана выполнена соосно продольной оси 29a соединительного стержня 29, при этом первый клапан 17 расположен в области первого конца 29c соединительного стержня 29.
6. Шатун 1 по варианту осуществления 4 или 5, отличающийся тем, что вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана выполнена соосно продольной оси 29a соединительного стержня 29, при этом второй клапан 22 расположен в области второго конца 29d соединительного стержня 29, и при этом предпочтительно первое седло 21 первого клапана 17 и второе седло 26 второго клапана 22 обращены друг от друга.
7. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 4-6, отличающийся тем, что первая ось 20a хода первого тела 20 клапана расположена наклонно под первым углом α примерно 90° +/- 60° к продольной оси 29a соединительного стержня 29.
8. Шатун 1 по варианту осуществления 7, отличающийся тем, что между первым телом 20 клапана и соединительным стержнем 29 расположен с возможностью осевого смещения по меньшей мере один, предпочтительно имеющий форму стержня передаточный элемент 39, при этом особенно предпочтительно первая ось 39a смещения передаточного элемента 39 расположена соосно первой оси 20a хода первого тела 20 клапана.
9. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 7 или 8, отличающийся тем, что вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана расположена наклонно под вторым углом γ примерно 90° +/- 60° к продольной оси 29a соединительного стержня 29.
10. Шатун 1 по варианту осуществления 9, отличающийся тем, что между вторым телом 25 клапана и соединительным стержнем 29 расположен с возможностью осевого смещения по меньшей мере один, предпочтительно имеющий форму стержня второй передаточный элемент 42, при этом предпочтительно вторая ось 42a смещения второго передаточного элемента 42 расположена соосно второй оси 25a хода второго тела 22 клапана.
11. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 8-10, отличающийся тем, что между первым передаточным элементом 39 и соединительным стержнем 29 и/или между вторым передаточным элементом 42 и соединительным стержнем 29 расположен по меньшей мере один, предпочтительно шарообразный, перенаправляющий элемент 40, при этом особенно предпочтительно этот перенаправляющий элемент 40 расположен в соединяющем посадочные отверстия 29b, 39b; 42b соединительного стержня 29 и первого или, соответственно, второго передаточного элемента 39, 42 и наклоненном к ним под углом β больше 0° перенаправляющем отверстии 41.
12. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 8-11, отличающийся тем, что соединительный стержень 29 по меньшей мере в одном положении непосредственно воздействует на первый или, соответственно, второй передаточный элемент 39, 42.
13. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 4-12, отличающийся тем, что по меньшей мере один конец 29c, 29d соединительного стержня 29 выполнен в конической или сферической форме.
14. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 8-13, отличающийся тем, что по меньшей мере один конец первого или, соответственно, второго передаточного элемента 39, 42 выполнен в конической или сферической форме.
15. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 1-14, отличающийся тем, что управляющий цилиндр 30 на своем наружном периметре имеет предпочтительно образованную окружным кольцевым пазом 37a кольцевую камеру 37, которая гидравлически соединена с управляющей камерой 33 или одной из камер 10 высокого давления.
16. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 1-15, при этом устройство 16 управления имеет по меньшей мере одну часть, опертую с возможностью смещения в направлении оси 16a смещения, и при этом ось 16a смещения расположена в плоскости ε качания шатуна 1, предпочтительно нормально к продольной оси 1a шатуна 1, отличающийся тем, что по меньшей мере одна движущаяся возвратно-поступательно часть устройства 16 управления имеет по меньшей мере одно выталкивающее тело 60, 61 или по меньшей мере частично выполнена в виде выталкивающего тела 60, 61.
17. Шатун 1 по варианту осуществления 15, отличающийся тем, что выталкивающее тело 60, 61 имеет более низкую плотность, чем рабочая среда, предпочтительно моторное масло.
18. Шатун 1 по варианту осуществления 16 или 17, отличающийся тем, что по меньшей мере одно выталкивающее тело 60, 61 выполнено в виде полого тела.
19. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 16-18, отличающийся тем, что по меньшей мере одно выталкивающее тело 60, 61 выполнено в виде закрытопористого пенистого тела, предпочтительно из полистирола.
20. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 16-19, отличающийся тем, что выталкивающее тело 60, 61 жестко соединено с движущейся возвратно-поступательно частью или выполнено интегрально с ней.
21. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 16-20, при этом движущаяся возвратно-поступательно часть устройства 16 управления образована опертым с возможностью смещения в управляющем цилиндре 30 управляющим поршнем 31, первая торцевая сторона 31a которого примыкает к управляющей камере 33, в которую может подаваться рабочая среда, а вторая торцевая сторона 31b - к имеющей возвратную пружину 32 камере 32a пружины, отличающийся тем, что в области первой торцевой стороны 31a и/или в области второй торцевой стороны 31b управляющего поршня 31 расположено по меньшей мере одно выталкивающее тело 60, 61, при этом предпочтительно управляющий поршень 31 имеет заданные неплотности между управляющей камерой 33 и камерой 32a пружины.
22. Шатун 1 по варианту осуществления 21, отличающийся тем, что камера 32a пружины гидравлически соединена с накопительной камерой 62, при этом предпочтительно накопительная камера 62 расположена в той же самой части 4 стержня шатуна 1, что и устройство 16 управления.
23. Шатун 1 по варианту осуществления 22, отличающийся тем, что накопительная камера 62 через дроссель 63 соединена с кривошипным пространством.
24. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 16-23, отличающийся тем, что соединительное устройство 16a имеет по меньшей мере одно выталкивающее тело или по меньшей мере частично выполнено в виде выталкивающего тела.
25. Шатун 1 по варианту осуществления 24, отличающийся тем, что по меньшей мере одно тело 20, 25 клапана имеет по меньшей мере одно выталкивающее тело или по меньшей мере частично выполнено в виде выталкивающего тела.
26. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 1-25, отличающийся тем, что соединительное устройство 16a и/или управляющий поршень 31 имеет по меньшей мере один термоэлемент 65.
27. Шатун 1 по варианту осуществления 26, отличающийся тем, что соединительный элемент 28 соединительного устройства 28 выполнен в виде предпочтительно расположенного нормально к продольной оси 1a шатуна 1, обладающего возможностью осевого смещения соединительного стержня 29, который - предпочтительно в области управляющего поршня 31 - разделен в осевом направлении, при этом между первой частью 29a соединительного стержня и второй частью 29b соединительного стержня, особенно предпочтительно между первой частью 29a соединительного стержня и управляющим поршнем 31 расположен термоэлемент 65.
28. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 1-16a, отличающийся тем, что между первой частью 29a соединительного стержня и второй частью 29b соединительного стержня расположен действующий в направлении удлинения шатуна пружинный элемент 66, при этом предпочтительно этот пружинный элемент 66 выполнен в виде тарельчатой пружины.
29. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 1-28, отличающийся тем, что в первом масляном канале 11 расположено по меньшей мере одно первое дроссельное устройство 71 и/или во втором масляном канале 12 по меньшей мере одно второе дроссельное устройство 72, при этом предпочтительно возможен обход первого дроссельного устройства 71 и/или второго дроссельного устройства 72 первым байпасным каналом 73 или, соответственно, вторым байпасным каналом 74.
30. Шатун 1 по варианту осуществления 29, отличающийся тем, что в первом байпасном канале 73 и/или втором байпасном канале 74 расположен предпочтительно выполненный в виде обратного клапана первый байпасный клапан 75 или, соответственно, второй байпасный клапан 76.
31. Регулируемый по длине шатун 1 для машины с возвратно-поступательным движением поршня, имеющий по меньшей мере одну первую часть 4 стержня, которая имеет малую головку 2 шатуна, и имеющий вторую часть 5 стержня, которая имеет монтируемую на коленчатом валу большую головку 3 шатуна, причем эти две части 4, 5 стержня посредством устройства 80 регулировки длины, питаемого гидравлической средой через по меньшей мере один гидравлический канал 11, 12, могут телескопически смещаться друг к другу и/или друг в друга в направлении продольной оси 1a шатуна 1, при этом гидравлические каналы 11, 12 могут с помощью устройства 16 управления гидравлически соединяться с по меньшей мере одним каналом 13 для снабжения гидравлической средой, отличающийся тем, что устройство 16 управления имеет первый клапан 17 и второй клапан 22, имеющие каждый расположенное в клапанной камере 18; 23 тело 20; 25 клапана, причем эти тела 20; 25 клапанов могут прижиматься каждое возвратной силой к собственному седлу 21; 26 клапана, при этом первая клапанная камера 18 первого клапана 17 гидравлически соединена с первым гидравлическим каналом 11, а вторая клапанная камера 23 второго клапана 22 со вторым гидравлическим каналом 12, и тела 20; 25 клапанов с помощью смещаемого по меньшей мере между одним первым положением и одним вторым положением по оси 16a смещения, предпочтительно образованного соединительным стержнем, соединительного элемента 28 активно соединены друг с другом, и при этом в первом положении первое тело 20 клапана, а во втором положении второе тело 25 клапана с помощью соединительного элемента 28 могут подниматься каждое против возвратной силы от соответствующего первого 21 или, соответственно, второго седла 26 клапана, и соответствующая первая 18 или, соответственно, вторая клапанная камера 23 может гидравлически соединяться с каналом 13 для снабжения гидравлической средой и соответственно в другом положении прилегает к первому 21 или, соответственно, второму седлу 26 капана и перекрывает гидравлическое соединение с каналом 13 для снабжения гидравлической средой, и что ось 16a смещения составляет с нормальной плоскостью τ к продольной оси 1a шатуна 1 угол α, для которого справедливо следующее отношение: 0° < α <=90°.
32. Шатун 1 по варианту осуществления 31, отличающийся тем, что устройство 80 регулировки длины выполнено таким образом, что одна из двух частей 5 стержня образует направляющее тело 8, а другая часто 4 стержня - смещаемый в направляющем теле 8 поршневой элемент 6, при этом между первой торцевой стороной 6a поршневого элемента 6 и направляющим телом 8 распространяется первая камера 9 высокого давления, а между второй торцевой стороной 6b поршневого элемента 6 и направляющим телом 8 - вторая камера 10 высокого давления, при этом в первую камеру 9 высокого давления впадает первый гидравлический канал 11, а во вторую камеру 10 высокого давления - второй гидравлический канал 12.
33. Шатун 1 по вариантам осуществления 31 или 32, отличающийся тем, что угол α составляет от 30° до 60°, в частности от 40° до 50°.
34. Шатун 1 по одному из пп.31-33, отличающийся тем, что ось 16a смещения расположена параллельно равнодействующей R масла.
35. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-34, отличающийся тем, что соединительный элемент 28 жестко соединен со смещаемым в управляющем цилиндре 30 управляющим поршнем 31, примыкающим по меньшей мере к одной управляющей камере 33, в которую впадает управляющий трубопровод 34.
36. Шатун 1 по варианту осуществления 35, отличающийся тем, что управляющий трубопровод 34 гидравлически соединен с каналом 13 для снабжения гидравлической средой.
37. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-36, отличающийся тем, что тела 20, 25 клапанов и соединительный элемент 28 являются отдельными конструктивными элементами, при этом соединительный элемент 28 в первом положении находится на расстоянии от второго тела 25 клапана, а во втором положении - от первого тела 20 клапана.
38. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-37, отличающийся тем, что первая ось 20a хода первого тела 20 клапана выполнена нормально к оси 16a смещения соединительного элемента 28 и/или к продольной оси 1a шатуна 1, при этом первый клапан 17 расположен в области первого конца 28a соединительного элемента 28.
39. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-38, отличающийся тем, что вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана выполнена нормально к оси 16a смещения соединительного элемента 28 и/или к продольной оси 1a шатуна 1, при этом второй клапан 22 расположен в области второго конца 28b соединительного элемента 28.
40. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-39, отличающийся тем, что первая ось 20a хода первого тела 20 клапана и/или вторая ось 25a хода второго тела 25 клапана выполнены проходящими параллельно оси коленчатого вала.
41. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-40, отличающийся тем, что по меньшей мере один конец 28a, 28b соединительного элемента 28 выполнен в конической или сферической форме.
42. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-41, отличающийся тем, что соединительный элемент 28 может отклоняться против силы возвратной пружины 32.
43. Шатун 1 по варианту осуществления 42, отличающийся тем, что направленная параллельно продольной оси 1a шатуна 1 компонента возвратной силы действует в направлении малой головки 2 шатуна.
44. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-43, отличающийся тем, что устройство управления выполнено в виде модуля 35 вместе с телами клапанов и соединительным устройством 16a и расположено в корпусе 36, который в виде узла может вдвигаться в ответную выемку 37 в первой 4 или второй части 5 стержня.
45. Шатун 1 по варианту осуществления 44, отличающийся тем, что корпус 36 и выемка 37 выполнены по существу цилиндрическими.
46. Шатун 1 по одному из вариантов осуществления 31-45, отличающийся тем, что канал 13 для снабжения гидравлической средой начинается от области подшипника 3b шатуна, которая находится в пределах угла β окружности от 40° до 320°, предпочтительно примерно 315° большой головки 3 шатуна, при этом 0° задана та точка A пересечения продольной оси 1a шатуна и большой головки 3 шатуна, которая находится на наименьшем расстоянии от малой головки 2 шатуна.