DE102007023295A1

DE102007023295A1 - Hochtemperatur-Verbrennungsmotor und Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors

Info

Publication number: DE102007023295A1
Application number: DE102007023295A
Authority: DE
Inventors: Karel Matela
Original assignee: Individual
Current assignee: MATELA, KAREL, DIPL.-ING., 52379 LANGERWEHE, DE; MATELA, TOMAS, 50679 KOELN, DE
Priority date: 2007-05-16
Filing date: 2007-05-16
Publication date: 2008-11-20
Anticipated expiration: 2027-05-17
Also published as: DE102007023295B4

Abstract

Ein Hochtemperatur-Verbrennungsmotor, der als Zweitakt-Kolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet ist, ist mit einem Zylinder, der einen Innenzylinder (2) und einen Regenerator (3) aufweist, und mit einer durch eine Decke (4) des Innenzylinders (2) führenden Zufuhrvorrichtung für Brennstoff versehen. In dem Innenzylinder (2) sind übereinander ein Verdränger (7) und ein Arbeitskolben (8) beweglich angeordnet. Ein Expansionsraum (9) ist zwischen der Decke (4) des Innenzylinders (2) und dem Verdränger (7) und ein Arbeitsraum (10) zwischen dem Verdränger (7) und dem Arbeitskolben (8) gebildet. Der Regenerator (3) ist in einem Bypass zum Innenzylinder (2) angeordnet, wobei der Regenerator (3) als ein im oberen Bereich des Innenzylinders (2), um den Innenzylinder (2) ringförmig angeordneter Regeneratorzylinder ausgebildet ist. Der Verdränger (7) weist eine Höhe größer als seine Hubhöhe und der Regenerator (3) weist eine Höhe kleiner als oder gleich wie die Höhe des Verdrängers (7) auf. Der Regenerator (3) ist mit dem Innenzylinder (2) durch mindestens eine obere Bypassöffnung (11) im Innenzylinder (2) am oberen Ende des Regenerators (3) und durch mindestens eine verschließbare, untere Bypassöffnung (12) im Innenzylinder (2) am unteren Ende des Regenerators (3) verbunden. Unterhalb des Regenerators (3) sind mindestens eine mit dem Regenerator (3) verbundene, verschließbare Auslassöffnung (13) und mindestens eine mit dem ...

Description

Die Erfindung betrifft einen Hochtemperatur-Verbrennungsmotor, der als Zweitakt-Kolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet ist, und ein Verfahren zum Betreiben des Hochtemperatur-Verbrennungsmotors. Bei bekannten Verbrennungsmotoren mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration sind Merkmale von Verbrennungsmotoren, z. B. von Ottomotoren, und Merkmale von Stirlingmotoren vereinigt. Bei einem Ottomotor durchläuft das Arbeitsgas eine hohe Temperaturdifferenz, wobei ein großer Teil der Prozesswärme den Motor mit dem Abgas verlässt, der Motor gekühlt werden muss und die Verbrennung nicht vollständig abläuft. Der thermische Wirkungsgrad eines Ottomotors beträgt aufgrund des Verlustes von Prozesswärme oft weniger als 60% und der erzielbare Wirkungsgrad aufgrund der weiteren Verluste durch die Kühlung, die unvollständige Verbrennung und durch Reibung etwa 30 bis 38%.
Im Gegensatz zu den Ottomotoren ist bei den Stirlingmotoren eine Nutzung der Abwärme, regenerative Abwärmenutzung oder thermische Regeneration genannt, bekannt. Ein Stirlingmotor des sogenannten β-Types ist u. a. in der DE-Veröffentlichung Stirling-Maschinen-Technik, Fritz Steimle (Hrsg.), C. F. Müller Verlag, 1996 beschrieben. Bei Stirlingmaschinen vom β-Typ sind ein Arbeitskolben und ein Verdränger innerhalb eines gemeinsamen Zylinders angeordnet, wobei zwischen dem Verdränger und dem einen Ende des Zylinders ein Expansionsraum und zwischen dem Verdränger und dem Arbeitskolben ein Kompressionsraum genannter Arbeitsraum gebildet sind. Ein Regenerator zur Aufnahme und Abgabe von Wärme ist in einem Bypass zum Zylinder angeordnet, wobei im Bypass zusätzlich zwischen dem Regenerator und dem Expansionsraum ein Erhitzer und zwischen dem Regenerator und dem Arbeitsraum ein Kühler angeordnet sind. Die bei einem Stirlingmotor erreichbaren Höchsttemperaturen des Arbeitsgases betragen etwa 700°C. Dies begrenzt den theoretisch zu erreichenden Wirkungsgrad auf unter 60%. Zusätzlich können noch Verluste durch den Erhitzer und/oder den Kühler hinzukommen.
Ein Verbrennungsmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration, der auch als Zweitakt-Kolbenmotor betrieben werden kann, ist in der DE 695 12 189 T2 beschrieben. Dieser Verbrennungsmotor weist Merkmale eines Stirlingmotors des β-Types auf, bei dem ein Regenerator in den Verdränger integriert ist. Insbesondere weist der Verbrennungsmotor einen als Zylinder bezeichneten Innenzylinder auf, in dem übereinander der Regenerator und ein Arbeitskolben beweglich angeordnet sind. Zwischen einer Decke des Zylinders und dem Regenerator ist eine Brennkammer, d. h. ein Expansionsraum, und zwischen dem Regenerator und den Arbeitskolben eine kalte Kammer, d. h. ein Arbeitsraum, definiert. Der Verbrennungsmotor wird betrieben, in dem kaltes Arbeitsgas den Regenerator von der kalten Kammer zur Brennkammer durchströmt und erwärmt wird, das erwärmte Arbeitsgas durch Verbrennung von Kraftstoff erhitzt wird und nach der Expansion das heiße Arbeitsgas aus der Brennkammer in die kalte Kammer über den Regenerator strömt und abgekühlt wird. Der thermische Regenerator absorbiert die Wärme des heißen Arbeitsgases, während er nach oben bewegt wird, und überträgt die absorbierte Wärme auf kaltes Arbeitsgas, während er nach unten bewegt wird. Zusätzlich wird in die kalte Kammer Kühlflüssigkeit eingespritzt. Sie kühlt das kalte Arbeitsgas auf niedrigere Temperatur, um die Wirksamkeit des thermischen Regenerators zu steigern. Bei diesem Verbrennungsmotor erstreckt sich die Brennkammer bei der Expansion des heißen Arbeitsgases in einen Bereich, in dem Einlass- und Auslassventile angeordnet sind. Die Temperatur des heißen Arbeitsgases und damit der Wirkungsgrad ist dadurch beschränkt.
Ein weiterer Verbrennungsmotor mit Merkmalen eines Stirlingmotors des α-Types ist aus der DE 102 97 461 T5 bekannt. Der Verbrennungsmotor weist einen Zylinder auf, der an einem Ende durch einen bewegbaren heißen Kolben geschlossen ist, an dem anderen Ende durch einen bewegbaren kalten Kolben geschlossen ist und zwischen den beiden Kolben einen feststehenden thermischen Regenerator aufweist. Bei diesem Verbrennungsmotor ist zumindest die Zylinderwand an dem Ende mit dem heißen Kolben zu kühlen.
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Hochtemperatur-Verbrennungsmotor, der als Zweitaktkolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet ist, und ein entsprechendes Verfahren zum Betreiben des Hochtemperatur-Verbrennungsmotors zu entwickeln, bei dem ein höherer Wirkungsgrad erzielt wird. Dabei soll eine zusätzliche Kühlung des Motors vermieden werden.
Die Aufgabe ist durch die Merkmale der Ansprüche 1 und 11 gelöst. In den Unteransprüchen sind vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung beschrieben.
Ein erfindungsgemäßer Hochtemperatur-Verbrennungsmotor, der als Zweitakt-Kolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet ist, ist mit mindestens einem Zylinder mit einem Innenzylinder und einem Regenerator und mit einer durch eine Decke des Innenzylinders führenden Zufuhrvorrichtung für Brennstoff versehen. In dem Innenzylinder sind übereinander ein Verdränger und ein Arbeitskolben beweglich angeordnet, wobei ein Expansionsraum zwischen der Decke des Innenzylinders und dem Verdränger und ein Arbeitsraum zwischen dem Verdränger und dem Arbeitskolben gebildet sind. Der Regenerator ist in einem Bypass zum Innenzylinder angeordnet. Dabei ist der Regenerator als ein um den Innenzylinder ringförmig angeordneter Regenerationszylinder ausgebildet. Der Verdränger weist eine Höhe größer als seine Hubhöhe auf und der Regenerator eine Höhe kleiner als oder gleich wie die Höhe des Verdrängers auf. Der Regenerator ist mit dem Innenzylinder durch mindestens eine obere Bypassöffnung im Innenzylinder am oberen Ende des Regenerators und durch mindestens eine verschließbare untere Bypassöffnung im Innenzylinder am unteren Ende des Regenerators verbunden. Unterhalb des Regenerators sind mindestens eine verschließbare Auslassöffnung und mindestens eine verschließbare Einlassöffnung vorgesehen.
Durch einen Regenerator, der im oberen Teil des Innenzylinders um diesen angeordnet ist, kann das heiße Arbeitsgas aus der Expansionskammer abgeleitet und abgekühlt werden. Diese Anordnung des Regenerators ermöglicht, die wirksame Oberfläche des Regenerators, an der das Arbeitsgas vorbeistreicht, wesentlich zu verlängern und damit zu vergrößern. D. h. die Wärmetauschflächen des Regenerators können stark vergrößert werden. Die Anordnung des Regenerators ermöglicht auch eine Einrichtung zur Wärmeisolierung außerhalb des Regenerators vorzusehen. Durch eine solche Einrichtung kann die jeweilige Temperatur der Wärmetauschflächen des Regenerators zur Aufnahme und Abgabe von Wärme konstant gehalten werden. Der Verdränger dient als Isolation zwischen dem Expansionsraum und dem Arbeitsraum. Ebenso begünstigt der Verdränger mit einer Höhe größer als seine Hubhöhe, dass im Regenerator die Temperatur konstant gehalten werden kann. Insgesamt wird es dadurch möglich, im Verlauf des Regenerators von oben nach unten ein sehr hohes Temperaturgefälle einzustellen. Damit wird eine hohe Wirksamkeit des Regenerators und ein hoher Wirkungsgrad des Motors ermöglicht.
In dem Bereich des Innenzylinders unterhalb des Regenerators ist das Arbeitsgas durch den Regenerator abgekühlt. Bei einer Anordnung der Ventile, insbesondere des Einlassventils und des Auslassventils, und auch von Dichtringen in diesem Bereich wird keine zusätzliche Kühlung mehr benötigt.
Vorzugsweise wird ein Verdränger mit einer Höhe von 105 bis 130%, insbesondere 110 bis 120%, seiner Hubhöhe eingesetzt. Der Verdränger sollte um so viel höher sein als seine Hubhöhe, dass seine am unteren Ende angeordnete Dichtung unterhalb des maximalen Expansionsraums bleibt, wenn sich der Verdränger in der höchsten Position befindet.
Der Regenerator weist vorzugsweise eine Höhe von 80 bis 95% der Höhe des Verdrängers auf. Der Regenerator ist möglichst hoch und schmal ausgebildet, so dass ein sehr hohes Temperaturgefälle eingestellt werden kann. Die niedrigste Temperatur am Ausgang des Regenerators ist dann oberhalb des unteren Endes des Verdrängers in seiner höchsten Position erreicht. Auch dies stellt sicher, dass auf Höhe der Dichtung des Verdrängers die Temperatur bereits tief genug ist, dass keine Kühlung mehr benötigt wird.
Vorzugsweise weist der Verdränger mindestens einen verschließbaren Strömungskanal auf, der den Arbeitsraum durch den Verdränger mit dem Expansionsraum verbindet. Dies ermöglicht bei geöffneten Strömungskanälen einen Druckausgleich zwischen dem Arbeitsraum und dem Expansionsraum durch den Verdränger. Der Druckausgleich stellt in bestimmten Verfahrensschritten sicher, dass der Druck durch Expansion des Arbeitsgases direkt auf den Arbeitskolben übertragen wird. Bei geschlossenen Strömungskanälen, z. B. beim Zuführen von neuem, kalten Arbeitsgas in den Arbeitsraum, wird verhindert, dass das erhitzte Arbeitsgas vom Expansionsraum in den Arbeitsraum gelangt und das zugeführte, kalte Arbeitsgas erwärmt. Der Verdränger kann im Wesentlichen als ein zylindrischer Hohlkörper aus einer stark wärmeisolierenden, technischen Keramik und damit weniger massiv, d. h. in leichterer Bauweise, hergestellt sein. Die starke Wärmeisolierung durch den Verdränger verbessert die Möglichkeit, ein sehr hohes Temperaturgefälle am Regenerator einzustellen.
Zwischen dem Regenerator und einem Außenzylinder ist vorzugsweise eine Einrichtung zur Wärmeisolierung mit mindestens zwei aufeinander folgenden Schichten mit unterschiedlichen Isolationsmaterialien angeordnet. Wie bereits erwähnt, kann der außen liegende Regenerator gut wärmeisoliert werden. Eine Einrichtung zur Wärmeisolierung mit einer ersten an den Regenerator grenzenden Schicht, z. B. aus einer technischen Keramik, und einer zweiten darauf folgenden Schicht, z. B. aus Mineralwolle isoliert den Regenerator wärmetechnisch nach außen. Sie verbessert die Möglichkeit, ein sehr hohes Temperaturgefälle am Regenerator mit minimalen Wärmeverlusten nach außen einzustellen.
Vorzugsweise weist der Regenerator zumindest Außenflächen, die z. B. durch die Einrichtung zur Wärmeisolierung gebildet sind, mit Strömungshindernissen auf. Die Strömungshindernisse bilden in eine Richtung des Arbeitsgases, nämlich von oben nach unten zum Abkühlen des Arbeitsgases, einen größeren Strömungswiderstand als die umgekehrte Strömungsrichtung. Die Strömung des Arbeitsgases erhält in Strömungsrichtung von oben nach unten an den Strömungshindernissen eine turbulente Komponente. D. h. die Strömung des Arbeitsgases ist an den Außenflächen eher turbulent und von unten nach oben eher linear. Dadurch entsteht im Regenerator auch senkrecht zur Zylinderachse ein Temperaturgefälle, nämlich eine steigende Temperatur von außen nach innen. Vorzugsweise sind zusätzlich auch Innenflächen des Regenerators, die z. B. durch den Innenzylinder gebildet sind, mit diesen Strömungshindernissen versehen. Dies bewirkt ein Temperaturgefälle im Regenerator senkrecht zur Zylinderachse mit einem Maximum in der Mitte des Regenerators. Auch diese Konzentration der hohen Temperatur im Inneren des Regenerators verbessert die Möglichkeit, ein sehr hohes Temperaturgefälle im Regenerator von oben nach unten und zum Außenzylinder einzustellen.
Die hohe maximale Temperatur des Hochtemperatur-Verbrennungsmotors, die durch das sehr hohe Temperaturgefälle im Regenerator ermöglicht wird, bewirkt, dass der Brennstoff vollständiger verbrannt wird. Es gibt kaum Verluste durch unverbrannten Brennstoff. Vorzugsweise ist der Regenerator als Katalysator ausgebildet, damit die Rückstände des Brennstoffs katalytisch behandelt werden. Eine gute katalytische Behandlung wird durch die hohe Temperatur im oberen Bereich des Regenerators sichergestellt.
Vorzugsweise mündet der Regenerator an seinem unteren Ende in einen Ringkanal, der sowohl mit den unteren Bypassöffnungen als auch mit den Auslassöffnungen verbunden ist. In diesem Ringkanal ist ein doppelt wirkendes Ringventil angeordnet, das in einer ersten Stellung die unteren Bypassöffnungen öffnet und die Auslassöffnungen verschließt und in einer zweiten Stellung die unteren Bypassöffnungen verschließt und die Auslassöffnungen öffnet. Ein doppelt wirkendes Ringventil in einem Ringkanal, das auf einer Seite Bypassöffnungen öffnet oder schließt und auf einer anderen Seite Auslassöffnungen öffnet oder schließt kann einen geringen Hub aufweisen. Durch die Doppelfunktion werden weniger Bauteile benötigt. Die Bypassöffnungen und die Auslassöffnungen können je nach Anzahl paarweise gegenüberliegend, sternförmig oder kranzförmig, vorzugsweise in einer Ebene senkrecht zur Zylinderachse, angeordnet sein.
Vorzugsweise ist mindestens eine Einlassöffnung und ein Einlassventil zum Verschließen der Einlassöffnung oder der Einlassöffnungen in einer Arbeitsfläche des Arbeitskolbens vorgesehen. Dabei ist das Einlassventil als Rückschlagventil ausgebildet. Das Rückschlagventil öffnet sich bei einem leichten Unterdruck im Arbeitsraum und verschließt sich wieder ab einem leichten Überdruck.
Vorzugsweise weist der Hochtemperatur-Verbrennungsmotor ein Volumenverhältnis eines Volumens des Expansionsraums und des Arbeitsraums mit einem Wert von 1,1 bis 1,5 auf.
Ein Verfahren nach Anspruch 11 ist zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 1 bis 10 geeignet. Besonders geeignet ist ein Verfahren nach Anspruch 12 zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach Anspruch 4, und Verfahren nach den Ansprüchen 16 bis 18 zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach den Ansprüchen 6, 7 und 11.
Ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors weist die folgenden Verfahrensschritte auf:

1–2) adiabatische Kompression, wobei kaltes Arbeitsgas durch Anheben des Arbeitskolbens in dem Arbeitsraum verdichtet wird, während der Verdränger in einer oberen Position verbleibt;
2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator, wobei das Arbeitsgas durch Absenken des Verdrängers aus dem Arbeitsraum durch den im Bypass angeordneten Regenerator in den Expansionsraum geleitet und im Regenerator erwärmt wird;
3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung, wobei das erwärmte Arbeitsgas in dem Expansionsraum durch Verbrennung von Kraftstoff erhitzt wird;
4–5) adiabatische Expansion, wobei das erhitzte Arbeitsgas expandiert und der Verdränger und der Arbeitskolben gemeinsam abgesenkt werden;
5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator, wobei das erhitzte Arbeitsgas aus dem Expansionsraum durch den im Bypass angeordneten Regenerator geleitet, im Regenerator abgekühlt und nach außen abgeleitet wird; und
6–1) quasi isobare Wärmeabgabe und Zufuhr frischen Arbeitsgases, wobei weiterhin erhitztes Arbeitsgas durch Anheben des Verdrängers abgeleitet wird, während neues, kaltes Arbeitsgas, insbesondere Frischluft, angeleitet, d. h. zugeführt, wird. Eine Zufuhr von abgekühltem Arbeitsgas, d. h. von Abgas in den Arbeitsraum wird vermieden.

Vorzugsweise wird in den Verfahrensschritten 3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung und 4–5) Expansion des Arbeitsgases ein Druckausgleich zwischen dem Expansionsraum und dem Arbeitsraum über den oder die Strömungskanäle im Verdränger ausgeführt.
Vorzugsweise beträgt die maximale Endtemperatur des erhitzten Abgases 1500°C bis 1800°C. Diese Temperatur entsteht bei der Vermischung des erwärmten Arbeitsgases mit dem verbrannten Kraftstoff und wird durch die Einstellung der Kraftstoffzufuhr bestimmt.
Vorzugsweise wird im Regenerator ein sehr hohes Temperaturgefälle, nämlich von einer Temperatur von 800°C bis 1200°C am oberen Ende des Regenerators auf eine Temperatur von 70 bis 150°C am unteren Ende des Regenerators eingestellt. Zur Einstellung des Temperaturgefälles wird insbesondere die maximale Endtemperatur verändert, die, wie bereits erwähnt, durch die Verfahrensführung in Verfahrensschritt 6–1) und die Kraftstoffzufuhr bestimmt wird.
Das kalte Arbeitsgas wird im Verfahrensschritt 1–2) adiabatische Kompression auf einen Überdruck von 1 bis 4 bar, insbesondere 1,8 bis 2 bar verdichtet.
Das Verdichtungsverhältnis ε zwischen dem Volumen des angeleiteten, kalten Arbeitsgases, z. B. der Frischluft, und dem Volumen des verdichteten Arbeitsgases im Verfahrensschritt 1–2) wird vorzugsweise auf einen Wert zwischen 1,3 und 4 eingestellt. Ein kleines Verdichtungsverhältnis erhöht den Wirkungsgrad und verringert die mechanische Belastung der Bauteile, wodurch auch ein kleines Motorengewicht ermöglicht wird. Bevorzugt wird ein Verdichtungsverhältnis ε auf einen Wert zwischen 1,5 und 2,5 eingestellt. Ein kleineres Verdichtungsverhältnis des Hochtemperatur-Verbrennungsmotors führt z. B. gegenüber einem Ottomotor zu einer bis zu 50% niedrigeren Belastung der Bauteile, wie der Lager und der Kurbelwelle, und damit auch zur Minderung von Reibungsverlusten.
Vorzugsweise wird in dem Verfahrensschritt 2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator für das Arbeitsgas zumindest an äußeren Wärmetauscherflächen des Regenerators ein geringerer Strömungswiderstand im Regenerator eingestellt als in dem Verfahrensschritt 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator.
Vorzugsweise wird das erhitzte Arbeitsgas in den Verfahrensschritten 5–6) und 6–1) quasi isochore Wärmeabgabe und quasi isobare Wärmeabgabe mit Zufuhr frischen Arbeitsgases in dem Regenerator katalytisch behandelt.
Vorzugsweise wird in dem Verfahrensschritt 6–1) ein Volumenverhältnis zwischen einem Volumen V₆ des erhitzten Arbeitsgases im Expansionsraum 9 und einem Volumen V₁ des angeleiteten kalten Arbeitsgases im Arbeitsraum 10 auf einen Wert V₆/V₁ zwischen 1,1 bis 1,5 eingestellt.
Die Erfindung wird anhand eines in der Zeichnung schematisch dargestellten Beispiels weiter erläutert. Es zeigen:
1: einen Querschnitt eines Zylinders eines erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Verbrennungsmotors, wobei die Positionen eines Verdrängers und eines Arbeitskolbens den Positionen eines Verfahrensschritts 6–1) quasi isobare Wärmeabgabe und Zufuhr frischen Arbeitsgases entsprechen;
2: ein Detail A der 1;
3: ein Detail B der 2;
4: p, V-Diagramm (Druck p-Volumen V-Diagramm) für ein Verfahren zum Betreiben des erfindungsgemäßen Hochtemperatur-Verbrennungsmotors; und
5: die Stellungen eines Verdrängers und eines Arbeitskolbens in den verschiedenen Verfahrensschritten des in 4 dargestellten Verfahrens anhand einer weiter vereinfachten Darstellung.
Ein erfindungsgemäßer Hochtemperatur-Verbrennungsmotor ist als Zweitaktkolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet. Der Hochtemperatur-Verbrennungsmotor weist einen Zylinder mit einem Außenzylinder 1, einem Innenzylinder 2 und einem Regenerator 3 sowie eine Zufuhrvorrichtung für Brennstoff auf. Die Zufuhrvorrichtung für Brennstoff führt zu einer Decke 4 des Innenzylinders 2. Sie umfasst zumindest eine Glühkerze 5 und eine Einspritzdüse 6. Im Innenzylinder 2 sind übereinander ein Verdränger 7 und ein Arbeitskolben 8 angeordnet, wobei zwischen der Decke 4 des Innenzylinders 2 und dem Verdränger 7 ein Expansionsraum 9 im Innenzylinder 2 und zwischen dem Verdränger 7 und dem Arbeitskolben 8 ein Arbeitsraum 10 gebildet sind.
Der Regenerator 3 ist in einem Bypass zum Innenzylinder 2 angeordnet. Dazu ist der Regenerator 3 als ein sich um den Innenzylinder 2 ringförmig erstreckender Regeneratorzylinder ausgebildet. Der Regenerator 3 ist an seinem oberen Ende durch mindestens eine obere Bypassöffnung 11 im Innenzylinder 2 mit dem Innenraum des Innenzylinders 2 verbunden. Der Regenerator 3 ist an seinem unteren Ende durch mindestens eine untere verschließbare Bypassöffnung 12 im Innenzylinder 2 mit dem Innenraum des Innenzylinders 2 verbunden.
Der Regenerator 3 ist an seinem unteren Ende auch mit mindestens einer verschließbaren Auslassöffnung 13 verbunden, die an eine Auslassvorrichtung 14 angeschlossen ist. Unterhalb des Regenerators 3 ist mindestens eine verschließbare Einlassöffnung 15 vorgesehen.
Ein Volumenverhältnis des Volumens des Expansionsraums 9 und des Arbeitsraums 10 hat einen Wert von 1,1 bis 1,5, d. h. die Hubhöhe des Verdrängers 7 ist höher als die des Arbeitskolbens 8.
Der Verdränger 7 weist eine Höhe von 110 bis 120% seiner Hubhöhe auf. Der im oberen Bereich des Innenzylinders 2 angeordnete Regenerator 3 hat eine Höhe von 80 bis 95% der Höhe des Verdrängers 7. In diesem Beispiel schließen der Regenerator 3 und eine Mantelfläche des Innenzylinders 2 an ihrem oberen Ende auf gleicher Höhe miteinander ab. Die Decke 4 des Innenzylinders 2 erstreckt sich bis über den Regenerator 3 wobei zwischen der Decke 4 und der Mantelfläche des Innenzylinders 2 und zwischen der Decke und dem Regenerator die ringförmig verlaufende, obere Bypassöffnung 11 gebildet ist. Die Decke 4 ist mit einem Innenschild 16 aus isolierendem Material, z. B. aus technischer Keramik, versehen. Zwischen dem Innenschild 16 und der Decke 4 befindet sich ein mit dem Regenerator 6 verbundener Strömungsraum 17. Der Strömungsraum 17 mündet in einer mittigen Öffnung 18 in dem Innenschild 16, in die auch die Zündkerze 5 und die Einspritzdüse 6 der Brennstoffzufuhr münden.
Der Verdränger 7 schließt in seiner höchsten Position oben mit der Mantelfläche des Innenzylinders 2 und dem Regenerator 3 ab. Da der Verdränger 7 etwas länger ist als der Regenerator 3 ragt sein unterer Bereich bis unterhalb des unteren Endes des Regenerators 3. Die untere, verschließbare Bypassöffnung 12 befindet sich unterhalb des unteren Endes des Verdrängers 7 in seiner höchsten Position. Der Verdränger 7 ist an seinem unteren Ende, d. h. in seiner höchsten Position unterhalb des Endes des Regenerators 3, mit einem Dichtring 19 versehen.
Der Verdränger 7 weist mindestens einen verschließbaren Strömungskanal 20 auf, der den Arbeitsraum 10 mit dem Expansionsraum 9 verbindet. In diesem Beispiel sind die Strömungskanäle 20 kranzförmig angeordnet, wobei jeder Strömungskanal ausgehend von der Unterseite des Verdrängers 7 zunächst parallel zur Zylinderachse und anschließend senkrecht dazu verläuft und an der Mantelfläche des Innenzylinders 2 oberhalb des Dichtringes 19 austritt. Die Strömungskanäle 20 sind durch ein alle Strömungskanäle 20 gleichzeitig verschließendes Verdrängerventil 21 verschließbar. Das Verdrängerventil 21 ist durch den Arbeitskolben 8 zu öffnen. Der Zylinder des Hochtemperatur-Verbrennungsmotors weist eine Einrichtung zur Wärmeisolierung mit zwei aufeinander folgende Schichten 22, 23 mit unterschiedlichen Isolationsmaterialien auf. Die Einrichtung erstreckt sich zwischen dem Regenerator 3 und dem Mantel des Außenzylinders 1 sowie zwischen der Decke 4 des Innenzylinders 2 und der Decke des Außenzylinders 1. Diese aufeinander folgenden Schichten 22, 23 mit unterschiedlichen Isolationsmaterialien ermöglichen eine thermische Kaskadierung.
Der Außenzylinder 1 ist außen mit einem Schutzgitter 24 versehen. Außerdem sind an der Decke des Außenzylinders 1 im Bereich der Zündkerze 5 und der Einspritzdüse 6 einer oder mehrere Kühlkörper 25 angebracht.
Der Regenerator 3 weist parallel zur Zylinderachse 2 verlaufende, Wärmetauscherflächen bildende Bleche 26 auf. Seine Innenfläche und seine Außenfläche d. h. die zum Innenzylinder 2 hin angeordnete Innenfläche und die zur Einrichtung zur Wärmeisolierung hin angeordnete Außenfläche sind mit Strömungshindernissen 27 versehen. In diesem Beispiel sind die Strömungshindernisse 27 als Nasen ausgebildet, die einen unteren Schenkel 28 senkrecht zur Zylinderachse 2 und einen oberen Schenkel 29 schräg zur Zylinderachse 2 aufweisen. Die Bleche 26 sind in Richtung der Zylinderachse 2 unterteilt, so dass ringförmig ein im Querschnitt v-förmiger Zwischenraum zwischen oberen und unteren Blechen 26 frei bleibt. Die Wärmeleitung im Regenerator 3 wird durch den Zwischenraum unterbrochen.
Die Bleche 26 sind mit Katalysatormaterial beschichtet, so dass der Regenerator 3 auch als Katalysator ausgebildet ist. Die Anordnung der Bleche 26 bewirkt auch eine Schalldämpfung.
An seinem unteren Ende mündet der Regenerator 3 in einen Ringkanal 30, der sich unterhalb des Regenerators 3 entlang der äußeren Mantelfläche des Innenzylinders 2 erstreckt. Der Ringkanal 30 ist mit den unteren Bypassöffnungen 12 und den Auslassöffnungen 13 verbunden. Die unteren Bypassöffnungen 12 sind in der Mantelfläche des Innenzylinders 2 über den Umfang kranzförmig verteilt und auf einer Höhe angeordnet. Die Auslassöffnungen 13 befinden sich unterhalb der Bypassöffnungen 12 und münden in Abfuhrleitungen 31. Die Auslassöffnungen 13 und die Abfuhrleitungen 31 sind ebenfalls kranzförmig über den Umfang verteilt und auf gleicher Höhe angeordnet. Die Abfuhrleitungen 31 erstrecken sich senkrecht zur Zylinderachse 2 und münden in einem gemeinsamen Abfuhrringkanal 32, an den die Auslassvorrichtung 14 angeschlossen ist.
In dem Ringkanal 30 ist ein doppelt wirkendes Ringventil 33 angeordnet, das in einer ersten Stellung die unteren Bypassöffnungen 12 öffnet und die Auslassöffnungen 13 verschließt und in einer zweiten Stellung die unteren Bypassöffnungen 12 verschließt und die Auslassöffnungen 13 öffnet. Letztere Stellung ist in 1 dargestellt. Das Ringventil 33 ist durch einen ersten Dichtring 34 und einen zweiten Dichtring 35 in den beiden Stellungen abgedichtet.
Die Einlassöffnungen 15 sind kranzförmig in der Arbeitsfläche des Arbeitskolbens 8 angeordnet. Die Einlassöffnungen 15 sind durch ein Einlassventil 36 verschließbar. Der Arbeitskolben 8 ist durch Kolbenringe 37 zum Innenzylinder 2 abgedichtet.
Im unteren Bereich des Zylinders unterhalb des Innenzylinders 2 befindet sich ein in den Figuren nicht dargestellter Antrieb, der über ein Gestänge 38 mit dem Arbeitskolben 8 und über eine Verdrängerstange 39 mit dem Verdränger 7 verbunden ist. Es kann beispielsweise ein Winkelgetriebe nach dem Philipps-Prinzip vorgesehen sein, durch das eine erforderliche versetzte Bewegung des Verdrängers 7 gegenüber Arbeitskolben 8 ermöglicht wird.
Im Betrieb wird der Hochtemperatur-Verbrennungsmotor als Zweitakt-Kolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration betrieben.
Es werden folgende Verfahrensschritte durchgeführt:
1–2) adiabatische Kompression
Dabei wird das kalte Arbeitsgas, d. h. Frischluft, durch Anheben des Arbeitskolbens 8 in den Arbeitsraum 10 verdichtet, während der Verdränger 7 in seiner höchsten Position verbleibt. Das Ringventil 33 ist in seiner ersten Stellung, in der die unteren Bypassöffnungen 12 geöffnet und die Auslassöffnungen 13 verschlossen sind. Das Einlassventil 36 verschließt die Einlassöffnungen 15 und das Verdrängerventil 21 verschließt die Strömungskanäle 20.
2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator 3
Dabei wird das kalte Arbeitsgas durch Absenken des Verdrängers 7 aus dem Arbeitsraum 10 durch den Regenerator 3 in den Expansionsraum 9 geleitet und dabei erwärmt. Das Ringventil 33 ist in seiner ersten Stellung, das Einlassventil 36 verschließt die Einlassöffnungen 15 und das Verdrängerventil 21 verschließt die Strömungskanäle 20.
3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung
Das erwärmte Arbeitsgas wird in den Expansionsraum 9 durch Verbrennung von durch die Decke 4 zugeführten Kraftstoffes erhitzt. Das Verdrängerventil 21 ist geöffnet. Das Ringventil 33 ist in seiner ersten Stellung und das Einlassventil 36 verschließt die Einlassöffnungen 15. Die Öffnung des Verdrängerventils 21 erfolgt durch den Arbeitskolben 8.
4–5) adiabatische Expansion
Dabei expandiert das erhitzte Arbeitsgas, wodurch der Verdränger 7 und der Arbeitskolben 8 gemeinsam abgesenkt werden. Das Verdrängerventil 21 ist weiterhin geöffnet. Das Ringventil 33 ist in seiner ersten Stellung und das Einlassventil 36 verschließt die Einlassöffnungen 15.
5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator 3
Das erhitzte Arbeitsgas wird aus dem Expansionsraum 9 durch den Regenerator 3 geleitet, im Regenerator 3 abgekühlt und nach außen abgeleitet. Das doppelt wirkende Ringventil 33 ist in seiner zweiten Stellung, in der die unteren Bypassöffnungen 12 verschlossen und die Auslassöffnungen 13 geöffnet sind. Das Verdrängerventil 21 ist geschlossen und verschließt die Strömungskanäle 20. Das Einlassventil 36 verschließt die Einlassöffnungen 15. D. h. durch das Öffnen der Auslassöffnungen 13 strömt das erhitzte Arbeitsgas auf Grund des restlichen Überdrucks aus dem Expansionsraum 9 über den Regenerator 9 nach außen.
6–1) quasi isobare Wärmeabgabe und Zufuhr frischen Arbeitsgases
Es wird weiterhin Arbeitsgas, und zwar durch Anheben des Verdrängers 7 abgeleitet, während neues, kaltes Arbeitsgas, nämlich Frischluft, angeleitet wird. Dazu wird das Einlassventil 36 geöffnet und die Frischluft durch die Einlassöffnungen 15 in den Arbeitsraum 10 geführt. Die Öffnung des Einlassventils 36 erfolgt durch den abnehmenden Druck im Arbeitsraum 10 automatisch, wobei der abnehmende Druck durch das Anheben des Verdrängers 7 bewirkt wird. Das Ringventil 33 ist in seiner zweiten Stellung und das Verdrängerventil 21 ist geschlossen.
Das in den Verfahrensschritten 5–6) und 6–1) geschlossene Verdrängerventil 21 verhindert, dass erhitztes Arbeitsgas aus dem Expansionsraum 9 in den Arbeitsraum 10 gelangt. Erhitztes und im Regenerator 3 abgekühltes Arbeitsgas verlässt den Hochtemperatur-Verbrennungsmotor über die Auslassöffnungen 13 ohne in den Arbeitsraum 10 zu strömen. In den Arbeitsraum 10 wird nur Frischluft geführt, wobei die Frischluft gesteuert zugeführt wird.
Die Endtemperatur des erhitzten Arbeitsgases wird auf 1500°C bis 1800°C, z. B. 1800°C, und das Temperaturgefälle im Regenerator 3 von einer Temperatur von 800°C bis 1200°C, z. B. 1000°C, an seinem oberen Ende auf eine Temperatur von 70 bis 150°C, z. B. 100°C, an seinem unteren Ende eingestellt. Die Einstellung der maximalen Endtemperatur des Arbeitsgases erfolgt u. a. durch die Kraftstoffzufuhr. Wesentlich zur Beeinflussung der Endtemperatur ist auch der Beginn des Verfahrensschritts 5–6), und zwar der Zeitpunkt des Öffnens der Auslassöffnungen 13 durch das Ringventil 33. Schließlich wird die Endtemperatur auch durch das Volumenverhältnis zwischen dem Volumen des Expansionsraums 9 und dem Volumen des Arbeitsraums 10 mit dem Wert V₆/V₁ festgelegt.
Während der Verfahrensschritte 3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung und 4–5) adiabatische Expansion des Arbeitsgases wird durch Öffnen des Verdrängerventils 21 ein Druckausgleich zwischen dem Expansionsraum 9 und dem Arbeitsraum 10 durch die Strömungskanäle 20 ausgeführt.
Im Verfahrensschritt 1–2) adiabatische Kompression wird ein Verdichtungsverhältnis ε zwischen dem Volumen V₁ des angeleiteten Arbeitsgases, (d. h. der Frischluft) und dem Volumen V₂ des verdichteten Arbeitsgases jeweils im Arbeitsraum 10 auf einen Wert zwischen 1 und 4, insbesondere 1,3 und 2,5, z. B. 1,5 eingestellt.
Im Verfahrensschritt 2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator 3 wird für das Arbeitsgas an äußeren und inneren Wärmetauscherflächen, d. h. an den inneren und äußeren Blechen 26, des Regenerators 3 ein geringerer Strömungswiderstand im Regenerator 3 eingestellt als in dem Verfahrensschritt 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe des Arbeitsgases an dem Regenerator 3. Der Strömungswiderstand des Arbeitsgases an den äußeren und inneren Wärmetauscherflächen ist beim Durchströmen des Regenerators 3 von unten nach oben im Verfahrensschritt 2–3) geringer als beim Durchströmen des Regenerators 3 von oben nach unten in den Verfahrensschritten 5–6) und 6–1), in dem durch die Strömungshindernisse 27 turbulente Strömungen im Arbeitsgas erzeugt werden. Während des Verfahrenschritts 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator 3 wird das Abgas im Regenerator 3 katalytisch behandelt.
Im Verfahrensschritt 6–1) quasi isobare Wärmeabgabe und Zufuhr frischen Arbeitsgases wird ein Volumenverhältnis v zwischen einem Volumen V₆ des erhitzten Arbeitsgases im Expansionsraum 9 und einem Volumen V₁ des angeleiteten kalten Arbeitsgases im Arbeitsraum 10 auf einen Wert zwischen V₆/V₁ 1,1 bis 1,5 eingestellt.

1: Außenzylinder
2: Innenzylinder/Mantelfläche
3: Regenerator
4: Decke
5: Zündkerze
6: Einspritzdüse
7: Verdränger
8: Arbeitskolben
9: Expansionsraum
10: Arbeitsraum
11: Obere Bypassöffnung
12: Untere Bypassöffnung
13: Auslassöffnung
14: Auslassvorrichtung
15: Einlassöffnung
16: Innenschild
17: Strömungsraum Decke
18: Öffnung (Innenschild)
19: Dichtring (Verdränger)
20: Strömungskanal (Verdränger)
21: Verdrängerventil
22: Schicht
23: Schicht
24: Schutzgitter
25: Kühlkörper
26: Bleche
27: Strömungshindernis
28: Schenkel
29: Schenkel
30: Ringkanal
31: Abfuhrleitungen
32: Abfuhrringkanal
33: Ringventil
34: Dichtring
35: Dichtring
36: Einlassventil
37: Kolbenring
38: Gestänge
39: Verdrängerstange

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

- DE 69512189 T2 [0003]
- DE 10297461 T5 [0004]

Zitierte Nicht-Patentliteratur

- DE-Veröffentlichung Stirling-Maschinen-Technik, Fritz Steimle (Hrsg.), C. F. Müller Verlag, 1996 [0002]

Claims

Hochtemperatur-Verbrennungsmotor, der als Zweitakt-Kolbenmotor mit innerer Kraftstoffverbrennung und mit thermischer Regeneration ausgebildet ist, mit mindestens einem Zylinder, der einen Innenzylinder (2) und einen Regenerator (3) aufweist, und mit einer durch eine Decke (4) des Innenzylinders (2) führenden Zufuhrvorrichtung für Brennstoff, wobei in dem Innenzylinder (2) übereinander ein Verdränger (7) und ein Arbeitskolben (8) beweglich angeordnet sind und ein Expansionsraum (9) zwischen der Decke (4) des Innenzylinders (2) und dem Verdränger (7) und ein Arbeitsraum (10) zwischen dem Verdränger (7) und dem Arbeitskolben (8) gebildet sind, wobei der Regenerator (3) in einem Bypass zum Innenzylinder (2) angeordnet ist und als ein im oberen Bereich des Innenzylinders (2), um den Innenzylinder (2) ringförmig angeordneter Regeneratorzylinder ausgebildet ist, wobei der Verdränger (7) eine Höhe größer als seine Hubhöhe und der Regenerator (3) eine Höhe kleiner als oder gleich wie die Höhe des Verdrängers (7) aufweist, wobei der Regenerator (3) mit dem Innenzylinder (2) durch mindestens eine obere Bypassöffnung (11) im Innenzylinder (2) am oberen Ende der Regenerators (3) und durch mindestens eine verschließbare, untere Bypassöffnung (12) im Innenzylinder (2) am unteren Ende des Regenerators (3) verbunden ist, und wobei unterhalb des Regenerators (3) mindestens eine mit dem Regenerator (3) verbundene, verschließbare Auslassöffnung (13) und mindestens eine mit dem Arbeitsraum (10) verbundene, verschließbare Einlassöffnung (15) vorgesehen sind.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger (7) eine Höhe von 105 bis 130%, insbesondere 110 bis 120%, der Hubhöhe des Arbeitskolbens aufweist.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerator (3) eine Höhe von 80 bis 95% der Höhe des Verdrängers (7) aufweist.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Verdränger (7) mindestens einen verschließbaren Strömungskanal (20) aufweist, der den Arbeitsraum (8) mit dem Expansionsraum (9) verbindet.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Regenerator (3) und einem Außenzylinder (1) eine Einrichtung zur Wärmeisolierung mit mindesten zwei aufeinander folgenden Schichten (22, 23) mit unterschiedlichen Isolationsmaterialien angeordnet ist.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerator (3) zumindest mit Strömungshindernissen (27) versehene Außenflächen aufweist, die in eine das Arbeitsgas abkühlende Strömungsrichtung von oben nach unten einen größeren Strömungswiderstand bilden als in umgekehrter Strömungsrichtung.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerator (3) als Katalysator ausgebildet ist.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Regenerator (3) an seinem unteren Ende in einen Ringkanal (30) mündet, der sowohl mit den unteren Bypassöffnungen (12) als auch mit den Auslassöffnungen (13) verbunden ist, und dass im Ringkanal (30) ein doppelt wirkendes Ringventil (33) angeordnet ist, das in einer ersten Stellung die unteren Bypassöffnungen (12) öffnet und die Auslassöffnungen (13) verschließt und in einer zweiten Stellung die unteren Bypassöffnungen (12) verschließt und die Auslassöffnungen (13) öffnet.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Einlassöffnung (15) in einer Arbeitsfläche des Arbeitskolbens (8) vorgesehen ist, wobei die Einlassöffnung (15) oder die Einlassöffnungen (15) durch ein als Rückschlagventil in der Arbeitsfläche ausgebildetes Einlassventil (36) verschließbar sind.
Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach einem der Ansprüche 1 bis 9, gekennzeichnet durch ein Volumenverhältnis eines Volumens des Expansionsraums (9) und eines Volumens des Arbeitsraums (10) mit einem Wert (V₆/V₁) von 1,1 bis 1,5.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der vorangegangenen Ansprüchen, mit den Verfahrensschritten: 1–2) adiabatische Kompression, wobei kaltes Arbeitsgas durch Anheben des Arbeitskolbens (8) in dem Arbeitsraum (10) verdichtet, während der Verdränger (7) in einer oberer Position verbleibt; 2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator (3), wobei das Arbeitsgas durch Absenken des Verdrängers (7) aus dem Arbeitsraum (10) durch den im Bypass angeordneten Regenerator (3) in den Expansionsraum (9) geleitet und im Regenerator (3) erwärmt wird; 3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung, wobei das erwärmte Arbeitsgas in dem Expansionsraum (9) durch Verbrennung von Kraftstoff erhitzt wird, 4–5) adiabatische Expansion, wobei das erhitzte Arbeitsgas expandiert und der Verdränger (7) und der Arbeitskolben (8) gemeinsam abgesenkt werden, 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator (3), wobei das erhitzte Arbeitsgas durch Anheben des Verdrängers (7) aus dem Expansionsraum (9) durch den im Bypass angeordneten Regenerator (3) geleitet, im Regenerator (3) abgekühlt und nach außen abgeleitet wird, und 6–1) quasi isobare Wärmeabgabe, wobei weiterhin erhitztes Arbeitsgas durch Anheben des Verdrängers (7) abgeleitet wird, während frisches, kaltes Arbeitsgas angeleitet wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach Anspruch 11, wobei in den Verfahrensschritten 3–4) isochore Wärmezufuhr durch Kraftstoffverbrennung und 4–5) adiabatische Expansion des Arbeitsgases ein Druckausgleich zwischen dem Expansionsraum (9) und dem Arbeitsraum (10) durch den oder die Strömungskanäle (20) im Verdränger (7) ausgeführt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotor nach Anspruch 11 oder 12, wobei eine Endtemperatur des erhitzten Arbeitsgases 1500°C bis 1800°C beträgt.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 11 bis 13, wobei im Regenerator (3) ein Temperaturgefälle von einer Temperatur von 800°C bis 1200°C am oberen Ende des Regenerators (3) auf eine Temperatur von 70°C bis 150°C am unteren Ende des Regenerators (3) eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 11 bis 14, wobei in dem Verfahrenschritt 1–2) adiabatische Kompression ein Verdichtungsverhältnis ε zwischen dem Volumen (V₁) des angeleiteten, kalten Arbeitsgases und dem Volumen (V₂) des verdichteten Arbeitsgases auf einen Wert zwischen 1,3 und 4, insbesondere zwischen 1,5 und 2,5 eingestellt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 11 bis 15, wobei in dem Verfahrenschritt 2–3) isochore Wärmezufuhr aus dem Regenerator (3) für das Arbeitsgas zumindest an äußeren Wärmetauscherflächen des Regenerators (3) ein geringerer Strömungswiderstand im Regenerator (3) eingestellt wird als in dem Verfahrensschritt 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an den Regenerator (3).
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 11 bis 16, wobei in dem Verfahrenschritt 5–6) quasi isochore Wärmeabgabe an dem Regenerator (3) das Abgas katalytisch behandelt wird.
Verfahren zum Betreiben eines Hochtemperatur-Verbrennungsmotors nach einem der Ansprüche 11 bis 17, wobei in dem Verfahrensschritt 6–1) quasi isobare Wärmeabgabe ein Volumenverhältnis v zwischen einem Volumen (V₆) des erhitzten Arbeitsgases und dem Volumen (V₁) des angeleiteten, kalten Arbeitsgases auf einen Wert (V₆/V₁) zwischen 1,1 bis 1,5 eingestellt wird.