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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft Verbrennungsmotoren, und insbesondere einen Verbrennungsmotor mit einer Pleuelstange variabler Länge zur selektiven Variation einer Hublänge eines Kolbens innerhalb eines Zylinders.
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HINTERGRUND
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Ein Verbrennungsmotor kann zumindest einen Zylinder und eine Vielzahl von Einlassventilen und Auslassventilen für den Betrieb umfassen. Ein Verbrennungsmotor kann vier Zyklen oder Hübe umfassen, die einen Einlasshub, einen Verdichtungshub, einen Zündungs-/Verbrennungs-/Leistungshub und einen Auslasshub umfassen. Während des Einlasshubs wird das Einlassventil geöffnet und ein Kolben kann sich von einem Zylinderkopf weg bewegen, was einem Kraftstoff-/Luft-Gemisch erlaubt, in die Verbrennungskammer des Zylinders einzutreten. Während des Verdichtungshubs können die Einlassventile geschlossen sein, und der Kolben kann sich zurück zu dem Zylinderkopf hin bewegen, um das Kraftstoff-/Luft-Gemisch zu verdichten. Während des Leistungshubs kann das Kraftstoff-/Luft-Gemisch gezündet werden, um ein Hochdruckgas zu bilden, das Leistung liefert, um den Kolben von dem Zylinderkopf des Zylinders weg zu zwingen und eine Kurbelwelle zu drehen. Während des Auslasshubs kann das Auslassventil geöffnet werden, und der Kolben kann sich zurück zu dem Zylinderkopf bewegen, was verursacht, dass das verbrannte Kraftstoff-/Luft-Gemisch des Hochdruckgases als Abgas ausgestoßen wird. Im Allgemeinen ist der von dem Kolben während des Einlass- und Verdichtungshubs zurückgelegte Weg derselbe wie jener, den der Kolben während des Leistungs- und Auslasshubs zurücklegt, so dass das Volumen aller vier Hübe gleich ist. Das Verdichtungsverhältnis, oder das Verhältnis des zurückgelegten Abstands des Kolbens an dem Ende des Einlasshubs und dem Beginn des Verdichtungshubs zu dem zurückgelegten Abstand am Beginn des Einlasshubs und dem Ende des Verdichtungshubs ist vorzugsweise 8:1. Zur Effizienzsteigerung des Motors kann es wünschenswert sein, den Motorzyklus so zu verändern, dass das Volumen des Leistungs- und Auslasshubs größer ist als das Volumen des Einlass- und Verdichtungshubs. Das Variieren des Motorzyklus kann das Variieren der Länge des Abstands zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle erfordern, was die oszillierende Bewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders erlaubt, um zwischen einem minimalen Abstand und einem maximalen Abstand zu wechseln und somit das Verdichtungsverhältnis zu ändern. Gegenwärtige Systeme mit variabler Verdichtung verwenden Pleuelstangen, die sich zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle oder einer der Kurbelwelle zugeordneten Nockenwelle erstrecken. Die Pleuelstangen können zusätzliches Gestänge zur effektiven Änderung der Länge der Pleuelstangen oder des Abstands zwischen dem Kolben und der Kurbelwelle erfordern. Pleuelstangensysteme mit variabler Verdichtung sind in
US-Patent Nr. 8,602,002 ;
US-Patent Nr. 8,468,997 ;
US-Patent Nr. 8,371,263 ;
US-Patent Nr. 7,891,334 ;
US-Patent Nr. 7,814,881 ;
US-Patent Nr. 6,966,279 und
US-Patent Nr. 5,370,093 offenbart.
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ZUSAMMENFASSUNG
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Es kann wünschenswert sein, das zusätzliche Gestänge zu vermeiden, das in bekannten Pleuelstangenanordnungen für Systeme mit variabler Verdichtung verwendet wird. Um die Einschränkungen der derzeitigen Technologie zu überwinden, kann ein hierin offenbartes Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung zumindest ein intern angeordnetes hydraulisches exzentrisches Drehstellglied umfassen, das zwischen ersten und zweiten Winkelstellungen drehbar ist und eine minimale Länge und eine maximale Länge der entsprechenden Pleuelstange bereitstellt, um den effektiven Abstand zwischen einem Kolbenbolzen und einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle zu verändern. Das offenbarte Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung kann eine Pleuelstange mit einem ersten Endabschnitt mit einer ersten Öffnung zur Verbindung mit einem Kolbenbolzen, und einen zweiten Endabschnitt mit einer zweiten Öffnung zur Verbindung mit einem Kurbelzapfen einer Kurbelwelle umfassen. Die Pleuelstange kann sich zwischen dem ersten und zweiten Endabschnitt erstrecken.
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Ein Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung kann einen Kolbenbolzen, der eine Kolbenbolzenachse definiert, einen Kurbelzapfen, der eine Kurbelzapfenachse definiert, sowie eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid umfassen. Die Kolbenbolzenachse und die Kurbelzapfenachse können jeweils eine erste und zweite Längsachse definieren. Eine Pleuelstange kann ein erstes Ende aufweisen, das dem Kolbenbolzen zugeordnet ist, sowie ein zweites Ende, das distal dem ersten Ende gegenüberliegend angeordnet und dem Kurbelzapfen zugeordnet ist. Ein hydraulisch betätigter exzentrischer Rotor kann um zumindest eine der ersten und zweiten Längsachsen drehbar sein, die zumindest dem einen und/oder dem zweiten Ende zugeordnet sind. Der exzentrische Rotor kann in Ansprechen auf die Fluidkommunikation mit zumindest einer ausdehnbaren Kammer, die zwischen dem exzentrischen Rotor und der Pleuelstange definiert ist, betätigbar sein, um den exzentrischen Rotor zwischen einer ersten und zweiten Winkelstellung zu drehen. Der exzentrische Rotor kann in Ansprechen auf Fluiddruckwirkung, die auf den exzentrischen Rotor wirkt, drehbar sein, um einen Abstand zwischen der ersten und zweiten Längsachse zu variieren.
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Ein Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung kann einen Kolbenbolzen, der eine Kolbenbolzenachse definiert, einen Kurbelzapfen, der eine Kurbelzapfenachse definiert, sowie eine Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid umfassen. Das Pleuelstangensystem kann eine Pleuelstange mit einem ersten Ende, das dem Kolbenbolzen zugeordnet ist, und einem zweiten Ende, das distal dem ersten Ende gegenüberliegend angeordnet und dem Kurbelzapfen zugeordnet ist, aufweisen. Ein hydraulisch betätigter exzentrischer Rotor kann zumindest um die Kolbenbolzenachse und/oder die Kurbelzapfenachse, die zumindest dem ersten und/oder dem zweiten Ende zugeordnet sind, zwischen ersten und zweiten Winkelstellungen drehbar sein. Eine erste ausdehnbare Kammer und eine zweite ausdehnbare Kammer können zwischen der Pleuelstange und dem exzentrischen Rotor definiert sein. Der exzentrische Rotor kann in eine Richtung im Uhrzeigersinn und eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn in Ansprechen auf Fluiddruck, der auf den exzentrischen Rotor innerhalb der entsprechenden ersten und zweiten ausdehnbaren Kammer wirkt, drehbar sein. Der exzentrische Rotor kann unterschiedliche radiale Abstände aufweisen, die mit einer Längsachse der Pleuelstange ausgerichtet sind, wenn er in der ersten und zweiten Winkelstellung ist, um die Länge der Pleuelstange in Längsrichtung zwischen der Kolbenbolzenachse und der Kurbelzapfenachse zu variieren. Zumindest ein Fluidkanal kann vorgesehen werden, um die Fluidkommunikation zwischen der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammer und der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid zu ermöglichen.
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Ein Verfahren zur Anordnung eines Pleuelstangensystems mit variabler Verdichtung kann das Ausbilden einer Pleuelstange umfassen, so dass sie in Bezug auf einen Kolbenbolzen und einen Kurbelzapfen montierbar ist. Die Pleuelstange kann ein erstes Ende, das dem Kolbenbolzen zugeordnet werden soll, und ein zweites Ende, das distal dem ersten Ende gegenüberliegend angeordnet ist und dem Kurbelzapfen zugeordnet werden soll, aufweisen. Die Kolbenstange kann eine Öffnung zur Aufnahme des exzentrischen Rotors darin ausgebildet haben. Das Verfahren kann das Einsetzen zumindest eines hydraulisch betätigten exzentrischen Rotors umfassen, so dass er um zumindest die Kolbenbolzenachse und/oder die Kurbelzapfenachse drehbar ist, die zumindest dem ersten und/oder dem zweiten Ende zugeordnet sind. Der exzentrische Rotor kann in Ansprechen auf die Fluidkommunikation mit zumindest einer ausdehnbaren Kammer, die zwischen dem exzentrischen Rotor und der Pleuelstange definiert ist, betätigbar sein, um den exzentrischen Rotor zwischen einer ersten und zweiten Winkelstellung zu drehen. Der exzentrische Rotor kann unterschiedliche radiale Abstände aufweisen, die in Ansprechen auf Fluiddruckwirkung, die auf den exzentrischen Rotor wirkt, mit einer Längsachse der Pleuelstange in Ausrichtung bewegbar sind, um die Länge der Pleuelstange in Längsrichtung zwischen der Kolbenbolzenachse und der Kurbelzapfenachse zu variieren Das Verfahren kann das Ausbilden zumindest eines Fluidkanals umfassen, der die Fluidkommunikation zwischen der zumindest einen ausdehnbaren Kammer und einer Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid ermöglicht.
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Andere Anwendungen der vorliegenden Erfindung werden dem Fachmann klar werden, wenn die folgende Beschreibung der als beste Art zur praktischen Ausführung der Erfindung betrachtet wird, in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen gelesen wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die hierin enthaltene Beschreibung bezieht sich auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen gleiche Bezugszahlen sich innerhalb der verschiedenen Ansichten auf gleiche Teile beziehen. In den Zeichnungen:
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1 ist eine Querschnittansicht einer Pleuelstange mit einem ersten Endabschnitt, der einem Kolbenbolzen zugeordnet ist, und einem zweiten Endabschnitt, der einem Kurbelzapfen zugeordnet ist, wobei der erste Endabschnitt einen hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor trägt, zur Bewegung zwischen einer ersten Winkelstellung und einer zweiten Winkelstellung, um eine effektive Länge der Pleuelstange zu verändern;
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2 ist eine Querschnittansicht eines Verbrennungsmotors und veranschaulicht ein Steuersystem zur Betätigung der Winkelbewegung des exzentrischen Rotors, um ein Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung zu betreiben;
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3 ist eine Querschnittansicht des Pleuelstangensystems mit variabler Verdichtung, das sich innerhalb eines Verbrennungsmotors befindet, wobei die Pleuelstange an dem ersten Endabschnitt mit einem Kolbenbolzen verbunden ist, und an dem zweiten Endabschnitt mit einem Kurbelzapfen verbunden ist;
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4A ist ein schematisches Diagramm eines Druckfluid-Steuersystems für das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung und veranschaulicht eine drehmomentunterstützte Konfiguration für hohe Verdichtung, um den hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor in eine erste Richtung der Drehbewegung unter Verwendung eines Drehunterstützungs-Hydrauliksteuersystems zu drehen;
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4B ist ein schematisches Diagramm eines Druckfluid-Steuersystems für das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung und veranschaulicht eine drehmomentunterstützte Konfiguration für niedrige Verdichtung, um den hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor in eine zweite Richtung der Drehbewegung unter Verwendung eines Drehunterstützungs-Hydrauliksteuersystems zu drehen;
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5A ist ein schematisches Diagramm eines Druckfluid-Steuersystems für das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung und veranschaulicht eine öldruckbetätigte Konfiguration für hohe Verdichtung, um den hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor in eine erste Richtung der Drehbewegung zu drehen;
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5B ist ein schematisches Diagramm eines Druckfluid-Steuersystems für das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung und veranschaulicht eine öldruckbetätigte Konfiguration für niedrige Verdichtung, um den hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor in eine zweite Richtung der Drehbewegung zu drehen;
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6 ist eine Aufrissansicht einer Pleuelstange, wobei eine Dichtabdeckung entfernt wurde, wobei ein erster Endabschnitt einem Kolbenbolzen zugeordnet ist und ein zweiter Endabschnitt einem Kurbelzapfen zugeordnet ist, wobei der zweite Endabschnitt einen hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor zur Bewegung zwischen einer ersten Winkelstellung und einer zweiten Winkelstellung trägt, um eine effektive Länge der Pleuelstange zu verändern;
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7 ist eine perspektivische Querschnittansicht im Detail und zeigt Druckfluiddurchgänge und Nuten, die relativ zu dem Kurbelzapfen ausgebildet sind;
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8A ist eine vereinfachte schematische Ansicht einer Pleuelstange mit einem zweiten Endabschnitt, der einem Kurbelzapfen zugeordnet ist, wobei der zweite Endabschnitt einen hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor zur Bewegung zwischen einer ersten Winkelstellung und einer zweiten Winkelstellung trägt, um eine effektive Länge der Pleuelstange zu verändern; sowie
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8B ist eine vereinfachte perspektivische Detailansicht des exzentrischen Rotors von 8A mit ringförmigen Nuten oder Segmenten, die eine Fluidkommunikation zwischen den Kurbelzapfen und den ersten und zweiten ausdehnbaren Fluidkammern bereitstellen, um den Rotor zur Drehung anzutreiben, sowie eine Abdeckung zur Einschließung des exzentrischen Rotors in Bezug auf die Pleuelstange.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Nun Bezug nehmend auf die 1–6 kann ein Pleuelstangensystem 10 mit variabler Verdichtung eine Pleuelstange 28, einen ersten Endabschnitt 34 und einen zweiten Endabschnitt 36, die sich jeweils an einem ersten Ende 30 und einem zweiten Ende 32 der Pleuelstange 28 befinden, sowie einen hydraulisch betätigten exzentrischen Rotor 52 umfassen. Die Pleuelstange 28 kann durch ein Pleuelstangenlager 50 mit einer Kurbelwelle 20 verbunden sein. Das Pleuelstangensystem 10 mit variabler Verdichtung kann in einem Verbrennungsmotor 12 verwendet werden. Der Verbrennungsmotor 12 kann einen Hubkolben-Verbrennungsmotor umfassen. Der Motor 12 kann einen Motorblock 14 umfassen, der zumindest einen Zylinder 16 definiert. Rein beispielhaft und ohne Einschränkung kann der Motorblock 14 zwei oder mehr Zylinder umfassen und kann einen Zweitaktbetrieb, einen Viertaktbetrieb oder eine beliebige Anzahl von Takten umfassen, wie dies dem Fachmann bekannt ist.
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Der Motor 12 kann zumindest einen Kolben 24 entsprechend dem zumindest einen Zylinder 16 umfassen. Der Motorblock 14 kann eine Vielzahl von Lagern zur Aufnahme einer Kurbelwelle 20 umfassen, so dass die Kurbelwelle 20 sich relativ zu dem Motorblock 14 drehen kann. Die Kurbelwelle 20 kann eine Vielzahl von Kurbelgegengewichten 64 zur Auswuchtung der Kurbelwelle 20, wenn sie eingebaut ist, umfassen. Der zumindest eine Kolben 24 kann mit der Kurbelwelle 20 durch eine Pleuelstange 28 gekoppelt sein. Der zumindest eine Kolben 24 kann ein Kopffläche 24b, eine Bodenfläche 24c und eine Kolbenschürze 24a umfassen. Die Kopffläche 24b kann zu einer Stelle weisen, wo der Kraftstoff in einer Verbrennungskammer 18 verbrannt wird, die durch den zumindest einen Zylinder 16 definiert ist. Der zumindest eine Zylinder 16 und die Bodenfläche 24c können sich distal gegenüber der Kopffläche 24b befinden. Die Kolbenschürze 24a kann die Kopffläche 24b und die Bodenfläche 24c verbinden, und kann benachbart zu dem Motorblock 14 angeordnet sein, der zumindest einen Zylinder 16 definiert. Die Kurbelwelle 20 kann zumindest einen Kurbelzapfen 22 entsprechend dem zumindest einen Kolben 24 definieren. Der zumindest eine Kurbelzapfen 22 kann einen kreisförmigen Querschnitt aufweisen. Der zumindest eine Kolben 24 kann einen Kolbenbolzen 26 mit einer Kolbenbolzenachse umfassen, und kann zur oszillierenden Bewegung innerhalb des zumindest einen Zylinders 16 während eines Motorhubs betätigbar sein. Die Kolbenbolzenachse kann eine erste Längsachse definieren. Der zumindest eine Kolben 24 kann ein Volumen des zumindest einen Zylinders 16 variieren, indem er sich während eines Motorhubs zwischen einer ersten Endschwelle und einer zweiten Endschwelle des Hubs innerhalb des zumindest einen Zylinders 16 bewegt.
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Die Pleuelstange 28 kann ein erstes Ende 30, das dem zumindest einen Kolben 24 zugeordnet ist, und ein zweites Ende 32, das distal dem ersten Ende 30 gegenüberliegend angeordnet und der Kurbelwelle 20 zugeordnet ist, aufweisen. Die Pleuelstange 28 kann zumindest einen Fluidkanal 48, 48a, 48b definieren, der sich zwischen dem ersten und zweiten Ende 30, 32 erstreckt. Der erste und zweite Endabschnitt 34, 36 können sich jeweils an den ersten und zweiten Enden 30, 32 der Pleuelstange 28 befinden. Der erste Endabschnitt 34 kann mit einem Kolben verbunden sein, der zur oszillierenden Bewegung innerhalb des zumindest einen Zylinders 16 betätigbar ist und eine erste Öffnung 40 zur Aufnahme des Kolbenbolzens 26 definieren kann. Der erste Endabschnitt 34 kann innerhalb des zumindest einen Zylinders 16 oszilliert werden, um den zumindest einen Kolben 24 zwischen den ersten und zweiten Endschwellen der Bewegung anzutreiben. Der zweite Endabschnitt 36 kann eine zweite Öffnung 42 definieren. Ein Pleuelstangenlager 50 kann den zweiten Endabschnitt 36 an der Kurbelwelle 20 montieren und kann den zumindest einen Kurbelzapfen 22 aufnehmen. Ein Pleuelstangenlager 50 kann zwischen der Pleuelstange 28 und dem Kurbelzapfen 22 angeordnet sein. Der Kurbelzapfen 22 kann eine Kurbelzapfenachse aufweisen. Die Kurbelzapfenachse kann eine zweite Längsachse in Bezug auf die erste Längsachse definieren. Wie in den 4A–5B veranschaulicht, kann zumindest ein Fluiddurchgang 60a, 60b, 88a, 88b durch die Kurbelwelle 20 für die Fluidkommunikation durch den Kurbelzapfen 22 mit dem zumindest einen Fluidkanal 48, 48a, 48b in Fluidverbindung mit zumindest einer ausdehnbaren Fluidkammer 76a, 76b; 78a, 78b vorgesehen sein. Der zweite Endabschnitt 36 kann in Bezug auf den Kurbelzapfen 22 drehbar sein. Der hydraulisch betätigte exzentrische Rotor 52 kann einem der ersten und zweiten Endabschnitte 34, 36 zugeordnet sein, oder ein separater Rotor 52 kann falls gewünscht für jeden der ersten und zweiten Endabschnitte 34, 36 vorgesehen werden, um um eine entsprechende der ersten und zweiten Längsachsen drehbar zu sein. Das exzentrische Rotor 52 kann in Ansprechen auf die Fluidkommunikation durch zumindest einen in dem Motorblock 14 befindlichen Fluiddurchgang 23, 23a, 23b betätigbar sein. Zumindest eine Kammer 76, 78 kann durch den exzentrischen Rotor 52 und die Pleuelstange 28 definiert werden. Der exzentrische Rotor 52 kann zumindest einen Flügel 54a, 54b aufweisen, der sich an einer Außenfläche 56 befindet, um zumindest eine Kammer 76, 78 zu definieren, die sich zwischen der Pleuelstange 28 und dem exzentrischen Rotor 52 befindet. Die Fluidkommunikation zwischen dem zumindest einen Fluidkanal 48, 48a, 48b und einem ausdehnbaren Kammerabschnitt 76a, 76b; 78a, 78b der Kammern 76, 78 kann den exzentrischen Rotor 52 in Ansprechen auf Fluiddruck, der gegen den exzentrischen Rotor 52 wird, in einer Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn drehen. Wie am besten in 6 zu sehen ist, kann der exzentrische Rotor 52 einen exzentrischen Oberflächenbereich mit unterschiedlichen radialen Abständen 80, 82 aufweisen, der in Ansprechen auf Fluiddruck, der auf den exzentrischen Rotor drehbar ist, um den effektiven Abstand zwischen der ersten und zweiten Längsachse zu variieren.
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Nun Bezug nehmend auf die 1 und 3 kann ein exzentrischer Rotor 52 einen ersten und zweiten Flügel 54a, 54b umfassen, die an einer Außenfläche 56 des exzentrischen Rotors 52 angeordnet sind. Der erste und zweite Flügel 54a, 54b können ungefähr 180° voneinander beabstandet sein. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann der exzentrische Rotor 52 einem ersten Endabschnitt 34 zugeordnet und konzentrisch mit einem Kolbenbolzen 26 angeordnet sein. Eine erste und zweite Kammer 76, 78 können zwischen dem ersten Endabschnitt 34 und dem exzentrischen Rotor 52 definiert sein. Jeder der ersten und zweiten Flügel 54a, 54b kann innerhalb einer entsprechenden ersten und zweiten Kammer 76, 78 drehbar sein. Der erste und zweite Flügel 54a, 54b kann drehbar sein, um den Rotor in eine Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn anzutreiben. Der exzentrische Rotor 52 kann innerhalb des ersten Endabschnitts 34 in eine Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zwischen einer ersten Rotorstellung und einer zweiten Rotorstellung gedreht werden. Die erste Rotorstellung kann durch einen ersten radialen Abstand 80 des exzentrischen Oberflächenbereichs des exzentrischen Rotors 52 definiert werden, der in eine Stellung gedreht ist, die sich an dem ersten Ende 30 der Pleuelstange 28 befindet, gedreht werden, um eine minimale Pleuelstangenlänge bereitzustellen. Die zweite Rotorstellung kann durch einen zweiten radialen Abstand 82 des exzentrischen Oberflächenbereichs des exzentrischen Rotors 52 definiert werden, der in eine Stellung gedreht ist, die sich an dem ersten Ende 30 der Pleuelstange 28 befindet, gedreht werden, um eine maximale Pleuelstangenlänge bereitzustellen. Die ersten und zweiten radialen Abstände 80, 82 des exzentrischen Rotors 52 können in Ansprechen auf die Kommunikation von Fluiddruck mit einem der ausdehnbaren Kammerabschnitte 76a, 76b; 78a, 78b der Kammern 76, 78 drehbar sein, um die Drehung des exzentrischen Rotors 52 durch Aufbringen von Druck auf eine Seite der ersten und zweiten Flügeln 54a, 54b anzutreiben. Der erste und zweite Flügel 54a, 54b können innerhalb einer der zumindest einen Kammer 76, 78 durch Fluiddruck innerhalb einer ausdehnbaren Kammerseite der zumindest einen Kammer 76, 78 drehbar sein, während die andere Seite in Fluidverbindung steht, um in einen Fluidsumpf zu entladen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 1 veranschaulicht, die Pleuelstange 28 einen Fluidkanal 48 definieren, der sich zwischen dem ersten Endabschnitt 34 und einem zweiten Endabschnitt 42 erstreckt. Der zweite Endabschnitt 42 kann ein Pleuelstangenlager 50 zur Montage des zweiten Endabschnitts 42 an einer Kurbelwelle 20 an einem entsprechenden Kurbelzapfen 22, der durch die Kurbelwelle 20 definiert wird, aufnehmen. Der Kurbelzapfen 22 kann zumindest einen Fluiddurchgang 60a, 60b zur Fluidkommunikation mit dem zumindest einen Fluidkanal 48a, 48b umfassen. Die Betätigung des exzentrischen Rotors 52 kann erfolgen, wenn Fluiddruck von dem zumindest einen Fluiddurchgang 60a, 60b, durch den Fluidkanal 48a, 48b und in einen der ausdehnbaren Kammerabschnitte 76a, 76b; 78a, 78b der zumindest einen Kammer 76, 78 hineinströmt. Es kann sich auch mehr als ein Fluidkanal zwischen dem ersten und zweiten Ende 30, 32 der Pleuelstange 28 erstrecken. Der Fluiddruck, der von einer ausdehnbaren Kammerseite 76a, 76b; 78a, 78b der zumindest einen Kammer 76, 78 empfangen wird, kann den exzentrischen Rotor 52 entweder in eine Richtung im Uhrzeigersinn oder eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn zwischen der ersten und zweiten Winkelstellung des exzentrischen Rotors 52 antreiben.
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Nun Bezug nehmend auf die 6–7, kann der exzentrische Rotor 52 mit einem ersten und zweiten Flügel 54a, 54b einem zweiten Endabschnitt 36 zugeordnet und konzentrisch an einem Kurbelzapfen 22 montiert sein, der den zweiten Endabschnitt 36 an einer Kurbelwelle 20 montiert. Eine erste ausdehnbare Kammer 76a und eine zweite ausdehnbare Kammer 76b befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des ersten Flügels 54a und sind durch den zweiten Endabschnitt 36 der Pleuelstange 28 umschlossen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 6 veranschaulicht, der Rotor 52 sich in Ansprechen auf Fluiddruck, der die the erste ausdehnbare Kammer 76a gegen den ersten Flügel 54a ausdehnt, im Uhrzeigersinn drehen, und kann sich in Ansprechen auf Fluiddruck, der die zweite ausdehnbare Kammer 76b gegen den ersten Flügel 54a gegen den Uhrzeigersinn drehen. Ein entsprechendes Paar von ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 78a, 78b kann sich an gegenüberliegenden Seiten des zweiten Flügels 54b befinden, sodass der zweite Flügel 54b sich im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn drehen kann, in Ansprechen auf Fluiddruck, der auf den zweiten Flügel 54b wirkt, um jeweils die erste und zweite ausdehnbare Kammer 78a, 78b auszudehnen. Fluiddurchgänge können vorgesehen werden, um selektiv die ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b unter Druck zu setzen und vom Druck zu entlasten, und den exzentrischen Rotor 52 zu drehen.
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Wie in 2 veranschaulicht, kann ein erster Fluiddurchgang 48a in Fluidverbindung mit den ersten ausdehnbaren Kammern 76a, 78a stehen, und ein zweiter Fluiddurchgang 48b in Fluidverbindung mit den zweiten ausdehnbaren Kammern 76b, 78b stehen. Der erste und zweite radiale Abstand 80, 82 des exzentrischen Oberflächenbereichs des exzentrischen Rotors 52 kann in Ausrichtung mit einer Länge in Längsrichtung der Pleuelstange 28 angetrieben werden, durch Drehung des exzentrischen Rotors 52, um den effektiven Abstand zwischen der ersten und zweiten Längsachse zu verändern. Wie am besten in 4A–5B und 7 veranschaulicht, können zusätzliche Fluiddurchgänge 60a, 60b in der Kurbelwelle 20 ausgebildet sein und können sich durch den Kurbelzapfen 22 zur Fluidkommunikation mit separaten, unabhängigen, ersten und zweiten ringförmigen Nuten 84c, 84d erstrecken, die in der Pleuelstange 28 ausgebildet sind, durch kurze Durchgänge 88a, 88b, die sich jeweils durch den Kurbelzapfen 22 erstrecken. Wie in 4A–5B veranschaulicht, kommunizieren die ersten und zweiten ringförmigen Nuten 84c, 84d fluidmäßig separat und unabhängig mit den ersten und zweiten Fluiddurchgängen 48a, 48b, die jeweils in der Pleuelstange 28 zur Fluidkommunikation mit den entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b ausgebildet sind, jeweils zum Antreiben des Rotor zur Drehung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn, jeweils in Ansprechen auf Fluiddruck, der selektiv durch das in 5 veranschaulichte Steuersystem 86 geliefert wird.
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Nun Bezug nehmend auf die 8A–8B kann rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend zumindest ein Flügel 54a, 54b durch die Pleuelstange 28 definiert werden. Der zumindest eine Flügel 54a, 54b kann durch zumindest eine Öffnung zur Aufnahme des Kolbenzapfens an einem ersten Ende der Pleuelstange 28 und/oder eine Öffnung zur Aufnahme des Kurbelzapfens an einem zweiten Ende der Pleuelstange 28 definiert werden. Eine erste ausdehnbare Kammer 76a und eine zweite ausdehnbare Kammer 76b befinden sich an gegenüberliegenden Seiten des ersten Flügels 54a und sind durch den exzentrischen Rotor 52 und den ersten Flügel 54a umschlossen. Ein entsprechendes Paar von ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 78a, 78b kann sich an gegenüberliegenden Seiten eines zweiten Flügels 54b befinden. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann der Rotor 52, wie in 8A veranschaulicht, sich in Ansprechen auf Fluiddruck, der die ersten ausdehnbaren Kammern 76a, 78a ausdehnt, gegen den Uhrzeigersinn drehen, und kann sich in Ansprechen auf Fluiddruck, der die zweiten ausdehnbaren Kammern 76b, 78b ausdehnt, im Uhrzeigersinn drehen. Fluiddurchgänge können vorgesehen werden, um selektiv Fluid unter Druck zu setzen und aus den ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b auszustoßen, um den exzentrischen Rotor 52 zur Drehung anzutreiben. Wie in 8A veranschaulicht, kann ein erster Fluiddurchgang 48a in Fluidverbindung mit den ersten ausdehnbaren Kammern 76a, 78a stehen, und ein zweiter Fluiddurchgang 48b in Fluidverbindung mit den zweiten ausdehnbaren Kammern 76b, 78b stehen. Ein erster und zweiter radialer Abstand 80, 82 (am besten in 6 zu sehen) von der Drehachse des exzentrischen Rotors zu einem äußeren exzentrischen Oberflächenbereich des exzentrischen Rotors 52 können in Ausrichtung mit einer Längsachse der Pleuelstange 28 angetrieben werden, durch Drehung des exzentrischen Rotors 52, wodurch ein effektiver Abstand zwischen der Kurbelzapfenachse und der Kolbenbolzenachse, oder den ersten und zweiten Längsachsen, verändert wird.
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Wie am besten in 8A–B veranschaulicht, wird auch der Fachmann erkennen, dass separate, unabhängige, erste und zweite ringförmige Nuten 84d, 84f in einer Außenfläche des exzentrischen Rotors 52 ausgebildet sein können. Die ersten und zweiten ringförmigen Nuten 84d, 84f kommunizieren fluidmäßig separat und unabhängig mit Fluiddurchgängen 60a, 60b, 88a, 88b, die in der Kurbelwelle ausgebildet sind, und den ersten und zweiten Fluiddurchgängen 48a, 48b, die jeweils in dem Rotor 52 ausgebildet sind, zur Fluidkommunikation mit den entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b, jeweils zum Antreiben des Rotors in Drehung in beide Richtungen, in Ansprechen auf Fluiddruck, der selektiv durch das in 5 veranschaulichte Steuersystem 86 geliefert wird. Wie in 8B veranschaulicht, kann eine Abdeckung 96 gegen den exzentrischen Rotor 52 montiert werden und die erste und zweite ausdehnbare Kammer 76a, 76b; 78a, 78b einschließen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend können Fluiddurchgänge 48a, 48b in Fluidverbindung mit den entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b durch Durchgänge definiert werden, die in der Abdeckung 96 oder durch die Abdeckung 96 in Zusammenwirkung mit dem Rotor 52 ausgebildet sind. Der Fachmann wird erkennen, dass die Abdeckung 96 ein sich radial nach außen erstreckender Flansch sein könnte, der einteilig mit dem exzentrischen Rotor 52 ausgebildet ist, was den Bedarf für ein separates Abdeckungsteil beseitigt.
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Nun Bezug nehmend auf die 4A–5B kann Fluiddruck selektiv geliefert werden, um den exzentrischen Rotor 52 in der Richtung im Uhrzeigersinn und gegen den Uhrzeigersinn zu drehen, indem er auf den ersten und zweiten Flügel 54a, 54b wirkt. Jeder der ersten und zweiten Flügel 54a, 54b kann eine erste ausdehnbare Kammer 76a, 78a definieren, die sich an einer Seite des Flügels befinden, sowie eine zweite ausdehnbare Kammer 76b, 78b, die sich an der gegenüberliegenden Seite des Flügels. Einer von erstem und zweitem Fluidkanal 48a, 48b kann unter Druck stehendes Fluid jeweils an eine entsprechende der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b liefern, während der andere von erstem und zweitem Fluidkanal 48a, 48b die andere der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b an einen Fluidsammelsumpf druckentlasten kann, um den exzentrischen Rotor 52 in eine Richtung im Uhrzeigersinn oder gegen den Uhrzeigersinn zu drehen. Der Motorblock kann Fluiddurchgänge 23a, 23b in Fluidverbindung mit der Kurbelwelle 20 und der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid definieren. Die Fluiddurchgänge 23a, 23b können in Fluidverbindung mit den Fluidkanäle 48a, 48b stehen, zur Fluidkommunikation zwischen der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid und den ausdehnbaren Kammern 76a, 76b, 78a, 78b durch Fluiddurchgänge 60a, 60b, die in der Kurbelwelle 20 ausgebildet sind, und Verbindungsdurchgänge 88a, 88b, die in dem Kurbelzapfen 22 ausgebildet sind, zur Kommunikation durch ringförmige Nuten 84c, 84d, die in der Pleuelstange 28 ausgebildet sind, wie am besten in 4A–5B zu sehen. Eine Motorsteuereinheit 90 kann Signale an ein Ölsteuerventil 58 senden, um das Ventil zwischen ersten und zweiten Stellungen zu bewegen.
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Nun bezugnehmend auf 2 kann das Ölsteuerventil 58 rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend ein Steuerventil 58 umfassen, das ein Stellglied aufweist, etwa ein elektromagnetbetätigtes Stellglied, ein piezoelektrisch betätigtes Stellglied, oder ein beliebiges anderes mechanisch oder elektrisch betätigtes Stellglied für ein Steuerventil 58, zur Änderung zwischen den unterschiedlichen Ventilstellungen. Das Ventil ist in einer ersten Stellung, die Fluiddruck von dem Einlassanschluss 66 erlaubt, mit den ersten ausdehnbaren Kammern 76a, 78a zu kommunizieren, während Fluiddruck durch den Auslassanschluss 94a von den zweiten ausdehnbaren Kammern 76b, 78b abgeblasen wird, was das exzentrische Rotor 52 in eine Richtung im Uhrzeigersinn antreibt. Wenn das Ölsteuerventil 58 in einer zweiten Stellung ist, erlaubt das Ventil Fluiddruck von dem Einlassanschluss 66, mit den zweiten ausdehnbaren Kammern 76b, 78b zu kommunizieren, während Fluiddruck durch den Auslassanschluss 94b von den ersten ausdehnbaren Kammern 76a, 78a abgeblasen wird, um den exzentrischen Rotor 52 in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn anzutreiben.
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Nun Bezug nehmend auf die 2–5B, kann das Steuersystem 86 ein Ölsteuerventil 58 umfassen, rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend ein Steuerventil 58 mit einem Stellglied wie etwa einem elektromagnetbetätigten Stellglied, einem piezoelektrisch betätigten Stellglied, oder einem beliebigen anderen mechanisch oder elektrisch betätigten Stellglied für ein Steuerventil 58, das zumindest eine erste Stellung und eine zweite Stellung aufweist, zur Änderung zwischen den unterschiedlichen Ventilstellungen, um die Drehung des exzentrischen Rotors 52 zu steuern. Das Steuerventil 58 kann in Fluidverbindung zwischen der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid und dem zumindest einen Fluidkanal 48a, 48b stehen, um selektiv unter Druck stehendes Fluid an eine der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b zu liefern, während gleichzeitig Fluiddruck von der anderen der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b abgelassen wird. Fluiddurchgänge 23, 23a, 23b, die durch den Motorblock 14 hindurch definiert sind, können in Fluidverbindung mit den Fluidkanälen 48a, 48b zur Betätigung des exzentrischen Rotors 52 stehen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 4A und 5A veranschaulicht, die erste Ventilstellung dadurch definiert sein, dass das Ölsteuerventil 58 die Fluidströmung durch einen Schieber 70, 72 zu einer der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b hin erlaubt, während Fluiddruck von der anderen der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b zur Drehung des exzentrischen Rotors 52 abgelassen wird. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 4B und 5B veranschaulicht, eine zweite Stellung dadurch definiert sein, dass der Schieber 70, 72 Fluiddruck aufbaut und von den der ersten Stellung gegenüberliegenden Kammern ablässt. Wie in 2 veranschaulicht, kann das Ölsteuerventil 58 einen Ventilkörper 74 aufweisen. Der Ventilkörper 74 kann einen Fluideinlass 66, einen Fluidauslass 68 und zumindest einen zylindrischen Schieber 70, 72 in Fluidverbindung zwischen dem Fluideinlass und -auslass 66, 68 umfassen. Der zumindest eine zylindrische Schieber 70, 72 kann zwischen einer ersten und zweiten Stellung innerhalb des Ölsteuerventils 58 verschiebbar sein. Ein Vorspannungselement 92 vorgesehen sein, um den zumindest einen zylindrischen Schieber 70, 72 zu verschieben. Wenn der zumindest eine zylindrische Schieber 70, 72 in der ersten Stellung ist, kann das Ölsteuerventil 58 die Fluidströmung von der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid durch das Ölsteuerventil 58 zu einer der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b erlauben, während er die andere der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b ablässt. Wenn der zumindest eine zylindrische Schieber 70, 72 in der zweiten Stellung ist, kann das Ölsteuerventil 58 die Fluidströmung zu der anderen der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b erlauben, während es die gegenüberliegende der ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b ablässt. Falls gewünscht kann eine dritte Stellung des Ölsteuerventils 58 vorgesehen werden, um den exzentrischen Rotor von der Fluidkommunikation sowohl mit der Fluiddruckquelle als auch der Entlastungsöffnung zu isolieren, um den exzentrischen Rotor in einer aktuellen Stellung zu halten. Es wird in Betracht gezogen, dass sich das Ölsteuerventil 58 in dem Motorblock 14 befinden kann, oder sich in einem separaten Modul befinden kann, das dazu geeignet ist, an dem Motorblock 14 angeschraubt zu werden. Wie am besten in 4A–4B zu sehen, kann das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung 10 des Weiteren zumindest ein Rückschlagventil 95a, 95b, das sich zwischen einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid und dem Ventilkörper 74 befindet, für den drehmomentunterstützten Betrieb in zumindest einer Richtung der Betätigung umfassen, oder zwei Rückschlagventile 95a, 95b, die sich zwischen einer Quelle für unter Druck stehendes Fluid und dem Ventilkörper 74 befinden, für den drehmomentunterstützten Betrieb in beiden Richtungen der Betätigung. Wie am besten in 2 zu sehen ist, kann zumindest eine Entlastungsöffnung 62 für die Fluidkommunikation zwischen dem Ölsteuerventil 58 und dem Motorblock 14 vorgesehen sein.
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Wie in 4A–4B kann bei einem drehmomentbetätigten oder torsionsunterstützten Betrieb zum Variieren einer Länge der Pleuelstange 28 in zumindest einer Drehrichtung unter Druck stehendes Fluid durch zumindest ein Rückschlagventil 95a, 95b strömen, um in Fluidverbindung mit dem Einlassanschluss 66 des Ölsteuerventils 58 in einem drehmomentbetätigten oder torsionsunterstützten Steuersystem 86 stehen. Nachdem das unter Druck stehende Fluid aus einem der Auslassanschlüsse 68a, 68b durch einen entsprechenden Fluiddurchgang 94a, 94b und durch das entsprechende Rückschlagventil 95a, 95b geströmt ist, kann das unter Druck stehende Fluid in den Fluideinlassanschluss 66 des Ölsteuerventils 58 atreten. Wird der zumindest eine zylindrische Schieber 70 in die erste Stellung verschoben, um die Fluidströmung durch das Ölsteuerventil 58 zu erlauben, kann das unter Druck stehende Fluid durch einen der Fluidanschlüsse 69a, 69b und in einen entsprechenden Fluiddurchgang 23a, 23b, der durch den Motorblock 14 definiert wird, in Fluidverbindung mit einem entsprechenden Fluiddurchgang 60a, 60b, der in der Kurbelwelle 20 ausgebildet ist, strömen. Von dem Fluiddurchgang 60a, 60b strömt das Fluid in Fluidverbindung durch den entsprechenden Fluiddurchgang 88a, 88b und die Ringnut 84c, 84d, die in der Pleuelstange 28 ausgebildet ist, zur Fluidkommunikation mit einem entsprechenden Fluiddurchgang 48a, 48b. Das unter Druck stehende Fluid kann in eine entsprechende der ersten und zweiten Kammern 76a, 76b; 78a, 78b strömen, die durch die ersten und zweiten Flügel 54a, 54b in Fluidverbindung mit dem Fluiddurchgang 48a, 48b definiert werden. Das unter Druck stehende Fluid kann den exzentrischen Rotor 52 drehen, indem es auf den ersten und zweiten Flügel 54a, 54b innerhalb der entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b wird, die unter Druck gesetzt werden, um den gewünschten radialen Abstand 80, 82 des exzentrischen Rotors 52 mit einer Längsachse der Pleuelstange 28 auszurichten. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 4A veranschaulicht, der exzentrische Rotor 52 in eine erste Rotorstellung gedreht werden, so dass der erste radiale Abstand 82 des exzentrischen Rotors einen maximalen Abstand zwischen der ersten Längsachse des Kolbenbolzens 26 und der zweiten Längsachse des Kurbelzapfens 22 bereitstellt. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 4B veranschaulicht, der exzentrische Rotor 52 in eine zweite Rotorstellung gedreht werden, so dass der zweite radiale Abstand 80 des exzentrischen Rotors einen minimalen Abstand zwischen der ersten Längsachse des Kolbenbolzens 26 und der zweiten Längsachse des Kurbelzapfens 22 bereitstellt.
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Bei einem drehmomentbetätigten oder torsionsunterstützten Betrieb kann eine Kombination von Torsionsenergie und Standardmotoröldruck verwendet werden, um den Rotor der Pleuelstange zur Bewegung zu einer minimalen Länge oder einer maximalen Länge der Pleuelstange hin zu betätigen. Es sollte klar sein, dass die Torsionsenergie eingefangen und falls gewünscht in einer Richtung, oder in beiden Richtungen der Betätigung, verwendet werden kann. Bei dem drehmomentbetätigten oder torsionsunterstützten Betrieb, wird Arbeitsfluid von der komprimierten Fluidkammer umgewälzt und zu der auszudehnenden Fluidkammer hin geleitet. Das Fluid strömt in Ansprechen auf Fluiddruckunterschiede, die als Ergebnis der Drehbewegung oder Torsionskräfte, die auf die beiden Fluidkammern wirken, erzeugt werden. Das Steuerventil wird mit der geeigneten Zeitsteuerung betrieben, um die beiden Fluidkammern in Fluidverbindung mit einander zu versetzen, wenn die durch Drehmoment oder Torsion erzeugten Fluiddruckunterschiede ausreichend sind, um Fluid von der einen Kammer, die komprimiert werden soll, zu der anderen Kammer hin zu leiten, die ausgedehnt werden soll. Die Zeitsteuerung und der Betrieb eines Steuerventil für ähnliche drehmomentbetätigte oder torsionsunterstützte Einrichtungen, die für Nockenwellenversteller verwendet werden, sind dem Fachmann allgemein bekannt, und eine weitere Erläuterung der Details des Betriebs eines Steuerventils, um einen drehmomentbetätigten oder torsionsunterstützten Betrieb zu erzielen, ist in
US-Patent Nr. 8,561,583 ;
US-Patent Nr. 8,146,551 ;
US-Patent Nr. 7,255,077 ;
US-Patent Nr. 6,997,150 ;
US-Patent Nr. 6,772,721 ; in der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. 2013/0206088; der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. 2013/0180486; und der veröffentlichten US-Anmeldung Nr. 2006/0086332 zu finden, die alle in ihrer Gesamtheit durch Verweis hierin aufgenommen sind.
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Wie in 5A–5B veranschaulicht, kann das Steuersystem 86 einen öldruckbetätigten Betrieb bereitstellen, um eine Länge der Pleuelstange 28 zu variieren. Wird der zumindest eine zylindrische Schieber 70 in die erste Stellung verschoben, um die Fluidströmung durch das Ölsteuerventil 58 zu erlauben, kann das unter Druck stehende Fluid durch einen der Fluidanschlüsse 69a, 69b und in den zumindest einen Fluiddurchgang 23a, 23b, der durch den Motorblock 14 definiert wird, zu den Fluiddurchgängen 60a, 60b, die in der Kurbelwelle 20 ausgebildet sind, und in die Fluiddurchgänge 88a, 88b und ringförmigen Nuten 84a, 84b strömen, die in dem Kurbelzapfen 22 ausgebildet sind, zur Fluidverbindung mit den Fluiddurchgängen 48a, 48b. Das unter Druck stehende Fluid kann in eine entsprechende der ersten und zweiten Kammern 76a, 76b; 78a, 78b strömen, die durch die ersten und zweiten Flügel 54a, 54b definiert werden. Das unter Druck stehende Fluid kann den exzentrischen Rotor 52 drehen, indem es auf den ersten und zweiten Flügel 54a, 54b innerhalb der entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b wird, die unter Druck gesetzt werden, um den gewünschten radialen Abstand 80, 82 des exzentrischen Rotors 52 mit einer Längsachse der Pleuelstange 28 auszurichten. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 5A veranschaulicht, der exzentrische Rotor 52 in eine erste Rotorstellung gedreht werden, so dass der erste radiale Abstand 82 des exzentrischen Rotors einen maximalen Abstand zwischen der ersten Längsachse des Kolbenbolzens 26 und der zweiten Längsachse des Kurbelzapfens 22 bereitstellt. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann, wie in 5B veranschaulicht, der exzentrische Rotor 52 in eine zweite Rotorstellung gedreht werden, so dass der zweite radiale Abstand 80 des exzentrischen Rotors einen minimalen Abstand zwischen der ersten Längsachse des Kolbenbolzens 26 und der zweiten Längsachse des Kurbelzapfens 22 bereitstellt.
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Es sollte klar sein, dass eine Vielzahl von Pleuelstangen 28 in dem Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung 10 bereitgestellt wird, das in 4A–5B veranschaulicht wird, und dass jede der Vielzahl von Pleuelstangen 28 in Übereinstimmung mit der hierin offenbarten Beschreibung arbeitet. Wie in 4A–4B veranschaulicht kann das Steuersystem 86 ein erstes Rückschlagventil 95a und ein zweites Rückschlagventil 95b zur Bereitstellung eines drehmomentunterstützten Systems umfassen. Das drehmomentunterstützte System kann unter Druck stehendes Fluid zwischen den ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b bewegen, um die Betätigung des Rotors 52 zu unterstützen, um unter Druck stehendes Fluid von einer Fluidquelle in einer Drehrichtung oder in beiden Drehrichtungen zu ergänzen oder zu ersetzen. Eine Fluidquelle oder Pumpe kann zusätzliches unter Druck stehendes Fluid zur Drehbetätigung des Rotors 52 und/oder zum Ausgleich jeglicher Fluidverluste in dem System an das System zu liefern. Die Drehbewegung der Pleuelstange 28 in Bezug auf den exzentrischen Rotor 52 kann Hydraulikdruck, der durch Drehmoment- oder Torsionsenergie erzeugt wird, durch das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung 10 übertragen, indem die Fluidströmung von einer ausdehnbaren Kammer 76a, 76b; 78a, 78b unter Hochdruck an eine andere ausdehnbare Kammer 76a, 76b; 78a, 78b mit einem niedrigen Druck erlaubt wird. Das Pleuelstangensystem mit variabler Verdichtung 10 kann ein im Wesentlichen geschlossener Fluidkreis sein, der unter Druck stehendem Fluid erlaubt, durch die ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b umzulaufen, um den exzentrischen Rotor 52 zwischen der ersten und zweiten Winkelstellung zu drehen. Das erste und zweite Rückschlagventil 95a, 95b durch die zusätzlichen Fluiddurchgänge 48a, 48b, 94a, 94b können in Fluidverbindung mit den entsprechenden ausdehnbaren Kammern 76a, 76b; 78a, 78b stehen. Das erste und zweite Rückschlagventil 95a, 95b hindern Öldruckstöße, die auf die Drehmomentumkehr zurückgehen, daran, sich zurück in das Ölsystem auszubreiten, und können den zumindest einen Flügel 54a, 54b daran hindern, sich aufgrund einer Drehmomentumkehr in eine Richtung zu bewegen, die der Richtung des unter Druck stehenden Fluids entgegengesetzt ist. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend veranschaulicht 4A den exzentrischen Rotor 52 in eine Richtung im Uhrzeigersinn gedreht, wenn das erste Rückschlagventil 95b die Fluidströmung von der ausdehnbaren Kammer 76a; 78a zu der ausdehnbaren Kammer 76b; 78b hin erlaubt. 4B veranschaulicht das exzentrische Rotor 52 in eine Richtung gegen den Uhrzeigersinn gedreht, wenn das erste Rückschlagventil 95a die Fluidströmung von der ausdehnbaren Kammer 76b; 78b zu der ausdehnbaren Kammer 76a; 78a hin umfasst.
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Wie in 3 veranschaulicht kann der exzentrische Rotor 52 in eine zweite Rotorstellung gedreht werden, so dass der zweite radiale Abstand 82 des exzentrischen Rotors einen maximalen Abstand zwischen der ersten und zweiten Längsachse bereitstellen kann. Der erste Endabschnitt 34 kann zur oszillierenden Bewegung innerhalb des zumindest einen Zylinders 16 betätigbar und mit der Bodenfläche 24c des entsprechenden Kolbens 24 zur Bewegung mit dem Kolben 24 in Eingriff bringbar sein. Das Verändern der minimalen und maximalen Länge der Pleuelstange 28 beeinflusst den effektiven Bewegungsabstand des entsprechenden Kolbens 24 innerhalb des Zylinders 16 und kann variierende Verdichtungsverhältnisse innerhalb der Verbrennungskammer 18 bereitstellen. Das Variieren des Verdichtungsverhältnisses des Kolbens 24 durch Vorsehen von zwei oder mehr Bewegungsstellungen des entsprechenden Kolbens 24 kann die Effizienz des Verbrennungsmotors 12 steigern.
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Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend können der erste und zweite Flügel 54a, 54b verwendet werden für ein System mit variablem Verdichtungsverhältnis, das zwei Stellungen des entsprechenden Kolbens 24 innerhalb des entsprechenden Zylinders 16 aufweist. Es sollte klar sein, dass die Flügel 54a, 54b zwischen ersten und zweiten Winkelendschwellen der Bewegung in Bezug auf die Pleuelstange 28 angetrieben werden können, oder selektiv in eine beliebige gewünschte Stellung zwischen den ersten und zweiten Winkelendschwellen der Bewegung gesteuert werden können, um ein variables Verdichtungsverhältnis mit mehr als zwei Werten bereitzustellen. Die erste Rotorstellung kann ein erstes Verdichtungsverhältnis bereitstellen und die zweite Rotorstellung kann ein zweites Verdichtungsverhältnis bereitstellen. Das erste Verdichtungsverhältnis kann durch ein Verhältnis zwischen einem Volumen der Verbrennungskammer 18 des Zylinders 16, wenn der entsprechende Kolben 24 in einer ersten Endschwellenstellung der Bewegung in Bezug auf den Zylinder 16 ist, und dem Volumen der Verbrennungskammer 18, wenn der entsprechende Kolben 24 in einer zweiten Endschwellenstellung der Bewegung innerhalb des Zylinders 16 ist, definiert werden.
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Ein Verfahren zur Anordnung eines Pleuelstangensystems mit variabler Verdichtung 10 kann umfassen: Ausbilden einer Pleuelstange 28 mit einer Öffnung zur Aufnahme des Kolbenzapfens an einem ersten Ende, einer Öffnung zur Aufnahme des Kurbelzapfen an einem zweiten Ende, und einer Öffnung zur Aufnahme des exzentrischen Rotors benachbart zu zumindest einem der ersten und zweiten Enden, und Einsetzen zumindest eines hydraulisch betätigten exzentrischen Rotors 52 innerhalb der Öffnung, die in der Pleuelstange 28 ausgebildet ist. Der hydraulisch betätigte exzentrische Rotor 52 kann zumindest um eine der ersten und zweiten Längsachsen drehbar sein und weist zumindest einen Flügel 54a, 54b auf, der erste und zweite ausdehnbare Kammern definiert, die sich zwischen der Pleuelstange 28 und dem zumindest einen Flügel 54a, 54b erstrecken. Fluiddurchgänge können zur Kommunikation von Fluiddruck mit den ersten und zweiten ausdehnbaren Kammern ausgebildet werden, um den exzentrischen Rotor in Drehung zwischen ersten und zweiten Winkelstellungen anzutreiben, um eine Länge der Pleuelstange 28 zwischen der ersten und zweiten Längsachse zu variieren. Die Pleuelstange 28 kann ein erstes Ende 30, das einem Kolbenbolzen 26 zugeordnet werden soll, und ein zweites Ende 32, das distal dem ersten Ende 30 gegenüberliegend angeordnet ist und einem Kurbelzapfen 22 zugeordnet werden soll, aufweisen. Der exzentrische Rotor 52 kann zumindest dem ersten und/oder dem zweiten Ende 30, 32 zugeordnet und in Ansprechen auf Fluidkommunikation mit zumindest einer ausdehnbare Kammer 76a, 76b; 78a, 78b, die zwischen zumindest einem Flügel 54a, 54b des exzentrischen Rotors 52 und der Pleuelstange 28 definiert ist, zur Drehung des exzentrischen Rotors 52, betätigbar sein. Der exzentrische Rotor 52 kann unterschiedliche radiale Abstände 80, 82 aufweisen, die in Ausrichtung mit der Längsachse der Pleuelstange drehbar sind, in Ansprechen auf Fluiddruck, der auf den zumindest einen Flügel 54a, 54b wirkt, um einen effektiven Abstand einer Länge der Pleuelstange zwischen der ersten und zweiten Längsachse zu variieren. Der zumindest eine Fluidkanal 48a, 48b kann zur Fluidkommunikation zwischen der zumindest einen ausdehnbaren Kammer 76a, 76b, 78a, 78b und der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid vorgesehen sein. Das Verfahren kann des Weiteren das Positionieren zumindest eines Ölsteuerventils 58 zur Fluidkommunikation mit der zumindest einen ausdehnbaren Kammer 76a, 76b; 78a, 78b und der Quelle für druckbeaufschlagtes Fluid umfassen. Rein beispielhaft und keinesfalls einschränkend kann ein Steuerventil 58 ein Stellglied aufweisen, etwa ein elektromagnetbetätigtes Stellglied, ein piezoelektrisch betätigtes Stellglied, oder ein beliebiges anderes mechanisch oder elektrisch betätigtes Stellglied für ein Steuerventil 58, um zwischen den verschiedenen Ventilpositionen zu wechseln. Das zumindest eine Ölsteuerventil 58 kann in einer ersten Stellung die Fluidkommunikation mit der zumindest einen ausdehnbaren Kammer 76a, 76b; 78a, 78b erlauben, während es Fluiddruck für die gegenüberliegende ausdehnbare Kammer 76a, 76b; 78a, 78b ablässt, und kann in der zweiten Stellung die Fluidkommunikation mit der gegenüberliegenden ausdehnbaren Kammer 76a, 76b; 78a, 78b erlauben, während es die andere ausdehnbare Kammer 76a, 76b; 78a, 78b druckentlastet.
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Die variable Pleuelstangenlänge kann die Kraftstoffeffizienz um fünf Prozent (5%) bis zehn Prozent (10%) verbessern. Eine variable Pleuelstangenlänge erlaubt einem Verbrennungsmotor, mehrere Kraftstoffe zu nützen. Ein hydraulisch betätigter Rotor, der intern in Bezug auf die Pleuelstange montiert ist, erlaubt einem Hydrauliksteuersystem, zur Betätigung Torsionsenergie zu verwenden, oder ein Zweiwege-Steuerventil zu umfassen, oder ein Mehrwege-Ölsteuerventil zu umfassen, oder eine Anordnung aus einem Ölsteuerventil mit einem inneren Rückschlagventil 95a, 95b zu umfassen. Es ist kein Gestänge erforderlich, um den exzentrischen Rotor zu drehen, der innerhalb der Pleuelstange montiert ist. Ein hydraulisches Drehstellglied, das gleichachsig mit der Kurbelzapfen- oder Kolbenbolzenbohrung zentriert ist, kann verwendet werden, um den exzentrischen Rotor direkt zu drehen, um die effektive Länge der Pleuelstange zwischen den zwei Bolzenbohrungen zu variieren. Darüber hinaus arbeitet das Drehstellglied im Prinzip ähnlich wie eine Nockenphasenverschiebungsvorrichtung und kann durch ein Ölsteuerventil gesteuert werden, das mit einem Hydraulikkreis in dem Stellglied durch Durchgänge in der Kurbelwelle und dem Kurbelzapfen kommuniziert.
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Während die Erfindung hierin in Verbindung mit der aktuell als praktischste und bevorzugte geltenden Ausführungsform beschrieben worden ist, ist klar, dass die Erfindung nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt ist, sondern im Gegenteil verschiedene Abwandlungen und äquivalente Anordnungen mit abdecken soll, die in den Geist und Umfang der folgenden Ansprüche fallen; dieser Umfang soll dabei die weitestmögliche Auslegung erfahren, so dass er alle derartigen Modifikationen und Abwandlungen umfasst, soweit dies gesetzlich zulässig ist.
