DE10151506A1 - Verriegelungsmechanismus für Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstange - Google Patents

Abstract

Verriegelungsmechanismus für Variabelverdichtungsverhältnis-Pleulstange, mit einem ersten Verriegelungsmechanismus (38), um Pleuelstangenteile lösbar in einem ersten Längen-Setzvorgang (12) der Stange zu verriegeln, und einem zweiten Verriegelungsmechanismus (36), um Pleuelstangenteile lösbar in einem zweiten Längen-Setzvorgang zu verriegeln, um das Verdichtungsverhältnis eines Motorzylinders zu verändern. Wenn eine Längenänderung ausgeführt werden soll, entriegelt Hydraulikfluid einen verriegelten Verriegelungsmechanismus, wobei der Trägheitskraft erlaubt wird, die Längenänderung während eines Motorzyklus zu bewirken. Beim Abschluss einer Längenänderung entriegelt der andere Verriegelungsmechanismus automatisch.

Description

Die Erfindung betrifft insgesamt Hubkolben-Verbrennungsmotoren für Kraftfahrzeuge. Insbesondere betrifft sie Verbrennungsmotoren, welche Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen haben, insbesondere auch Vorrichtungen, Mechanismen und Verfahren, um eine Pleuelstange bei unterschiedlichen Verdichtungsverhältnissen zu betreiben, während ein Motor läuft.

Die Anmeldung bezieht sich auf folgende gleichzeitig eingereichte Patentanmeldungen, die hier via Bezugnahme mit aufgenommen werden: Ser. Nr. . . ., Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen (Anwaltsakte 199- 0483); Ser. Nr. . . ., Variabelverdichtungsverhältnis- Pleuelstangen-Verriegelungsmechanismus (Anwaltsakte 200-1353); Ser. Nr. . . ., Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismus (Anwaltsakte 200-1438); Ser. Nr. . . ., Hydraulikkreis zum Entriegeln eines Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismus (Anwaltsakte 200-1440); Ser. Nr. . . ., Hydraulikkreis mit Akkumulator zum Entriegeln von Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismen (Anwaltsakte 200-1441); Ser. Nr. . . ., Vorrichtung zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotors (Anwaltsakte 200-1366); Ser. Nr. . . ., Vorrichtung und Verfahren zum Variieren des Verdichtungsverhältnisses eines Verbrennungsmotor- Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen- Verriegelungsmechanismus (Anwaltsakte 200-1367); Ser. Nr. . . ., Pulsbetätigter Variabelverdichtungsverhältnis- Verriegelungsmechanismus (Anwaltsakte 200-1349).

Ein Benzinmotor, dessen Verdichtungsverhältnis unveränderlich bleibt, wenn sich Betriebsbedingungen ändern, wird als klopfbegrenzt bezeichnet. Das bedeutet, dass das durch den Motoraufbau vorgegebene Verdichtungsverhältnis derart ausgewählt werden muss, dass unzulässiges Motorklopfen vermieden wird, welches andernfalls während bestimmter Motorbetriebsbedingungen auftreten würde, wenn das Verdichtungsverhältnis größer wäre. Jene Bedingungen jedoch, die in einem Kraftfahrzeug Motorklopfen herbeiführen, herrschen nur für eine begrenzte Zeit vor, wenn das Fahrzeug betrieben wird. Zu anderen Zeiten könnte der Motor mit höherer Effizienz und noch ohne Klopfen arbeiten, wenn das Verdichtungsverhältnis höher gemacht werden könnte, aber unglücklicherweise ist der Motor nicht in der Lage, während jener Zeiten einen wirkungsvolleren Betrieb zu erreichen, weil sich sein Verdichtungsverhältnis nicht ändern kann.

Bestimmte Technologien, welche Hubkolben-Verbrennungsmotoren betreffen, die Variabelverdichtungsverhältnis-Kolben und Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstangen aufweisen, sind in unterschiedlichen Patenten offenbart, z. B. in den U.S. Patenten mit Nummern 1,875,180; 2,376,214; 4,510,895; 4,687,348; 4,979,427; 5,562,068; und 5,755,192. Für den Einsatz von solchen Technologien in Verbrennungsmotoren sind in jenen Dokumenten unterschiedliche Gründe vorgebracht worden. Ein Grund ist, die Effizienz zu verbessern, um einem relativ schwach belasteten Motor zu ermöglichen, bei einem Verdichtungsverhältnis zu laufen, das höher ist, als ein Verdichtungsverhältnis, bei dem der Motor betrieben wird, wenn er relativ stark belastet läuft.

Das Verdichtungsverhältnis eines Motors kann variiert werden, indem die Gesamteffektivlänge einer Pleuelstange und eines Kolbens variiert wird. Eine Änderung der Gesamteffektivlänge kann entweder in der Pleuelstange, dem Kolben oder in beiden erreicht werden. Die vorstehenden Patente beschreiben mehrere Mechanismen, um die Gesamteffektivlänge zu variieren.

Das U.S. Patent mit Nummer 5,562,068 offenbart eine Variabelverdichtungsverhältnis-Pleuelstange, bei der die Einstellung der effektiven Länge am Groß-Ende, d. h. am kurbelwellenseitigen Ende, durchgeführt wird. Die Einstellung wird via eines exzentrischen Ringes ausgeführt, der allgemein mit einem Kurbelzapfen übereinstimmt, aber selektiv am Kurbelzapfen und am Groß-Ende der Stange befestigt werden kann. Wenn der exzentrische Ring an dem Kurbelzapfen befestigt ist, nimmt der Ring eine Position an, welche bewirkt, dass die Stange eine größere effektive Länge hat, so dass ein höheres Verdichtungsverhältnis vorliegt. Wenn der Ring an der Stange befestigt ist, nimmt der Ring eine Position an, welche bewirkt, das die Stange eine kleinere effektive Länge hat, so dass ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis vorliegt.

Bei der Erfindung nach einer der oben genannten Patentanmeldungen, die hier via Bezugnahme mitaufgenommen ist, wird die effektive Länge der Pleuelstangen am Groß-Ende so geändert, dass das Heranziehen eines Variabelverdichtungsverhältnisses auf Basis einer Längenänderung nicht nachteilig in einer Art zur Hubmasse eines Motors beiträgt, die andernfalls ein inakzeptables Ungleichgewicht hervorrufen könnte. Diese Pleuelstange weist einen Aufbau auf, der einen ersten Teil, einen zweiten Teil und einen dritten Teil aufweist, die zusammenmontiert sind, um das Groß-Ende des Pleuelstangenaufbaus zu bilden und eine variable Länge für den Pleuelstangenaufbau zu ermöglichen. Der erste Teil ist eine halbkreisförmige Schale. Einer des zweiten und dritten Teils ist fest am ersten Teil befestigt. An entgegengesetzten Enden des Groß-Endes angeordnete Führungen wirken derart mit dem anderen des zweiten und des dritten Teils und den aneinander befestigten Teilen zusammen, dass eine relative Gleitbewegung zwischen dem anderen des zweiten und des dritten Teils und den aneinander befestigen Teilen über einen begrenzten Einstellbereich ermöglicht ist, um die Länge des Pleuelstangenaufbaus zu ändern. Solch ein Längenänderungsmechanismus verwendet keinen exzentrischen Ring wie es im U.S. Patent, Nummer 5,562,068 der Fall ist.

Die Erfindung betrifft neue Vorrichtungen, Mechanismen und Verfahren: für den Betrieb einer Pleuelstange, insbesondere einer Pleuelstange allgemeiner Art, wie sie in den oben zitierten Patentanmeldungen offenbart ist, in Positionen unterschiedlicher Länge, während der Motor läuft, wodurch sich das Verdichtungsverhältnis ändert; für das Verriegeln der Pleuelstange in einer Position, bis gewünscht wird, die Länge zu ändern; für das Entriegeln der Pleuelstange, wenn eine Längenänderung gewünscht wird; für die Verwendung der Trägheitskraft, um die Längenänderung auszuführen; und für die Verriegelung der Pleuelstange in einer anderen Position nach Abschluss der Längenänderung.

Die Erfindung verwendet neue mechanische Verriegelungsmechanismen, um die Pleuelstange in ihren Positionen unterschiedlicher Länge zu verriegeln. Die Betätigung der Verriegelungsmechanismen wird mit Hydraulikdruck ausgeführt, wobei das Motoröl des Verbrennungsmotors verwendet wird.

Eine Pleuelstange verwendet zwei solche Verriegelungsmechanismen. Wenn beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind, kann sich die Mittellinie des Groß-Endes der Pleuelstange frei zwischen einer Position, in der sie relativ zur Mittellinie des Kurbelzapfens konzentrisch liegt, auf welchem die Pleuelstange via eines Lagerhalters befestigt ist, und einer Position bewegen, in der sie relativ zur Kurbelzapfenmittellinie exzentrisch liegt.

Wenn eine Pleuelstange in einer Auszugsposition ist, die sie mit einer größeren effektiven Länge versieht, hat dies ein höheres Verdichtungsverhältnis zur Folge. Wenn eine Pleuelstange in einer Einzugsposition ist, die sie mit einer kleineren effektiven Länge versieht, hat dies ein niedrigeres Verdichtungsverhältnis zur Folge. Wenn eine Pleuelstange in einer dieser beiden Positionen ist, verriegelt einer der beiden Verriegelungsmechanismen die Pleuelstange mit dem Lagerhalter, während der andere Verriegelungsmechanismus entriegelt ist. Um die Länge von einer Anfangslänge heraus zu verändern, sei diese Länge die Auszugslänge oder die Einzugslänge, wird Hydraulikdruck aufgebracht, um den einen verriegelten Mechanismus dazu zu bringen, sich zu entriegeln, wobei die Pleuelstange für die Rückpositionierung der Mittellinie ihres Groß-Endes relativ zur Mittellinie des Kurbelzapfens, auf dem sie befestigt ist, freigegeben wird. Ist die Pleuelstange von dem Lagerhalter entriegelt, bewirkt eine auf die Pleuelstange wirkende Trägheitskraft, dass sie sich so bewegt, dass die Mittellinie des Groß-Endes relativ zur Mittellinie des Kurbelzapfens rückpositioniert wird, wodurch die effektive Länge der Pleuelstange von der Anfangslänge in eine neue Länge geändert wird. Nach dem Abschluss der Längenänderung wird der Hydraulikdruck, der wirksam war, um den einen Verriegelungsmechanismus zu entriegeln, nun wirksam, den anderen Verriegelungsmechanismus zu verriegeln, wodurch die Pleuelstange mit dem Lagerhalter in der neuen Längenposition verriegelt wird. Die Positionsänderung der Groß-Ende-Mittellinie relativ zur Kurbelzapfen-Mittellinie verhindert ein erneutes Verriegeln des einen Verriegelungsmechanismus, der anfangs unverriegelt war, um die Längenänderung einzuleiten, und so bleibt jener eine Verriegelungsmechanismus entriegelt, während die Pleuelstange in der neuen Längenposition ist. Um die effektive Länge von der Neulänge in die Anfangslänge zurück zu ändern, wird das Aufbringen des Hydraulikdruckes unterbrochen, wobei der andere Verriegelungsmechanismus dazu gebracht wird, sich zu entriegeln, und die Pleuelstange für die Rückpositionierung des Groß-Endes auf dem Kurbelzapfen freigegeben wird. Ist die Pleuelstange von dem Lagerhalter entriegelt, wird die auf die Pleuelstange wirkende Trägheitskraft wirksam, um die Pleuelstange auf dem Kurbelzapfen rückzupositionieren, wodurch die effektive Länge in die Anfangslänge zurückgeführt wird. Nach dem Abschluss der Längenänderung, wird die auf den Verriegelungszapfen wirkende Federkraft wirksam, um den einen Verriegelungsmechanismus zu verriegeln, wodurch die Pleuelstange an dem Lagerhalter verriegelt wird, wobei die Pleuelstange in der Anfangslängenposition ist. Die Längenänderung hindert den anderen Verriegelungsmechanismus daran, erneut verriegelt zu werden, und so bleibt er entriegelt, während die Pleuelstange in der Anfangslängenposition ist.

Ein allgemeiner Aspekt der Erfindung betrifft einen Variabelverdichtungsverhältnis-Motor, der eine Pleuelstange aufweist, über welche eine Kurbelwelle, die sich um eine Kurbelachse dreht, einen Kolben in einem Zylinder hin- und herbewegt. Die Pleuelstange weist ein erstes Teil und ein zweites Teil auf, die relativ zueinander positionierbar sind, um eine effektive Länge der Pleuelstange und damit ein Verdichtungsverhältnis für den Zylinder einzustellen. Ein Verriegelungsmechanismus ist selektiv in einen Verriegelungszustand bringbar, um das erste Teil am zweiten Teil in einer Position zu verriegeln, die eine gegebene effektive Länge für die Pleuelstange mit sich bringt, und ist in einen Entriegelungszustand bringbar, welcher es dem ersten und zweiten Teil erlaubt, sich relativ zueinander zu einer effektive Länge zu positionieren, die sich von der gegebenen effektive Länge unterscheidet.

Das erste Teil weist ein Durchgangsloch auf, das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, und der zweite Teil weist eine Bohrung auf, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat. Die Achse des Durchgangslochs ist koaxial mit der Achse der Bohrung, wenn die Pleuelstange in die gegebene effektive Länge eingestellt ist, und die Achse des Durchgangslochs ist nicht koaxial mit der Achse der Bohrung, wenn die Pleuelstange in eine effektive Länge eingestellt ist, die unterschiedlich zur gegebenen effektive Länge ist. Der Verriegelungsmechanismus weist ein erstes und ein zweites Element auf, die in eine erste Position überführbar sind, die den Verriegelungszustand des Verriegelungsmechanismus repräsentiert, und die in eine zweite Position überführbar sind, die den Entriegelungszustand des Verriegelungsmechanismus repräsentiert. Mit dem ersten und dem zweiten Teil positioniert zum Einstellen der Pleuelstange in der gegebenen effektiven Länge und mit dem ersten und dem zweiten Element in der ersten Position, überbrückt jedes Element ein jeweiliges Ende des Durchgangslochs und einen jeweiligen Abschnitt der Bohrung, wodurch das erste und das zweite Teil in der gegebenen Effektivlängeneinstellung verriegelt werden. Das erste und das zweite Element sind vollständig innerhalb des Durchgangslochs angeordnet, wenn sie in der zweiten Position sind, wodurch es dem ersten und dem zweiten Teil erlaubt wird, zu einer effektiven Länge, die unterschiedlich zur gegebenen effektiven Länge ist, gesetzt zu werden.

Ein anderer Aspekt betrifft eine Variabellängen-Pleuelstange zum Hin- und Herbewegen eines Kolbens in einem Zylinder eines Motors als Folge der Umdrehung einer Motorkurbelwelle um eine Kurbelachse. Die Pleuelstange weist ein erstes Teil und ein zweites Teil auf, die relativ zueinander positionierbar sind, um eine effektive Länge der Pleuelstange zu setzen. Das erste Teil weist auf: ein erstes Durchgangsloch, das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, und ein zweites Durchgangsloch, das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat. Das zweite Teil weist auf: eine erste Bohrung, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, und eine zweite Bohrung, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat. Die Achse des ersten Durchgangslochs ist koaxial zur Achse der ersten Bohrung, wenn das erste und das zweite Teil zum Einstellen einer ersten effektiven Länge der Pleuelstange positioniert sind, ist jedoch nicht koaxial zur Achse der ersten Bohrung, wenn das erste und das zweite Teil zum Einstellen einer zweiten effektiven Länge der Pleuelstange positioniert sind. Die Achse des zweiten Durchgangslochs ist nicht koaxial mit der Achse der zweiten Bohrung, wenn das erste und das zweite Teil positioniert sind, um die erste effektive Länge der Pleuelstange einzustellen, ist jedoch koaxial zur Achse der zweiten Bohrung, wenn das erste und das zweite Teil positioniert wird, um die zweite effektive Länge der Pleuelstange einzustellen. Ein erster Verriegelungsmechanismus, der via dem ersten Durchgangsloch und der ersten Bohrung wirkt, verriegelt wiederlösbar die beiden Teile in der ersten Effektivlängeneinstellung, und ein zweiter Verriegelungsmechanismus, der via dem zweiten Durchgangsloch und der zweiten Bohrung wirkt, verriegelt wiederlösbar die beiden Teile in der zweiten Effektivlängeneinstellung. Der erste Verriegelungsmechanismus weist ein erstes und ein zweites Element auf, die vollständig innerhalb des ersten Durchgangslochs angeordnet sind, wenn der erste Verriegelungsmechanismus vom Verriegeln der zwei Teile in der ersten Effektivlängeneinstellung befreit wurde, und der zweite Verriegelungsmechanismus weist ein erstes und zweites Element auf, die vollständig innerhalb des zweiten Durchgangslochs angeordnet sind, wenn der zweite Verriegelungsmechanismus vom Verriegeln der zwei Teile in der zweiten Effektivlängeneinstellung befreit wurde.

Die Erfindung wird im Folgenden an Hand von Ausführungsbeispielen mit Bezugnahme auf die Zeichnung C erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine Seitenansicht einer Pleuelstange, die eine erste exemplarische Ausführungsform der Erfindung darstellt, wobei die Blickrichtung entlang der Mittellinie des Groß-Endes verläuft, wobei die Pleuelstange derart relativ zum Lagerhalter positioniert ist, dass sie eine effektive Länge hat, die ein Niederverdichtungsverhältnis bewirkt.

Fig. 2 eine Schnittansicht in Richtung der Pfeile 2-2 in Fig. 1.

Fig. 2A eine vergrößerte Ansicht des im Kreis 2A in Fig. 2 dargestellten Details.

Fig. 2B eine vergrößerte Ansicht des im Kreis 2B in Fig. 2 dargestellten Details.

Fig. 2C eine perspektivische Explosionsdarstellung des Lagerhalters, der aus den Fig. 1 und 2 entnommen ist.

Fig. 3 eine Ansicht ähnlich Fig. 2, aber mit der auf dem Lagerhalter in eine effektive Länge rückpositionierten Pleuelstange, die ein Hochverdichtungsverhältnis bewirkt.

Fig. 4 ein Diagramm, das zur Erläuterung dient, wie sich die Kräfte, die auf einen Verriegelungsmechanismus einer Pleuelstange wirken, bei unterschiedlichen Motordrehzahlen ändern.

Fig. 5 eine Figur ähnlich Fig. 2, die jedoch eine zweite Ausführungsform zeigt, bei der die Pleuelstange auf dem Lagerhalter unter Einnehmen einer effektiven Länge positioniert ist, die ein Niederverdichtungsverhältnis bewirkt.

Fig. 6 eine Ansicht ähnlich Fig. 5, die jedoch die zweite Ausführungsform zeigt, bei der die Pleuelstange auf dem Lagerhalter zu einer effektiven Länge positioniert ist, die ein Hochverdichtungsverhältnis bewirkt.

Fig. 7 eine Figur ähnlich Fig. 2, die jedoch eine dritte Ausführungsform zeigt, bei der die Pleuelstange auf dem Lagerhalter zu einer effektiven Länge positioniert ist, die ein Hochverdichtungsverhältnis bewirkt.

Fig. 7A eine perspektivische Ausschnittsvergrößerung eines in Fig. 7 dargestellten Verriegelungsmechanismus, jedoch in einem Verriegelungszustand, der sich von dem in Fig. 7 dargestellten Zustand unterscheidet.

Fig. 7B eine perspektivische Ansicht eines Elementes aus Fig. 7 und 7A.

Fig. 7C eine perspektivische Ansicht einer anderen Form des Elementes.

Fig. 8 eine Längsansicht einer exemplarischen Kurbelwelle, auf welche die Pleuelstangen montiert sind.

Fig. 8A eine Motor-Lagerzapfenaufnahme für den ersten Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle von Fig. 8.

Fig. 8B eine Motor-Lagerzapfenaufnahme für den zweiten Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle von Fig. 8.

Fig. 8C eine Motor-Lagerzapfenaufnahme für den dritten Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle von Fig. 8.

Fig. 8D eine Motor-Lagerzapfenaufnahme für den vierten Hauptlagerzapfen der Kurbelwelle von Fig. 8.

Fig. 8E eine vergrößerte Querschnittsansicht senkrecht zur Kurbelwellenachse in Richtung der Pfeile 8E-8E in Fig. 8, welche mehr Details zeigt.

Fig. 9A eine Querschnittsansicht eines Kurbelzapfens der Kurbelwelle, auf dem eine Pleuelstange montiert ist, und Fig. 9B eine Querschnittsansicht in Richtung der Pfeile 9B-9B in Fig. 9A.

Fig. 10 ein schematisches Schaubild einer ersten exemplarischen Ausführungsform einer Hydrauliksteuerung zur Änderung der effektiven Länge von Pleuelstangen auf einer Kurbelwelle.

Fig. 11 ein schematisches Schaubild einer zweiten exemplarischen Ausführungsform einer Hydrauliksteuerung zur Änderung der effektiven Länge von Pleuelstangen auf einer Kurbelwelle.

Die Fig. 1 und 2 zeigen eine erste Ausführungsform eines Variabellängen-Pleuelstangenaufbaus 12, um einen Motor mit einem variablen Verdichtungsverhältnis auszustatten. Der Pleuelstangenaufbau 12 weist auf: ein Groß-Ende 14 (kurbelwellenseitiges Ende), für die Lagerung auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle, und ein Klein-Ende 16 (kolbenseitiges Ende), für die Lagerung auf einem zentralen Abschnitt eines Schwingzapfens, um den Pleuelstangenaufbau mit einem Kolben 18 (nur schematisch in Fig. 1 gezeigt) zu verbinden. Im Groß-Ende 14 ist ein Variabellängen-Mechanismus ausgeführt, um eine Änderung der effektiven Länge des Pleuelstangenaufbaus 12 zu ermöglichen.

Der Pleuelstangenaufbau 12 weist eine Pleuelstange 19 fester Länge auf, die aus zwei Teilen 20 und 26 gebildet ist, welche aneinander befestigt sind. Ein Ende des Teils 20 weist das Klein-Ende 16 und einen Pleuelschaft 22 auf, der sich vom Klein-Ende zum Groß-Ende 14 erstreckt. Der Variabellängen- Mechanismus ist wie die zweite Ausführungsform in der oben genannten Patentanmeldung offenbart und wird von einem Lagerhalter 24 gebildet, der auf einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle montiert ist, deren Mittellinie konzentrisch zu jener des Kurbelzapfens ist. Der Lagerhalter 24 ist zwischen einem ungefähr halbkreisförmigen Abschnitt des Teils 20 am Groß-Ende 14 und einer ungefähr halbkreisförmigen Schale, die das Teil 26 bildet, gehalten. Die gegenüberliegenden Enden des Halbumfangs des Teils oder der Schale 26 weisen Löcher 28 auf, die mit Löchern 30 im Teil 20 in einer Linie liegen. Die Verbindungselemente 32 befestigen die Schale 26 am Teil 20 via der Löcher 28, 30. Die Schale 26 und das Teil 20 haben Kanäle, die zu den zugehörigen Abschnitten eines Flansches 25 des Lagerhalters 24 passen (siehe Fig. 2C).

Die Kanaltiefe und die Flanschtiefe sind so gewählt, dass sich die Festlängen-Pleuelstange 19 auf dem Lagerhalter 24 eine kurze Distanz bewegen kann, wobei sich die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus 12 ändert, indem die Mittellinie 14CL des Groß-Endes 14 relativ zur Mittellinie 24CL des Lagerhalters 24 zurückverschoben wird. Die Kanäle bilden die Nut und der Flansch bildet die Feder einer Nut- und Federverbindung, die für eine Gleitbewegung vorgesehen ist, über welche die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus einstellbar ist, wie sie zwischen der Mittellinie 16CL des Klein-Endes 16 und der Mittellinie 24CL des Lagerhalters 24 gemessen ist.

Ein Lager 34 befindet sich innerhalb des Lagerhalters 24, um als eine Lagerfläche zwischen dem Innendurchmesser des Lagerhalters und dem Außendurchmesser des Kurbelzapfens (in den Fig. 1 und 2 nicht dargestellt), der vom Lagerhalter umgeben ist, zu wirken, wenn sich als Antwort auf eine Kurbelwellenumdrehung der Lagerhalter auf dem Kurbelzapfen dreht. Fig. 2C zeigt den Lagerhalter 24 als Teilhälften 24A, 24B aufweisend, die mittels Verbindungsstücken 35 fest zusammengehalten werden, wenn der Lagerhalter am Kurbelzapfen montiert ist. Der Lagerhalter 24 und die Verbindungsstücke 35 werden später detaillierter beschrieben.

Die Pleuelstange 19 weist zwei Verriegelungsmechanismen 36, 38 auf. Ein Verriegelungsmechanismus 36 ist am Groß-Ende 14 zwischen dem Klein-Ende 16 und der Mittellinie 14CL angeordnet, und der andere Verriegelungsmechanismus 38 ist relativ zur Mittellinie 14CL diametral entgegengesetzt zum ersten Verriegelungsmechanismus 36 am Groß-Ende 14 angeordnet. Die zwei Mechanismen sind ziemlich ähnlich. Eine vergrößerte Detailansicht der beiden Verriegelungsmechanismen ist in den Fig. 2A und 2B dargestellt.

Der Verriegelungsmechanismus 36 weist mehrere Teile auf, wie einen Stiel 36A, einen Verriegelungszapfen 36C, einen Kolben 36D, einen Verriegelungszapfenanschlag 36E, eine Verriegelungszapfenanschlag-Feder 36F, eine Federabdeckung 36G und einen Öldeckel 36H.

Der Verriegelungsmechanismus 38 weist mehrere Teile auf, wie einen Stiel 38A, einen Verriegelungszapfen 38C, einen Kolben 38D, einen Verriegelungszapfenanschlag 38E, eine Verriegelungszapfenanschlag-Feder 38F, eine Federabdeckung 38G und einen Öldeckel 38H.

Jeder Stiel 36A, 38A ist am Lagerhalter 24 in irgendeiner geeigneten Art so befestigt, dass die Stiele auf der Längs- Mittellinie des Pleuelstangenaufbaus 12 angeordnet sind, um in entgegengesetzten Richtungen von entgegengesetzten Seiten des Lagerhalters 24 vorzustehen, wie es vielleicht am besten in Fig. 2C zu sehen ist. Der Stiel 36A ist in einer passend ausgebildeten Bohrung B1 im Teil 20 aufgenommen, und der Stiel 38A ist in einer passend ausgebildeten Bohrung B2 im Deckel 26 aufgenommen. Die Bohrungen erlauben den Stielen, sich jedes Mal darin zu bewegen, wenn sich die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus 12 ändert, und können wie der Flansch 25 eine Führung für die Längsbewegung der Pleuelstange 19 auf dem Lagerhalter 24 schaffen, wenn sich die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus 12 ändert.

Im Bereich eines jeweiligen Verriegelungsmechanismus weist jedes der Teile 20 und 26 ein jeweiliges Paar von Vorsprüngen 40 auf gegenüberliegenden Flächen der Pleuelstange 19 auf. Eine jeweilige Durchgangsbohrung TB1 und TB2 erstreckt sich durch die Pleuelstange 19 zwischen jedem Vorsprungs-Paar 40 parallel zur Mittellinie 24CL und schneidet die jeweilige Bohrung B1, B2, in welcher der zugehörige Stiel 36A, 38A angeordnet ist.

Federabdeckungen 36G, 38G sind auf irgendeine geeignete Art, wie zum Beispiel mit Schrauben 41, an den Teilen 20 beziehungsweise 26 gegen den jeweiligen Vorsprung 40 auf der gleichen Seite der Pleuelstange 19 gesichert, um das zugehörige Ende der jeweiligen Durchgangsbohrung TB1, TB2 abzudecken. Öldeckel 36H, 38H sind auf irgendeine geeignete Art, wie zum Beispiel mit Schrauben 41, an den Teilen 20 beziehungsweise 26 gegen den jeweiligen Vorsprung 40 auf der gleichen Seite der Pleuelstange 19, aber entgegengesetzt der Fläche, welche die Federabdeckungen 36G, 38G aufweist, gesichert, um das zugehörige Ende der jeweiligen Durchgangsbohrung TB1, TB2 abzudecken, entgegengesetzt dem Ende, das von der jeweiligen Federabdeckung abgedeckt wird.

Die Verriegelungszapfenanschlag-Federn 36F, 38F drücken gegen die Innenfläche der jeweiligen Federabdeckung 36G, 38G, um den jeweiligen Verriegelungszapfenanschlag 36E, 38E innerhalb der jeweiligen Durchgangsbohrung TB1, TB2 federnd gegen den jeweiligen Stiel 36A, 38A zu spannen.

Das Lager 34 weist einige Durchgangslöcher 42 auf, die im Lagerhalter 24 zu einem umfänglich kontinuierlich umlaufenden Ringkanal 44 hin offen sind. Eine jeweilige Steuerpassage 46A, 46B erstreckt sich vom Kanal 44 zum Ende der zugehörigen Durchgangsbohrung TB1, TB2, die von der jeweiligen Ölabdeckung 36H, 38H, abgedeckt wird.

Die Steuerpassage 46A beginnt im Stiel 36A, wo sie zum Kanal 44 hin geöffnet ist. In diesem Zusammenhang zeigt Fig. 2C den Schaft des zugehörigen Verbindungselementes 35 mit einem verringerten Querschnitt 35A, mit dem es sich durch den Eingang der Steuerpassage hindurch erstreckt. Der Nennquerschnitt des Verbindungselement-Schafts ist darüber hinaus bezüglich des Kanals 44 so dimensioniert, dass der Ölfluss durch den Kanal in der Nähe der Steuerpassage nicht blockiert wird. Die Steuerpassage 46A setzt sich im Teil 20 fort, wobei sie vom Stiel 36A in einem Schnittstellen- Abschnitt zwischen dem Außendurchmesser des Stiels und der Wand der Bohrung B1, in der der Stiel angeordnet ist, in das Teil 20 übergeht. Die Passage 46A setzt sich im Öldeckel 36H fort, wobei sie vom Teil 20 in einem Abschnitt des vom Öldeckel 36H abgedeckten Vorsprungs 40 zum Öldeckel 36H übergeht. Die Innenfläche des Öldeckels 36H definiert eine Form für das Ende der Steuerpassage 46A, das zu einem Sackloch 48A in der entgegenstehenden Endfläche des Kolbens 36D führt.

Die Steuerpassage 46B beginnt im Stiel 38A, wo sie zum Kanal 44 hin geöffnet ist. In diesem Zusammenhang hat der Schaft des zugehörigen Verbindungselementes 35 einen verringerten Querschnitt 35A, mit dem es sich quer über den Eingang der Steuerpassage erstreckt. Der Nennquerschnitt des Verbindungselement-Schafts ist darüber hinaus bezüglich des Kanals 44 so dimensioniert, das der Ölfluss durch den Kanal in Nähe der Steuerpassage nicht blockiert wird. Die Steuerpassage 46B setzt sich in der Schale 26 fort, wobei sie vom Stiel 38A in einem Schnittstellen-Abschnitt zwischen dem Außendurchmesser des Stiels und der Wand der Bohrung B2, die den Stiel führt, in die Schale 26 übergeht. Die Passage 46B setzt sich im Öldeckel 38H fort, wobei sie von der Schale 26 in einem Abschnitt des vom Öldeckel 38H abgedeckten Vorsprungs 40 zum Öldeckel 38H übergeht. Die Innenfläche des Öldeckels 38H definiert eine Form für das Ende der Steuerpassage 46B, das zu einem Sackloch 48A in der entgegenstehenden Endfläche des Kolbens 38D führt. Die Formierungen, welche die Steuerpassagen in den unterschiedlichen einzelnen Teilen ausbilden, haben Geometrien, die jede Passage für alle Positionen der Stiele 36A, 38A relativ zu den Bohrungen B1, B2 offen halten.

Die Fig. 1 und 2 stellen den Pleuelstangenaufbau 12 in einer Einzugsposition dar, die ein Nieder- Verdichtungsverhältnis schafft. Fig. 1 zeigt, dass die Mittellinie 14CL bezüglich der Mittellinie 16CL über die Mittellinie 24 hinausgehend liegt. Wie unten erklärt wird, muss auf die Steuerpassagen 46A, 46B ein Hydraulikdruck aufgebracht werden, um die Pleuelstange 12 in eine Auszugsposition zu bewegen, die ein hohes Verdichtungsverhältnis schafft. In einem Fahrzeug, das von einem Motor angetrieben wird, der Pleuelstangen mit Variabelverdichtungsverhältnis aufweist, mag es wünschenswert sein, entweder die Auszugs-Position oder die Einzugs-Position als eine voreingestellte Standardposition zu haben, womit eine Position gemeint ist, die alle Pleuelstangen in einem Standardfall einnehmen. Was einen Standardfall bildet, kann auf unterschiedliche Arten definiert sein, die von unterschiedlichen Überlegungen im Fahrzeugbetrieb abhängen. Für die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Ausführungsform ist die Position mit Niederverdichtungsverhältnis die voreingestellte Standardposition. In der Einzugsposition der Fig. 1 und 2 ist der Verriegelungsmechanismus 38 verriegelt, wobei die Schale 26 am Stiel 38A und dadurch am Lagerhalter 24 verriegelt wird. Das Verriegeln wird mit einem Durchgangsloch 50B im Stiel 38A ausgeführt, welches mit der Durchgangsbohrung TB2 in einer Linie liegt. Die Verriegelungszapfenanschlag-Feder 38F drückt den Verriegelungszapfenanschlag 38E an den Verriegelungszapfen 38C, den letzteren an den Kolben 38D und den letzteren gegen den Öldeckel 38H. Die Reihenfolge von aneinanderliegenden Elementen 38E, 38C, 38D setzen einen Zustand voraus, bei dem der Verriegelungszapfenanschlag 38E in ein Ende des Durchgangsloches 50B von einem Ende der Durchgangsbohrung TB2 aus eintritt, und der Verriegelungszapfen 38C in das entgegengesetzte Ende der Durchgangsbohrung TB2 vom entgegengesetzten Ende des Durchgangsloches 50B aus eintritt.

In der in den Fig. 1 und 2 dargestellten Einzugsposition ist der Verriegelungsmechanismus 36 nicht verriegelt. Der Stiel 36A weist ein Durchgangsloch 50A auf, das mit der Durchgangsbohrung TB1 nicht in einer Linie liegt. Der Verriegelungszapfen 36C hat eine axiale Abmessung, die es erlaubt, in das Durchgangsloch 50A zu passen, ohne aus einem der beiden Enden herauszuragen. Der Verriegelungszapfenanschlag 36E ragt im Einzugszustand auf einer Seite des Stiels 36A nicht in die Bohrung B1 hinein, wobei die Feder 36F zusammengedrückt wird. Auf der gegenüberliegenden Seite des Stiels 36A ragt der Kolben 36D nicht in die Bohrung B1 hinein.

Wenn Hydraulikfluid durch die Durchgangslöcher 42 und den Kanal 44 unter Druck zugeführt wird, wirkt das Fluid schließlich auf beide Kolben 36D, 38D. Das Fluid hat keinen Einfluss auf den erstgenannten Kolben, weil jener Kolben aufgrund der teilweisen Behinderung der Durchgangsbohrung TB1 durch den Stiel 36A an einer Bewegung gehindert wird. Das Fluid hat einen Einfluss auf den letzteren Kolben, weil keine zugehörige Behinderung vorliegt. Daher werden die aneinander stoßenden Elemente 38D, 38C und 38E in Fig. 2 nach links verschoben, wobei die Feder 38F während des Betriebes zunehmend zusammengedrückt wird, bis der Verriegelungszapfenanschlag 38E an die Abdeckung 38G anstößt, worauf die Verriegelung gelöst wird, weil der Verriegelungszapfenanschlag 38E aus dem Durchgangsloch 50B verschoben worden ist und der Verriegelungszapfen 38C vollständig innerhalb des Durchgangslochs 50B aufgenommen worden ist, ohne dass der Kolben 38D hinreichend verschoben wird, um in das Durchgangsloch 50B zu ragen.

Wenn nun beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind, führt die Kurbelwellenrotation dazu, dass auf die Pleuelstange 19 eine Trägheitskraft ausgeübt wird, so dass die Pleuelstange veranlasst wird, sich in die Auszugsposition zu bewegen, siehe Fig. 3. Wenn die Pleuelstange 19 die Auszugsposition auf dem Lagerhalter 24 erreicht, gelangt das Durchgangsloch 50A mit der Durchgangsbohrung TB1 in eine Linie, während sich das Durchgangsloch 50B aus der Fluchtlinie mit der Durchgangsbohrung TB2 herausbewegt und den Verriegelungszapfen 38C im Durchgangsloch 50B mitnimmt. Dadurch ist der Verriegelungsmechanismus 36 nun verriegelt, während der Verriegelungsmechanismus 38 entriegelt bleibt.

Aus der vorhergehenden Beschreibung können mehrere Betriebsaspekte erkannt werden. Eine erster Aspekt ist, dass das Verriegeln eines Mechanismus ausreicht, um den Pleuelstangenaufbau in einer der beiden möglichen Längen zu verriegeln. Ein zweiter Aspekt ist, dass es nicht möglich ist, dass beide Verriegelungsmechanismen zugleich verriegelt sind. Ein dritter Aspekt ist, dass eine Längenänderung ausgelöst wird, indem ein verriegelter Mechanismus entriegelt wird, so dass beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind. Ein vierter Aspekt ist, dass einer der Mechanismen automatisch den Pleuelstangenaufbau nach Abschluss einer Längenänderung verriegelt.

Fig. 4 ist ein Diagramm, in dem die Motor- Kurbelwellendrehung, gemessen in Winkelgraden um die Kurbelwellenachse, entlang der horizontalen Achse des Schaubildes dargestellt ist. Die Longitudinal-Komponente der entlang dem Pleuelstangenaufbau am Groß-Ende wirkenden Trägheitskraft ist entlang der Vertikalachse des Diagramms in Newton dargestellt. Fig. 4 weist drei repräsentative Kurvenzüge P1, P2, P3 auf, von denen jeder die auf die jeweilige Motordrehzahl von 3000 U/min. 5000 U/min. 7000 U/min bezogene Longitudinal-Kraftkomponente über dem Kurbelwinkel darstellt. Die Kurbelwellenumdrehung verursacht Trägheit auf den Kurbelzapfen, auf den der Pleuelstangenaufbau montiert ist, und die Trägheitskraft wird ihrerseits bei der Drehbewegung auf den Pleuelstangenaufbau aufgebracht. Obwohl die Trägheitskraft verwendet wird, um die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus zu verändern, wenn beide Verriegelungsmechanismen entriegelt sind, bewirkt sie auch Seitenlasten auf die beweglichen Teile der Verriegelungsmechanismen, und diese Seitenlasten können über den Verlauf eines Motorzyklus variieren. Wenn während Motorzyklusabschnitten die Trägheitskraft in ihrer Höhe relativ klein ausfällt, sind die auf die Verriegelungsmechanismen wirkenden Seitenlasten hinreichend klein, so dass, wie oben beschrieben, ein verriegelter Mechanismus entriegelt wird, wenn Hydraulikfluid in den Pleuelstangenaufbau gedrückt wird, und der entriegelte Mechanismus verriegelt wird, nachdem die Längenänderung stattgefunden hat. Zu bestimmten Zeiten eines Motorzyklus kann die Trägheitskraft in ihrer Höhe hinreichend groß sein, so dass die auf die Verriegelungsmechanismen einwirkenden Seitenkräfte groß genug werden, um einen verriegelten Mechanismus daran zu hindern, sich zu entriegeln, und um einen entriegelten Mechanismus daran zu hindern, sich zu verriegeln.

Fig. 4 zeigt, dass eine relativ größere positive Kraftkomponente zuverlässig aufgebaut wird innerhalb eines genügend breiten Bereiches in der Nähe des oberen Totpunktes (360°) im Ausstoßhub, um die Verlängerung der effektiven Länge der Pleuelstange zu gewährleisten, wenn beide Verriegelungsmechanismen entriegelt worden sind. Fig. 4 zeigt auch den zuverlässigen Aufbau einer relativ größeren negativen Kraftkomponente innerhalb eines genügend breiten Bereiches in der Nähe des unteren Totpunktes (540°) im sich einstellenden Ansaughub, und es ist jene Kraftkomponente, die wirksam ist, um den Pleuelstangenaufbau zusammenzuziehen, vorausgesetzt, dass beide Verriegelungsmechanismen entriegelt worden sind.

Wenn es angemessen ist, die Länge zu verlängern, wird der Hydraulikdruck vor dem oberen Totpunkt des Ausstoßhubes aufgebracht, um den Verriegelungsmechanismus 38 zu entriegeln. Mit schon entriegeltem Verriegelungsmechanismus 36 ist der Anstieg in der positiven Trägheitskraft wirksam, um die effektive Länge des Pleuelstangenaufbaus zu vergrößern. Die Ausrichtung, welche die Durchgangsbohrung TB1 zu dem Durchgangsloch 50A bei voller Längenausdehnung erlangt, bringt sowohl den Kolben 36D als auch den Verriegelungszapfenanschlag 36E mit dem Verriegelungszapfen 36C in eine Fluchtlinie, und weil der Hydraulikdruck weiterhin bestehen bleibt, zwingt die auf den Kolben 36D wirkende Hydraulikkraft den Kolben dazu, in ein Ende des Durchgangsloches 50A einzutreten und den Verriegelungszapfen 36C und damit den Verriegelungszapfenanschlag 36E zu drücken, wodurch die Feder 36F zunehmend komprimiert wird. Die drei aneinander anstoßenden Elemente 36D, 36C, 36E werden verschoben, bis das letztere 36E an die Federabdeckung 36G anstößt, so dass die Verschiebung von allen drei Elementen damit zum Stillstand kommt. Wenn die Verschiebung abgeschlossen ist, überbrückt der Kolben 36D die Durchgangsbohrung TB1 und das Durchgangsloch 50A auf der einen Seite des Stiels 36A, während der Verriegelungszapfen 36C die Durchgangsbohrung TB1 und das Durchgangsloch 50A auf der anderen Seite des Stiels 36A überbrückt, wodurch der Verriegelungsmechanismus 36 in den verriegelten Zustand gebracht wird, welcher den Pleuelstangenaufbau in der Auszugsposition verriegelt. Der Hydraulikdruck wird weiterhin aufgebracht, um den Verriegelungsmechanismus 36 verriegelt zu lassen und um sicherzustellen, dass der Pleuelstangenaufbau in der Hochverdichtungsverhältnis-Position ausgelenkt bleibt. Wegen der von den Trägheitskräften verursachten Seitenlasten kann ein wirkliches Verriegeln des Mechanismus 36 nicht auftreten, bis die Trägheitskraft, die für die Längenänderung wirksam war, in ihrer Höhe nachlässt.

Um den Pleuelstangenaufbau in die Niederverdichtungs­ verhältnis-Position zu bringen, wird das Aufbringen des Hydraulikdruckes rechtzeitig vor einem geeigneten Punkt im Motorzyklus beendet, bei dem die auf den Pleuelstangenaufbau wirkende Trägheitskraft wirksam ist, um die für die Bewegung der Pleuelstange 19 in die Einzugsposition erforderliche Negativkraft auf den Lagerhalter 24 aufzubringen. Wenn der Hydraulikdruck nicht mehr aufgebracht wird und die auf den Verriegelungsmechanismus 36 wirkende Seitenkraft ihn nicht am Entriegeln hindert, wird die Feder 36F wirksam, um die drei aneinander anstoßenden Elemente 36E, 36C und 36D in Richtung zur Ölabdeckung 36H zu verschieben. Die Verschiebung dieser drei Elemente ist beendet, wenn der Kolben 36D an die Ölabdeckung 36H anstößt. Wenn dies geschieht, ist der Verriegelungszapfen 36C vollständig innerhalb des Durchgangsloches 50A angeordnet, während weder der Verriegelungszapfenanschlag 36E noch der Kolben 36D in das Durchgangsloch 50A hineinragt. Wenn die auf den Pleuelstangenaufbau wirkende Trägheitskraft zunehmend negativ wird, zieht sich die Pleuelstange 19 in die Nieder- Verdichtungsverhältnis-Position auf den Lagerhalter 24 zusammen.

Erreicht die Pleuelstange 19 die Einzugsposition von Fig. 2, fluchtet die Durchgangsbohrung TB2 mit dem Durchgangsloch 50B. Vorausgesetzt, dass die Seitenlast auf den Verriegelungsmechanismus 38 hinreichend klein ist, um ihn nicht am Verriegeln zu hindern, dann wirkt die Andrückkraft der Feder 38F auf die aneinander anstoßenden Elemente 38E, 38C, 38D, um sie zu verschieben, bis das letztere Element 38D an die Ölabdeckung 38H anstößt, wodurch die Verschiebung beendet ist. Wenn die Verschiebung beendet ist, überbrückt der Verriegelungszapfenanschlag 38E die Durchgangsbohrung TB2 und das Durchgangsloch 50B auf der einen Seite des Stiels 8A, während der Verriegelungszapfen 38C das Durchgangsloch 50B und die Durchgangsbohrung TB2 auf die andere Seite des Stiels 38A überbrückt, wodurch der Verriegelungsmechanismus 38 in einen Zustand gebracht wird, in welchem die Pleuelstange in der Nieder-Verdichtungsverhältnis-Position verriegelt ist. Wegen Trägheitskraftänderungen kann ein wirksames Verriegeln des Mechanismus 38 nicht wirklich auftreten, bis die Trägheitskraft, die wirksam war, um die Länge zu ändern, in ihrer Höhe nachlässt. Die Pleuelstange verbleibt in dieser Position, bis der Hydraulikdruck erneut aufgebracht wird, um sie auf die zuvor beschriebene Art und Weise in die Hoch- Verdichtungsverhältnis-Position zu bringen.

Die zweite Ausführungsform, die in Fig. 5 und 6 dargestellt ist, verwendet die gleichen in den Fig. 1, 2 und 3 verwendeten Bezugszeichen, um die zugehörigen Elemente zu bezeichnen; daher wird eine detaillierte Beschreibung als nicht notwendig erachtet, abgesehen von Erläuterungen bestimmter Unterschiede zwischen entsprechenden Elementen in den jeweiligen Ausführungsformen.

Ein prinzipieller Unterschied zwischen den beiden Ausführungsformen besteht darin, dass die zweite Ausführungsform die Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position von Fig. 6 als voreingestellte Standardposition verwendet. Dies wird erreicht, indem der Verriegelungsmechanismus 36 verwendet wird, um die Pleuelstange 19 in der Auszugsposition relativ zum Lagerhalter 24 zu verriegeln, wenn der Hydraulik- Fluiddruck nicht auf die Pleuelstange aufgebracht wird. Fig. 6 zeigt, dass der Verriegelungszapfenanschlag 36E die Durchgangsbohrung TB1 und das Durchgangsloch 50A auf der einen Seite des Stiels 36A überbrückt, während der Kolben 36D die Durchgangsbohrung und das Durchgangsloch auf der entgegengesetzten Seite des Stiels 36A überspannt. Wie auf der Grundlage der vorausgegangenen Beschreibung der ersten Ausführungsform nachvollziehbar ist, zeigt Fig. 6 den entriegelten Verriegelungsmechanismus 38, während die Pleuelstange in der Hoch-Verdichtungsverhältnis- Standardposition ist.

Wenn der Hydraulikdruck aufgebracht wird, entriegelt der Verriegelungsmechanismus 36, und weil der Verriegelungsmechanismus 38 schon entriegelt ist, wirkt die aufkommende geeignete Trägheitskraft derart, dass sich die Pleuelstange von der Hoch-Verdichtungsverhältnis-Position der Fig. 6 in die Nieder-Verdichtungsverhältnis-Position der Fig. 5 zusammenzieht. Wenn die Pleuelstange 19 die Einzugsposition annimmt, wirkt der fortwährende Hydraulikdruck auf den Kolben 38D und hat zur Folge, dass die drei aneinander anstoßenden Elemente 38D, 38C und 38E verschoben werden, um die in Fig. 5 gezeigte Position einzunehmen. Aus der vorigen Beschreibung der ersten Ausführungsform ist nachvollziehbar, dass diese Position den verriegelten Zustand des Verriegelungsmechanismus 38 darstellt. Die Pleuelstange wird in der Nieder-Verdichtungsverhältnis-Position verriegelt bleiben, bis der Hydraulikdruck abgesenkt wird. Wenn dies geschieht, ist die komprimierte Feder 38F in der Lage, die drei aneinander anstoßenden Elemente 38E, 38C, 38D in eine Position zu verschieben, welche den Verriegelungsmechanismus entriegelt. Weil der Verriegelungsmechanismus 36 entriegelt geblieben ist, erlauben die zwei nun entriegelten Mechanismen der Pleuelstange 19, sich auf dem Lagerhalter 24 auszulenken, wenn ein Punkt im Motorzyklus eine angemessene Trägheitskraft vorsieht, dies zu tun. Wenn die Pleuelstange wieder auf die Auszugsposition der Fig. 6 zurückkommt, liegt die Durchgangsbohrung TB1 wieder mit dem Durchgangsloch 50A in einer Linie, und aus der vorhergehenden Beschreibung ist nachvollziehbar, dass der Verriegelungsmechanismus 36 wieder sofort verriegelt und die Pleuelstange dabei in der Hoch- Verdichtungsverhältnis-Position verriegelt.

Allgemein kann die zweite Ausführungsform ähnlich der ersten Ausführungsform betrachtet werden, mit der Ausnahme, dass die Konstruktion des Verriegelungsmechanismus 36 der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Verriegelungsmechanismus 38 der ersten Ausführungsform ist und dass der Verriegelungsmechanismus 38 der zweiten Ausführungsform ähnlich dem Verriegelungsmechanismus 36 der ersten Ausführungsform ist. Weitere konstruktive Unterschiede zwischen bestimmten Einzelteilen der zweiten Ausführungsform und ihren Entsprechungen in der ersten Ausführungsform sind ebenfalls vorhanden. Beide Verriegelungszapfen in der zweiten Ausführungsform sind rohrförmige Zylinder im Gegensatz zum Vollzylinderblock der ersten Ausführungsform. Der Kolben 38D der zweiten Ausführungsform hat ein Sackloch an seinem Ende, das dem Verriegelungszapfen 38C zugewandt ist, wohingegen der Kolben 36D der ersten Ausführungsform kein Sackloch hat. Der Verriegelungszapfenanschlag 36E der zweiten Ausführungsform hat ein Sackloch an seinem Ende, das dem Verriegelungszapfen 36C zugewandt ist, und dieses Sackloch hat einen Durchgang zu dem Loch auf dem gegenüberliegenden Ende, wohingegen der Verriegelungszapfenanschlag 38E der ersten Ausführungsform kein solches Sackloch aufweist. Somit haben in der zweiten Ausführungsform die Elemente 36C, 38C, 38D und 36E geringere Trägheitsmassen, und das ist günstig, um den Zeitbetrag zu verringern, der erforderlich ist, um die Verriegelungsmechanismen zu verriegeln und zu entriegeln. Während die Steuerpassagen 46A, 46B die gleichen allgemeinen Formen aufweisen, unterscheiden sich ihre Geometrien geringfügig in den jeweiligen Ausführungsformen.

Die dritte Ausführungsform, die in den Fig. 7 und 7A dargestellt ist, weist Verriegelungsmechanismen 36, 38 auf, die sich etwas von jenen der ersten beiden Ausführungsformen unterscheiden. Elemente der dritten Ausführungsform, die ähnlich zu jenen der ersten beiden Ausführungsform sind, sind mit denselben zugehörigen Bezugszeichen bezeichnet, und es wird angenommen, dass detaillierte Beschreibungen nicht erforderlich sind, mit Ausnahme relevanter Unterschiede.

Fig. 7 zeigt die Pleuelstange in der Hoch- Verdichtungsverhältnis-Standardposition, in welcher der Verriegelungsmechanismus 36 verriegelt ist, während der Verriegelungsmechanismus 38 entriegelt ist. Der Verriegelungsmechanismus 36 weist zwei Verriegelungszapfen 36C1, 36C2 auf. Eine jeweilige Feder 36J1, 36J2 ist einem jeweiligen Verriegelungszapfen zugeordnet. Eine zylindrische Abstandsbuchse 36K ist im Durchgangsloch 50A angeordnet. Die Steuerpassage 46A ist innerhalb des Teils 20 zum Durchgangsloch 50A hin geöffnet, und die Buchse 36K weist ein Durchgangsloch TH1 auf, das der Steuerpassage erlaubt, zum Innenbereich der Abstandsbuchse und damit auch zum Innenbereich des Durchgangsloches 50A hin geöffnet zu sein.

Jeder Verriegelungszapfen weist in seinen einander entgegengesetzten Endflächen Sacklöcher auf. Ein Ende der Feder 36J1 sitzt in einem Sitz, der in der Innenfläche der Abdeckung 36G vorgesehen ist, und die entgegengesetzte Seite der Feder sitzt in dem gegenüberliegenden Sackloch des Verriegelungszapfens 36C1. Ein Ende der Feder 36J2 sitzt in einem Sitz, der in der Innenfläche der Abdeckung 36H vorgesehen ist, während das entgegengesetzte Ende im gegenüberliegenden Sackloch des Verriegelungszapfens 36C2 sitzt. Die zwei Federn drücken die jeweiligen Verriegelungszapfen zueinander und gegen die gegenüberliegenden Enden der dazwischen angeordneten Abstandsbuchse 36K. Mit den Verriegelungszapfen, die an die Buchse anstoßen, überbrückt jeder Verriegelungszapfen das Durchgangsloch 50A und die Durchgangsbohrung TB1 auf einer jeweiligen Seite des Stiels 36A.

Der Verriegelungsmechanismus 36 wird entriegelt, indem Hydraulikfluid durch die Steuerpassage 46A in den Raum gedrückt wird, der von der Buchse 36K begrenzt ist. Der Druck des Hydraulikfluids drückt die Verriegelungszapfen 36C1, 36C2 beiseite, bis sie durch Anstoßen an die zugehörigen Abdeckungen 36G, 36H gestoppt werden. Wenn dies geschieht, ist jeder Verriegelungszapfen hinreichend verschoben worden, um das Durchgangsloch 50A frei zu machen und dadurch den Verriegelungsmechanismus 36 zu entriegeln.

Der Verriegelungsmechanismus 38 weist zwei Anschläge 38L1, 38L2 auf. Eine jeweilige Feder 38J1, 38J2 ist einem jeweiligen Anschlag zugeordnet. Fig. 7 zeigt den entriegelten Zustand, bei dem jeder Anschlag aus dem Stiel 38B zurückgezogen ist, wobei die Durchgangsbohrung TB2 nicht in einer Linie mit dem Durchgangsloch 50B liegt. Der Verriegelungsmechanismus 38 weist ferner zwei Verriegelungszapfen 38C1, 38C2 auf. Ist, wie in Fig. 7 gezeigt, der Verriegelungsmechanismus in der Entriegelungs-Position, sind beide Verriegelungszapfen vollständig innerhalb des Durchgangsloches 50B angeordnet. Die Steuerpassage 46B ist innerhalb des Teils 26 zum Durchgangsloch 50B geöffnet. Die zwei Verriegelungszapfen haben an ihren gegenüberliegenden Flächen Aussparungen, die eine Oberfläche schaffen, gegen die Hydraulikfluid von der Steuerpassage 46B wirken kann, um die Verriegelungszapfen auseinander zu bewegen und dabei den Verriegelungsmechanismus 38 zu verriegeln, wenn das Durchgangsloch 50B mit der Durchgangsbohrung TB2 in einer Linie liegt.

Um die Pleuelstange von der Hoch-Verdichtungsverhältnis- Position in Fig. 7 in die Nieder-Verdichtungsverhältnis- Position, welche in Fig. 7A nur für den Verriegelungsmechanismus 36 dargestellt ist, zu bewegen, wird Hydraulikfluiddruck aufgebracht. Dies bewegt die Verriegelungszapfen 36C1, 36C2 auseinander, wobei der Verriegelungsmechanismus 36 entriegelt wird. Aussparungslöcher 36L1 und 36L2 sind in den Abdeckungen 36G und 36H vorhanden. Bei einem bestimmten Punkt im Motorbetriebszyklus kann eine auf die Pleuelstange wirkende Trägheitskraft dabei wirksam sein, um die aneinander befestigten Teile 20, 26 zu veranlassen, sich relativ zum Lagerhalter 24 in die Nieder- Verdichtungsverhältnis-Position zu bewegen.

Wenn die Pleuelstange ihre Einzugsposition erreicht, wirkt der kontinuierlich aufgebrachte Hydraulikdruck derart, dass sich die Verriegelungszapfen 38C1, 38C2 auseinander bewegen, so dass jeder aus einer jeweiligen Seite des Stiels 38A herausragt, um das Durchgangsloch 50B und die Durchgangsbohrung TB2 zu überbrücken. Wenn sich die zwei Verriegelungszapfen auseinander bewegen, verschieben sie auf ähnliche Art die Anschläge 38L1, 38L2, welche die zugehörigen Federn 38J1, 38J2 während des Betriebes zusammendrücken. Die Spreizbewegung wird begrenzt, indem die zugehörigen Anschläge an die zugehörigen Abdeckungen 38G, 38H anstoßen, wobei zu dieser Zeit die Verriegelungszapfen die Pleuelstange mit dem Stiel 38A und somit mit dem Lagerhalter 24 verriegeln.

Dieser Zustand liegt vor, bis das Aufbringen des Hydraulikdruckes nachlässt. Zu diesem Moment drücken die Federn 38J1, 38J2 mittels der Anschläge 38L1, 38L2 die Verriegelungszapfen 38C1, 38C2 in das Durchgangsloch 50B zurück, wodurch der Verriegelungsmechanismus zu geeigneter Zeit während des Motorzyklus entriegelt wird, so dass die Trägheitskraft die Pleuelstange in die Standardposition zurückbewegen kann. Wenn sich die Pleuelstange ausgestreckt hat, sind die Federn 36J1, 36J2 wirksam, um die Verriegelungszapfen 36C1, 36C2 in das Durchgangsloch 50A und gegen die Buchse 36K zu drücken, wodurch sich der Verriegelungsmechanismus 36 in die Verriegelungsposition positioniert, um die Pleuelstange in der Hoch- Verdichtungsverhältnis-Standardposition zu verriegeln.

Einem Hydraulik-Steuersystem für den Betrieb der Verriegelungsmechanismen jeder der unterschiedlichen Pleuelstangen, die beschrieben worden sind, kann eine existierende Motor-Ölpumpe und können existierende Motor- Öldurchgänge, einschließlich Öldurchgänge in der Motorkurbelwelle, nützen. Fig. 8 und 8A-8E zeigen eine Kurbelwelle 60, die vier Hauptlagerzapfen 62A, 62B, 62C und 62D und drei Pleuelstangen-Lagerzapfen, oder Kurbelzapfen, 64A, 64B und 64C aufweisen. Bestimmte vorhandene Öldurchgänge 66 transportieren gepumptes Verbrennungsmotor-Motoröl von den Hauptlagerzapfen durch die Kurbelwelle 60 zu den Kurbelzapfen 64. Wenn diese bestehenden Durchgänge 66 nicht bemessen sind, Öl in hinreichender Menge und/oder mit hinreichendem Druck sowohl für die Schmierung als auch für den schnellen und zuverlässigen Betrieb des Verriegelungsmechanismus zu liefern, kann es angemessen sein, zusätzliche neue Durchgänge zu schaffen, so dass einer oder mehrere der Kurbelzapfen 64 von zwei Öldurchgängen versorgt wird, von denen jeder aus einem unterschiedlichen Hauptlagerzapfen 62 kommt.

Fig. 8A-8D zeigen ein Beispiel von vier Motor- Lagerzapfenaufnahmen 62A2, 62B2, 62C2 und 62D2 für die Hauptlagerzapfen 62A, 62B, 62C beziehungsweise 62D. Die zwei inneren Lagerzapfenaufnahmen 62B2 und 62C2 haben zwei Ölkanalnuten 62B1, 62B3 und 62C1, 62C3. Die zwei äußeren Lagerzapfenaufnahmen 62A2 und 62D2 haben eine Ölkanalnut 62A1 und 62D1. Das von der Verbrennungsmotor-Motorölpumpe zu allen Hauptlagern gepumpte Motoröl wird zu allen sechs Nuten gefördert. Die Kurbelwelle 60 ist derart mit zusätzlichen Passagen 66 versehen, dass jede der drei Pleuelstangenaufbauten auf den zugehörigen Kurbelzapfen 64A, 64B und 64C Öl durch die zwei unterschiedlichen Hauptlager erhält. Eine der Passagen, die jeden Pleuelstangenaufbau bedient, ist eine Schmiermittel-Passage L, und die andere Passage, die jeden Pleuelstangenaufbau bedient, ist ein Servo- Passage B.

Fig. 8E ist eine repräsentative Ansicht, welche die Beziehung zwischen einem Hauptlagerzapfen 62A und der zugehörigen Motor- Lagerzapfenaufnahme 62A2 zeigt. Ein Lager 63 bildet die innere Einfassung der Lagerzapfenaufnahme und umfasst den Lagerzapfen. Jener Abschnitt des Lagers, der die Nut 62A1 abdeckt, weist eine am Umfang angeordnete Reihe von Durchgangslöchern auf, durch welche Öl in der Nut zur Passage 66 passieren kann, wenn sich der Zapfen innerhalb des Lagers dreht. Die Durchgangslöcher sind angeordnet, um ein geschlossenes Lager beizubehalten und dennoch eine kontinuierliche Verbindung zu mindestens einem der aufgeweiteten Eingänge an den gegenüberliegenden Enden der Passage 66 mit der Nut 62A1 zu schaffen, wenn sich der Zapfen innerhalb des Lagers dreht. Auf diese Art kann Öl während des Motorzyklus in hinreichender Menge zur Pleuelstange gefördert werden.

Fig. 9A ist eine repräsentative Ansicht, welche die Beziehung zwischen dem Kurbelzapfen 64A und der darauf montierten Pleuelstange zeigt. Die in vorigen Figuren verwendeten gleichen Bezugszeichen erscheinen in Fig. 9 genauso wie in der zugehörigen Fig. 9B, um die gleichen Teile wie vorhergehend zu bezeichnen. Zu jeder Zeit während des Motorzyklus kann Öl, das von der Kurbelwelle zum Kurbelzapfen gefördert wird, vom Kurbelzapfen zur Pleuelstange via einem oder mehreren der drei Radial-Passagen 210A, 210B, 210C passieren, welche symmetrisch im Kurbelzapfen um die Kurbelzapfenachse angeordnet sind. Das Ende jeder Passage, das dem Lager 34 gegenüberliegt, weist eine geweitete Öffnung 212 auf.

Die beiden halbkreisförmigen Hälften des Lagers 34 sind im wesentlichen symmetrisch. Jede Hälfte weist eine Reihe von Durchgangslöchern 42 innerhalb einer begrenzten Umfangsspanne auf, die relativ zu den entgegengesetzten Umfangsenden jeder Lagerhälfte zentral angeordnet ist. Die Abschnitte jeder Lagerhälfte, die sich umfänglich vom ersten und letzten Durchgangsloch zu den entgegengesetzten Enden der Hälfte erstrecken, weisen keine Öffnungen auf. Fig. 9A zeigt einen Zustand, bei dem sich der Kurbelzapfen im Uhrzeigersinn dreht und die Passage 210B gerade in die Spanne der Durchgangslöcher 42 in der linksseitigen Lagerhälfte eingetreten ist.

Wenn sich der Lagerzapfen weiterhin dreht, passieren die geweiteten Enden der Passage 210B die Durchgangslöcher. Die Durchgangslöcher und das geweitete Ende der Passage sind so angeordnet, dass eine kontinuierliche Verbindung der Passage zum Kanal 44 beibehalten wird, wenn sich der Kurbelzapfen dreht. Gerade bevor die Passage 210B das letzte Durchgangsloch von der linksseitigen Lagerhälfte verlässt, tritt die Passage 210C in die Spanne der Durchgangslöcher in der rechtsseitigen Lagerhälfte ein. Dies gewährleistet Kontinuität in der Ölverbindung zu Kanal 44. Aus dieser Beschreibung eines Übergangs von einem Durchgang zum nächsten kann man daher abschätzen, dass die gezeigte Anordnung keine Unterbrechung in der Kontinuität der Verbindung sicherstellt, wenn sich der Kurbelzapfen innerhalb der Pleuelstange dreht. Die Anordnung ist ebenfalls vorteilhaft, weil das Lager, abgesehen von jeder Lücke zwischen gegenüberstehenden Enden der entgegengesetzten Hälften, in jenen Bereichen keine Löcher aufweist, die longitudinale Kraftkomponenten in die Pleuelstange einbringen. Es wird angenommen, dass dies vorteilhaft ist, um durch Kräfte verursachte Spannungspegel im Lager zu minimieren, die durch sie aufgebracht werden.

Fig. 10 zeigt ein exemplarisches Hydraulik-Steuersystem 70 zusammen mit einer Kurbelwelle und Variabel- Verdichtungsverhältnis-Pleuelstangen mit Verriegelungsmechanismen wie in den oben beschriebenen Ausführungsformen. Die Kurbelwelle, wie die Kurbelwelle 60, kann drei Pleuelstangen haben, aber im Gegensatz zur Kurbelwelle 60 muss sie nicht separate Schmierungs- und Servo- Passagen haben, die jeden Kurbelzapfen versorgen.

Das Steuersystem 70 ist in Betrieb, um das Verriegeln und Entriegeln der Verriegelungsmechanismen via der Ölpassagen zu steuern, die auch den zugehörigen Hauptlagern Schmierung bereitstellen. Eine existierende Verbrennungsmotor- Motorölpumpe 72 zieht das Verbrennungsmotor-Motoröl aus einem Sammelbehälter, wie zum Beispiel einer Motorölwanne, und pumpt es durch einen Filter 74 zu internen Passagen des Motors und pumpt Öl zu zugehörigen Kanälen 44 in den Lagerhaltern 24.

Zusätzliche Hydraulikteile im Steuersystem 70 weisen auf: einen Zwischenspeicher 76, eine Servopumpe 78, einen Filter 79 und ein Durchfluss-Wegeventil 80. Das Ventil 80 kann magnetbetätigt und unter der Steuerung einer elektronischen Motorsteuereinrichtung (EEC) 82 sein, die unterschiedliche Eingänge einschließlich Motordrehzahl 84 und Motorlast 86 verarbeitet. Der Zwischenspeicher 76 sammelt das Verbrennungsmotor-Motoröl, wie Hydraulikfluid, wobei die Pumpe 78 eine Druckverstärkung auf das gespeicherte Fluid ausübt. Wenn das Ventil 80 geschlossen ist, wie in Fig. 10 ersichtlich, kann der Zwischenspeicher 76 das Fluid nicht liefern. Der Ausstoß der Pumpe 72 allein reicht nicht aus, um den bestehenden Zustand irgendeines Verriegelungsmechanismus eines Pleuelstangenaufbaus zu ändern.

Wenn der Zustand eines Verriegelungsmechanismus geändert werden soll, um eine Änderung der Pleuelstangenlänge auszuführen, verstellt die EEC 82 das Ventil 80 von geschlossen zu offen und veranlasst, dass das Hydraulikfluid mit erhöhtem Druck in hinreichender Menge aufgebracht wird, um einen verriegelten Verriegelungsmechanismus in jeder Pleuelstange zu entriegeln. Dies erlaubt allen Pleuelstangen, von einem Verdichtungsverhältnis zum anderen zu wechseln, wobei jede Pleuelstange ihre effektive Länge ändert in Bezug zum Motorzyklus, der im betreffenden Motorzylinder wie oben beschrieben auftritt. Somit ändern die Pleuelstangen ihre Länge eher sequenziell als zur gleichen Zeit. Der erhöhte Druck wird kontinuierlich auf die Kurbelwelle aufgebracht, um die Pleuelstangen in dem Verdichtungsverhältnis zu halten, in welches sie geändert worden sind.

Die Rückführung der Pleuelstangen in die ursprüngliche Verdichtungsverhältnis-Position wird ausgeführt, indem das Aufbringen erhöhten Druckes auf die Kurbelwelle beendet wird. Dies wird erreicht, indem das Ventil 80 als Antwort auf einen zugehörigen Befehl der EEC geschlossen wird. Die Hydraulikdruck-Verringerung entriegelt den Verriegelungsmechanismus in jeder der Pleuelstangen und bringt dabei beide Verriegelungsmechanismen jeder Pleuelstange in den Entriegelungs-Zustand. Eine sich ergebende Trägheitskraft hinreichender Höhe und geeigneter Richtung wirkt, um jede Pleuelstange in ihre ursprüngliche Verdichtungsverhältnis- Position zurückzuführen, in welcher der Verriegelungsmechanismus, der, während die Pleuelstange in der anderen Verdichtungsverhältnis-Position war, entriegelt geblieben war, nun die Pleuelstange in der ursprünglichen Verdichtungsverhältnis-Position verriegelt.

Fig. 11 zeigt ein anderes Hydraulik-Steuersystem 70A, das einige gleiche Hydraulik-Komponenten wie das System 70 verwendet, und jene Komponenten sind mit den gleichen Bezugszeichen in beiden Figuren bezeichnet. Das Steuersystem 70A weist zusätzliche Komponenten auf, nämlich zwei Druckbegrenzungsventile 90, 92. Die Kurbelwelle und die Hauptlager sind ähnlich zu jenen, die in Fig. 8 und 8A gezeigt sind.

Das System 70A weist eine erste Ölpassage 94 auf, die den Passagen L zur Schmierung Öl liefert. Das System 70A weist ferner eine zweite Ölpassage 96 auf, die den Servo-Passagen B Öl liefert. Das Durchfluss-Wegeventil 80 in Fig. 11 hat im Vergleich zu seiner Entsprechung in Fig. 10 eine unterschiedliche Konstruktion, obgleich es unter der Steuerung der EEC 82 verbleibt. Der Zwischenspeicher 76 hält eine Ölmenge unter Verstärkungsdruck, bis eine Pleuelstangen- Längenänderung von der EEC 82 angeordnet wird, wodurch das Ventil 80 in die in Fig. 11 dargestellte Position bewegt wird.

Fig. 11 zeigt einen Zustand, bei dem Öl zur Pleuelstange via beider Passagen 94, 96 geliefert wird. Die Pumpe 72 pumpt Öl unter Nicht-Verstärkungsdruck, der vom Sicherheitsventil 90 begrenzt wird, durch die Passage 94. Zur gleichen Zeit liefert der Zwischenspeicher 76 Öl unter Verstärkungsdruck durch den Durchgang 96. Dies entspricht einem Zustand, bei dem erhöhter Druck allen Pleuelstangen zugeführt wird, um den verriegelten Verriegelungsmechanismus in jeder Pleuelstange zu entriegeln, während der andere Verriegelungsmechanismus entriegelt bleibt und sich dabei eine Längenänderung ergibt.

Wenn das Ventil 80 durch die EEC 82 in seine andere Position bewegt wird, ist der Zwischenspeicher 76 von der Passage 96 abgetrennt. Das Sicherheitsventil 92 hilft dabei, den Druckabfall im Durchgang 96 schneller stattfinden zu lassen. Nun wird nur der von der Pumpe 72 bereitgestellte Druck an die Pleuelstangen geleitet, wobei dem Mechanismus, der entriegelt geblieben war, erlaubt wird, mit Vervollständigung der Längenänderung automatisch zu verriegeln.

Wenn die effektive Länge einer Pleuelstange geändert werden soll, ist es als wichtig angesehen, innerhalb eines Motorzyklus die Längenänderung auszuführen und die Pleuelstange mit dem Lagerhalter wieder zu verriegeln. Falls die Pleuelstange nicht wieder verriegelt wird, kann dies eine unerwünschte Instabilität bewirken, die für den gewünschten Motorbetrieb schädlich ist. Um innerhalb eines Motorzyklus im Falle der Ausführungsform von zum Beispiel Fig. 7 das Entriegeln und das Wieder-Verriegeln zu gewährleisten, sollte der Hydraulikdruck im Ölsackvolumen zwischen den Elementen 36C1 und 36C2 vollständig anstehen und sollte der Verstärkungsdruck im wesentlichen während der Zeitdauer der Längenänderung beibehalten werden, besonders, wenn sich die Elemente auseinander bewegen. Wenn sich die Elemente voneinander weg bewegen, nimmt das Ölsackvolumen zu und schafft die Notwendigkeit, dass sofort zusätzliches Öl zuzuführen ist, um weiterhin den Hydraulikdruck aufzubringen, der erforderlich ist, um die Elemente zunehmend voneinander weg zu drücken. Um dies zufriedenstellend ausführen zu können, sollte der Kanal 44 des Lagerhalters 24 und die Passage vom Kanal zum Verriegelungsmechanismus eine hinreichende Querschnittsfläche haben, um keine signifikante Begrenzung auf die Volumenstromrate hervorzurufen, die erforderlich ist, um weiterhin die Elemente innerhalb einer festgelegten Zeitgrenze auseinander zu bewegen.

Für einen besonderen Motor kann ein Motorzyklus innerhalb einer Zeitspanne von 7,5 bis 20 Millisekunden auftreten, was von der Motordrehzahl des besonderen Motors abhängt. Um die erforderliche Bewegung der Verriegelungsmechanismus-Elemente innerhalb eines Motorzyklus auszuführen, wenn der Motor mit höchster Umdrehungszahl läuft, sollten die Trägheitskräfte der Elemente so klein wie möglich und dies mit angemessener Festigkeit der Elemente vereinbar sein, um eine Haltbarkeit während der Laufzeit eines Motors sicherzustellen. Außerdem sollten Störkräfte zwischen den Elementen und den Durchgangslöchern und Durchgangsbohrungen, innerhalb derer sich die Elemente bewegen, verringert werden. Diese Überlegungen verlangen sowohl für den Lagerhalter als auch für die Verriegelungselemente eine sehr hohe Härte sowie dass sie Scherkräften widerstehen und einer Verformung standhalten. Es wird angenommen, dass für die beweglichen Elemente ein gehärteter Legierungsstahl mit zum Beispiel einer Rockwell- Härte HRC 50/55 ein geeigneter Werkstoff ist, und für die Durchgangslöcher und Durchgangsbohrungen, innerhalb derer die beweglichen Teile angeordnet sind, ein gehärteter Stahlbuchseneinsatz mit zum Beispiel Rockwell-Härte HRC 45/50 geeignet ist. Die betreffenden Oberflächen können mit einem Festfilm-Schmiermittelüberzug beschichtet sein, der auf eine Oberflächengüte von 0,1-0,3 µm glatt poliert ist. Und wie früher vermerkt, kann die Trägheitsmasse dadurch reduziert werden, dass jene Abschnitte der beweglichen Elemente ausgehöhlt werden, mit Ausnahme der Stellen, wo die Elemente einer Scherbeanspruchung ausgesetzt sind und ihr voller Querschnitt beibehalten wird.

Andere mögliche Materialien weisen Silikonkohlefaser, im wesentlichen ein kohlefaserverstärktes Siliziumkarbid, auf, die eine Gewichtsreduzierung von etwa 70% im Vergleich zu gehärtetem Stahl schaffen und eine hinreichend schnelle Bewegung erlauben, die als Antwort auf das Aufbringen des Hydraulikverstärkungsdruckes annähernd 7 Millisekunden zum Entriegeln erreicht.

Die unterschiedlichen Verriegelungselemente und die unterschiedlichen Durchgangslöcher und Durchgangsbohrungen, in denen sich die Verriegelungselemente bewegen, sind hier derart dargestellt und beschrieben worden, dass sie einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen, wie mit den Verriegelungselementen 36C2 in Fig. 7B gezeigt. Fig. 7C zeigt ein bewegliches Element, wie zum Beispiel einen Verriegelungszapfen, der einen ovalen Querschnitt aufweist, der bestimmte Vorteile gegenüber einem kreisförmigen Querschnitt bieten kann. Der Umfang des ovalen Querschnitts hat einander gegenüberliegende flache, parallele Seitenflächen 200, 202 und einander gegenüberliegende abgerundete Enden 204, 206, welche halbkreisförmig sein können. Das Element hat einander entgegengesetzte Stirnflächen 208, 210. Die flachen Seiten 200, 202 sind so angeordnet, dass sie senkrecht zur Längsachse der Pleuelstange verlaufen, die sich zwischen dem Klein-Ende 16 und dem Groß-Ende 14 erstreckt. Es wird angenommen, dass die flachen Seiten Längsbelastungs-Kräften derart aufnehmen, dass geringere maximale Hertzsche Pressungen erzeugt werden als im Falle von kreisförmigen Querschnitten.

Claims (18)

1. Motor mit variablem Verdichtungsverhältnis, mit einer Pleuelstange (19), über welche eine Kurbelwelle (60), die sich um eine Kurbelachse dreht, einen Kolben (18) in einem Zylinder hin- und herbewegt, wobei die Pleuelstange (19) aufweist: ein erstes Teil (24) und ein zweites Teil (26), die relativ zueinander positionierbar sind, um eine effektive Länge der Pleuelstange (19) und damit ein Verdichtungsverhältnis für den Zylinder einzustellen, und einem Verriegelungsmechanismus (38), der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil (24) mit dem zweiten Teil (26) in einer Position zu verriegeln, die eine gegebene effektive Länge für die Pleuelstange (19) einstellt, und der in einen Entriegelungszustand überführbar ist, in welchem das erste Teil (24) und das zweiten Teil (26) relativ zueinander zu einer effektiven Länge positionierbar sind, die sich von der gegebenen effektiven Länge unterscheidet, wobei das erste Teil (24) ein Durchgangsloch (50B) aufweist, das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse aufweist, und wobei das zweite Teil (26) eine Bohrung (TB2) aufweist, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, wobei die Achse des Durchgangsloches (50B) koaxial mit der Achse der Bohrung (TB2) ist, wenn die Pleuelstange (19) in der gegebenen effektiven Länge eingestellt ist, und wobei die Achse des Durchgangslochs (50B) nicht koaxial mit der Achse der Bohrung (TB2) ist, wenn die Pleuelstange in eine effektive Länge eingestellt ist, die unterschiedlich zur gegebenen effektiven Länge ist, und wobei der Verriegelungsmechanismus (38) ein erstes Element (38C1) und ein zweites Element (38C2) aufweist, welche in eine erste Position, die den Verriegelungszustand des Verriegelungsmechanismus (38) repräsentiert, und in eine zweite Position überführbar sind, die den Entriegelungszustand des Verriegelungsmechanismus (38) repräsentiert, wobei, mit dem ersten Teil (24) und dem zweiten Teil (26) positioniert zum Einstellen der Pleuelstange (19) in die gegebene effektive Länge und mit dem ersten Element (38C1) und dem zweiten Element (38C2) in der ersten Position, jedes Element ein zugehöriges Ende des Durchgangslochs (50B) und einen zugehörigen Abschnitt der Bohrung (TB2) überbrückt, wodurch das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) in der gegebenen Effektivlängeneinstellung aneinander verriegelt sind, und wobei das erste Element (38C1) und das zweite Element (38C2) vollständig innerhalb des Durchgangslochs (50B) angeordnet sind, wenn sie in ihrer zweiten Position sind, wodurch das erste Teil (24) und das zweiten Teil (26) zu einer effektiven Länge einstellbar sind, die unterschiedlich zur gegebenen effektiven Länge ist.

2. Motor nach Anspruch 1, wobei die Bohrung (TB2) gegenüberliegende Enden aufweist, die an gegenüberliegenden Enden des Durchgangsloches (50B) angeordnet sind, wobei das erste Element (38C1) ein Ende des Durchgangslochs (50B) und ein Ende der Bohrung (TB2) überbrückt, wenn die Elemente (38C1, 38C2) in der ersten Position sind, wobei das zweite Element (38C2) das andere Ende des Durchgangslochs (50B) und das andere Ende der Bohrung (TB2) überbrückt, wenn die Elemente (38C1, 38C2) in der ersten Position sind, und wobei ferner ein drittes Element (38L1), das innerhalb des einen Endes der Bohrung (TB2) angeordnet ist, ein viertes Element (38L2), das innerhalb des anderen Endes der Bohrung (TB2) angeordnet ist, und Vorspannkraftquellen vorgesehen sind, die das dritte Element (38L1) gegen das erste Element (38C1) und das vierte Element (38L2) gegen das zweite Element (38C2) vorspannen.

3. Motor nach Anspruch 2, wobei das erste Element (38C1) und das zweite Element (38C2) gegenüberliegende Flächen aufweisen, über welche Hydraulikfluid, das zu den gegenüberliegenden Flächen gefördert wird, wenn das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) die Pleuelstange (19) auf die gegebene effektive Länge einstellen und das erste Element (38C1) und das zweite Element (38C2) in der ersten Position sind, das erste und das zweite Element (38C1, 38C2) gegen die von Vorspannkraftquellen ausgeübten Kräfte in die zweite Position bringt.

4. Motor nach Anspruch 3, wobei die Vorspannkraftquellen eine erste Feder (38J1) aufweisen, die in einem Ende der Bohrung (TB2) angeordnet ist, und eine zweite Feder (38J2) aufweisen, die im anderen Ende der Bohrung (TB2) angeordnet ist.

5. Motor nach Anspruch 1, wobei die Elemente, das Durchgangsloch und die Bohrung in Querrichtung kreisförmige Querschnitte haben.

6. Motor nach Anspruch 1, wobei die Elemente, das Durchgangsloch und die Bohrung in Querrichtung ovalförmige Querschnitte haben, die flache Gegenflächen aufweisen, welche senkrecht zur Längsachse der Pleuelstange (19) sind.

7. Motor nach Anspruch 1, welcher einen zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) aufweist, der selektiv in einen Verriegelungszustand überführbar ist, um das erste Teil (24) mit dem zweiten Teil (26) in jener Position zu verriegeln, in der das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) eine effektive Länge haben, die von der gegebenen effektiven Länge verschieden ist, und der in einen Entriegelungszustand überführbar ist, in welchem das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) von jener Position, in der das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) eine effektive Länge haben, die von der gegebenen effektiven Länge verschieden ist, in jene Position relativ zueinander positionierbar sind, in welcher das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) die gegebene effektive Länge haben.

8. Motor nach Anspruch 7, wobei die Pleuelstange (19) mit der Kurbelwelle via eines Kurbelzapfens, dessen Achse parallel zur Kurbelachse ist, verbunden ist, und wobei die beiden Verriegelungsmechanismen (36, 38) bezüglich der Kurbelzapfenachse diametral entgegengesetzt zueinander angeordnet sind.

9. Motor nach Anspruch 7, wobei der zusätzliche Verriegelungsmechanismus (36) ein erstes Element (36C1) und ein zweites Element (36C2) aufweist, die in eine erste Position überführbar sind, die den Verriegelungszustand des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) repräsentiert, und die in eine zweite Position überführbar sind, die den Entriegelungszustand des weiteren Verriegelungsmechanismus (36) repräsentiert.

10. Motor nach Anspruch 9, wobei das erste Teil (24) ein zusätzliches Durchgangsloch (50A) aufweist, das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, wobei das zweite Teil (26) eine zusätzliche Bohrung (TB1) aufweist, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, wobei das erste Element (36C1) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) ein Ende des zusätzlichen Durchgangslochs (50A) und ein Ende der weiteren Bohrung (TB1) überbrückt, wenn die Elemente (36C1, 36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in ihrer ersten Position sind, wobei das zweite Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) das andere Ende des zusätzlichen Durchgangslochs (50A) und das andere Ende der zusätzlichen Bohrung (TB1) überbrückt, wenn die Elemente (36C1, 36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in ihrer ersten Position sind, und wobei das erste Element (36C1) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) vollständig innerhalb des einen Endes der zusätzlichen Bohrung (TB1) angeordnet ist und das zweite Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) vollständig innerhalb des anderen Endes der zusätzlichen Bohrung (TB1) angeordnet ist, wenn die Elemente (36C1, 36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in ihrer zweiten Position sind.

11. Motor nach Anspruch 10, der ferner aufweist: eine Feder (36J1), die innerhalb des einen Endes der zusätzlichen Bohrung (TB1) angeordnet ist, um das erste Element (36C1) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in Richtung zum zusätzlichen Durchgangsloch (50A) elastisch zu drücken, eine Feder (36J2), die innerhalb des anderen Endes der zusätzlichen Bohrung (TB1) angeordnet ist, um das zweite Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in Richtung zum zusätzlichen Durchgangsloch (50A) elastisch zu drücken, und ein Distanzstück (36K), das innerhalb des zusätzlichen Durchgangslochs (50A) angeordnet ist, um das erste und zweite Element (36C1, 36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) zu separieren, wenn das erste Element (36C1) und das zweite Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) in seiner ersten Position ist.

12. Motor nach Anspruch 11, wobei das Distanzstückelement (36K) eine Passage (TH1) zur Zuführung von Hydraulikfluid zum ersten Element (36C1) und zum zweiten Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) aufweist, um das erste Element (36C1) und das zweite Element (36C2) des zusätzlichen Verriegelungsmechanismus (36) von ihrer ersten Position in ihre zweite Position zu überführen.

13. Pleuelstange variabler Länge zum Hin- und Herbewegen eines Kolbens in einem Zylinder eines Motors infolge der Rotation einer Kurbelwelle eines Motors um eine Kurbelachse, mit einem ersten Teil (24) und einem zweiten Teil (36), die relativ zueinander positionierbar sind, um eine effektive Länge der Pleuelstange einzustellen, wobei das erste Teil (24) ein erstes Durchgangsloch (50B), das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, und ein zweites Durchgangsloch (50A), das eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, aufweist, wobei das zweite Teil eine erste Bohrung (TB2), die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, und eine zweite Bohrung (TB1) aufweist, die eine Längsachse parallel zur Kurbelachse hat, wobei die Achse des ersten Durchgangslochs (50B) koaxial mit der Achse der ersten Bohrung (TB2) ist, wenn das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) positioniert sind, um eine erste effektive Länge für die Pleuelstange zu setzen, jedoch nicht koaxial mit der Achse der ersten Bohrung (TB2) ist, wenn das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) positioniert sind, um eine zweite effektive Länge für die Pleuelstange zu setzen, wobei die Achse des zweiten Durchgangslochs (50A) nicht koaxial mit der Achse der zweiten Bohrung (TB1) ist, wenn das erste Teil (24) und das zweite Teil (26) positioniert sind, um die erste effektive Länge für die Pleuelstange zu setzen, jedoch koaxial mit der Achse der zweiten Bohrung (TB1) ist, wenn das erste Teil und das zweite Teil positioniert sind, um die zweite effektive Länge für die Pleuelstange zu setzen, mit einem ersten Verriegelungsmechanismus (38), der via dem ersten Durchgangsloch (50B) und der ersten Bohrung (TB2) zur wiederlösbaren Verriegelung der beiden Teile (24, 26) in der ersten Effektivlängeneinstellung wirkt, und mit einem zweiten Verriegelungsmechanismus (36), der via dem zweiten Durchgangsloch (50A) und der zweiten Bohrung (TB1) zur wiederlösbaren Verriegelung der beiden Teile (24, 26) in der zweiten Effektivlängeneinstellung wirkt, wobei der erste Verriegelungsmechanismus (38) ein erstes Element (38C1) und ein zweites Element (38C2) aufweist, die vollständig innerhalb des ersten Durchgangslochs (50B) angeordnet sind, wenn der erste Verriegelungsmechanismus (38) vom Verriegeln der zwei Teile in der ersten Effektivlängeneinstellung befreit wurde, und wobei der zweite Verriegelungsmechanismus (36) ein erstes Element (36J1) und ein zweites Element (36J2) aufweist, die vollständig innerhalb der zweiten Bohrung (TB1) angeordnet sind, wenn der zweite Verriegelungsmechanismus (36) vom Verriegeln der zwei Teile in des zweiten Effektivlängeneinstellung befreit wurde.

14. Pleuelstange nach Anspruch 13, wobei der erste Verriegelungsmechanismus (38) ein drittes Element (38L1) und ein viertes Element (38L2) aufweist, die vollständig in der ersten Bohrung (TB2) angeordnet sind, wenn der erste Verriegelungsmechanismus (36) die beiden Teile in der ersten Effektivlängeneinstellung wiederlösbar verriegelt und wenn der erste Verriegelungsmechanismus (36) vom Verriegeln der zwei Teile während der ersten Effektivlängeneinstellung befreit wurde.

15. Pleuelstange nach Anspruch 14, welche Vorspannkraftquellen aufweist, die auf das dritte und das vierte Element (38L1, 38L2) wirken, um das dritte und das vierte Element gegen das erste bzw. das zweite Element (38C1, 38C2) des ersten Verriegelungsmechanismus (38) vorzuspannen.

16. Pleuelstange nach Anspruch 15, wobei das erste Element (38C1) und das zweite Element (38C2) des ersten Verriegelungsmechanismus (38) gegenüberliegende Flächen aufweist, die Merkmale haben, die es Hydraulikfluid erlauben, das zu den gegenüberliegenden Seiten gefördert wird, wenn der erste Verriegelungsmechanismus (36) die beiden Teile (24, 26) in der ersten Effektivlängeneinstellung wiederlösbar verriegelt, auf die gegenüberliegenden Seiten zu wirken, um ein Lösen des ersten Verriegelungsmechanismus (38) vom Verriegeln der beiden Teile in der ersten Effektivlängeneinstellung zu bewirken.

17. Pleuelstange nach Anspruch 14, ferner mit Vorspannkraftquellen, die auf das erste Element (36C1) und das zweite Element (36C2) des zweiten Verriegelungsmechanismus (36) wirken, um das erste und zweite Element des zweiten Verriegelungsmechanismus in Richtung zum zweiten Durchgangsloch (50A) vorzuspannen, und mit einem Distanzstückelement (36K), das innerhalb des zweiten Durchgangsloches (50A)angeordnet ist, um das erste und zweite Element des zweiten Verriegelungsmechanismus zu separieren, wenn der zweite Verriegelungsmechanismus die beiden Teile in der zweiten Effektivlängeneinstellung wiederlösbar verriegelt.

18. Pleuelstange nach Anspruch 17, wobei das Distanzstückelement (36K) eine Passage (TH1) aufweist zur Zuführung von Hydraulikfluid zum ersten Element und zum zweiten Element des zweiten Verriegelungsmechanismus (36), um den zweiten Verriegelungsmechanismus vom Verriegeln der beiden Teile in der zweiten Effektivlängeneinstellung zu lösen.