Um diese Hürde deutlich zu erniedrigen, bedarf es einer neuen Konstruktion des Kurbeltriebes.

Es fehlt nicht an Vorschlägen das Sinusmaximum und die damit verbundenen Druckspitzen am OT zu senken. Ein zusätzlich gefederter Kolben im Zylinderkopf vergrößert das Totvolumen druckabhängig (J 0 1 21 60 33 A). Andere Wege gehen die Konstruktionen mit Kniehebeln und mit Doppelkolben (BICERA, DE 1 062 981 von 1959 ; DE 30 4 402 A1 von 1981 ; US 005 755 192 A von 1998).

Erfindungsgemäß wird das starre Pleuel durch ein zweiteiliges mit einer Hydrofeder (für hohe Lasten) ersetzt. Allein im Arbeitshub ist die Hydrofeder wirksam : Die Hürde des Sinusmaximums sinkt unter der Wirkung der Gaskraft ohne Zeitverzögerung auf ein breites flach ansteigendes Plateau um OT abhängig vom Ladedruck. Nach dem Einsetzten der Verbrennung steigt der Druck im Brennraum sehr steil an und drückt die Hydrofeder ein, und die geleistete freie Energie wird in der Hydrofeder reversibel zwischengespeichert.

Die technische Lösung der Aufgabe basiert auf der Tatsache, dass der Kompressibilitätskoeffizient von Öl aus dem Schmiersystem des Kolbenmotors groß ist und nahezu unabhängig von dessen Qualität. Die Hydrofeder-einige Milliliter Öl-ist in einer achsenparallelen Sacklochbohrung in der Pleuelstange mit einem beweglichen Druckkolben eingeschlossen. Durch konstruktive Vorgaben von Ölvolumen und Durchmesser des Druckkolbens kann diese Hydrofeder der Motorgröße entsprechend ausgelegt werden. Zur Beherrschung der hohen Drücke (einige kbar) kann vorteilhaft das Ölvolumen auf mehrere Bohrungen von kleinem Durchmesser verteilt werden. Der Federhub ist groß : Das Sinusmaximum sinkt abhängig vom Druck im Brennraum auf ein Plateau, das deutlich (bis 5 mm) darunter liegen kann und damit das Totvolumen bis zu 100 % vergrößert. Bei Vollast z. B. mit Ladeluftverdichtung ist der Federweg am größten. In nahezu linearer Funktion folgt der Hydrofederweg der Gaskraft auf den Kolben mit einer minimalen Zeitverzögerung, so dass für jeden Ladezustand der Kolbenmaschine eine optimale Einstellung des flach ansteigenden Plateaus unterhalb des OT selbsttätig erfolgt.

Maßgebend für die Dynamik des Hydrofederpleuel ist die Zeitkonstante aus Federkraft (> 104 N) und gefederter Trägheitsmasse von Kolben und kleinem Pleuelauge (1kg). Die Zeitkonstante der Hydrofeder von < 10-3 sec ist hinreichend klein, um der Dynamik des Kurbeltriebes bis zu Drehzahlen > 6.000 1/min folgen zu können.

Für die Einhaltung des Kompressionsverhältnisses wird die Hydrofeder vorgespannt, z. B. mit einigen 104 N, und wird verrastet. Außer Betrieb bleibt die Vorspannung über Jahre erhalten. Das wird möglich durch die Anwendung der bekannten Dichtungstechnik für Hochdruck. Geringe Verluste an Öl im Dauerbetrieb ersetzt eine selbsttätig wirkende Mikroliter-Pumpe. Erfindungsgemäß wird ein weiteres Verfahren vorgeschlagen : Man nutzt die Hydrofeder bereits zum Aufbau des Kompressionsdruckes. Die Gaskraft auf die sich spannende Hydrofeder stellt das Totvolumen selbsttätig ein, wobei ein Teil des Aufwandes an Freier Energie für die Kompression reversibel in der Hydrofeder gespeichert wird. Für diese Betriebsart ist eine verlängerte Pleuelstange erforderlich.

Die Anzahl der Vorteile für eine Kolbenmaschine ausgerüstet mit dem Hydrofederpleuel ist noch deutlich größer. Leichter, leiser, leistungsstärker, sparsamer und sauberer lauten die Attribute. Verantwortlich dafür sind die deutlich verlängerte Verbrennungszeit nach einer möglichen sehr frühzeitigen Zündung und die Senkung des Spitzendruckes. Während der Verbrennung um OT expandiert das Brenngasgemisch, wobei die Volumenarbeit P V in der Hydrofeder kurzzeitig gespeichert wird. Druck und Temperatur nehmen ab. Der damit erreichte thermodynamische Zustand fördert die exothermen Verbrennungsreaktionen und bremst die endothermen.

Die schnelle Reaktion der Hydrofeder auf die Motordynamik ist nicht gebunden an den Einbau in das Pleuel. Vielmehr kann die Hydrofeder auch in anderen Motorbauteilen zur Wirkung gebracht werden : Vorzugsweise in einem Doppelkolben oder in einem Kolben, der im Zylinderkopf angeordnet sein kann.

Die grafische Darstellung der Hydrofeder zeigt die Figur 1. Das große Pleuelauge 1 bleibt in der klassischen Form unverändert. Die Pleuelstange 2 mutiert in die Form eines dickwandigen Druckbehälters mit einem Boden und ist Behälter für wenige ml Motorenöl 3, das kompressible Medium. Zur Hydrofeder wird die Konstruktion durch den Kolben 4, der die Gaskraft vom Kolben über das kleine Pleuelauge 5 über das Öl auf den Behälterboden überträgt. Die Tragfähigkeit der Hydrofeder ist groß. Die Verkürzung der Ölsäule 3 um ca. 10 % erfordert einen Druck von ca. 3.5 kbar ; bei diesem Druck trägt ein Kolben 4 von 1 cm2 Querschnitt eine Druckkraft von 3. 5 x 104 N. ( 3. 5 Tonnen) also Kräfte in einer Größenordnung, die in PKW- Motoren Stand der Technik sind.

Das Dichtelement 6 trägt eine ringförmige Dichtung am unteren Ende, die in Form und Werkstoff der bekannten Technik für hohe Drücke entspricht und statisch dichtet.

Im dynamischen Betrieb fließt via Ölfilm zwischen dem Kolben 4 und der Dichtung ein sehr kleiner Ölstrom, dem die Mikroliterpumpe gebildet aus dem Stufenkolben 4 und der Stufenbohrung in dem Dichtelement 6 entgegenwirkt. Steuerkanäle 7 begrenzen den Pumpvorgang und sorgen für ein konstantes Ölniveau. Dieses Detail zeigt die Figur 1a in vergrößerter Darstellung. Der maximale Abstand zwischen den beiden Pleuelaugen wird durch den Stellring 8 festgelegt. Über die Bohrungen 9 und 10 ist sowohl die Hydrofeder als auch die Gleitführung des kleinen Pleuelauges mit dem Schmiersystem des Motors verbunden.