DE102007033909A1

DE102007033909A1 - PLV-Triebwerk

Info

Publication number: DE102007033909A1
Application number: DE102007033909A
Authority: DE
Original assignee: Wenz, Heinz
Current assignee: WENZ, HEINZ V., PROF., DE
Priority date: 2007-06-15
Filing date: 2007-07-20
Publication date: 2009-02-12

Abstract

Erster unabhängiger Patentanspruch
1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator.
PLV-Triebwerk bestehend aus einem klassischen Kurbeltrieb mit Pleuel-Stange und Kurbelwelle, ist dadurch gekennzeichnet, dass die klassische Pleuel-Stangenlänge durch einen Pleuel-Längen-Variator – ohne Veränderung der Kolbenzapfen-Position (KZ) mit Kolbenboden, auf der Zylinderachse – verlängert wird, so dass die Pleuel-Stangenkraft (F_ST) vom oberen Totpunkt (OT)
a) bei einem PLV-Kurbeltrieb zum Tangentenpunkt TP, und
b) bei einem PLV-Motor zum verlagerten oberen Totpunkt (OT') auf dem Kurbelkreis, in die Nähe vor dem Tangentenpunkt (TP) „Pleuel-Stange mit Kurbelkreis", gelegt wird. Dadurch wird die ursprüngliche Tangentialkraft F_T bei OT am Tangentenpunkt (TP) zu F_Tmax', womit ein erheblich größeres Drehmoment auskoppelbar wird.
Analog wird dieses Prinzip mit den Varianten A und B auch bei der Kompression angewendet.
Die Verlängerung wird von TP–UT' bis OT wieder zurückgestellt.

Description

1. Technisches Gebiet auf das sich die Erfindung bezieht
Die Erfindung des PLV-Triebwerks bezieht sich auf 4-/8-Takt-Hubkolben-Motoren, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen, Hubkolben-Feldkraftmaschinen und Kurbeltriebe, alle zur effizienten Wandlung von Kraft in Drehmoment und umgekehrt.
Die Erfindung enthält 5 Gruppen von Erfindungen, die untereinander verbunden sind, so dass sie eine allgemeine erfinderische Idee verwirklichen.

1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator (PLV). Thema: Verlagerung der Pleuel-Stangenkraft FST von OT nach OT'
2. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess. Thema: Verlagerung des thermodynamischen Kreisprozesses von OT nach OT' etc.
3. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe. Thema: Pleuel-Längen-Variator Bewegung bei KW-Umlauf. Verlängerung/Verkürzung der klassischen Pleuel-Stange durch einen Planeten-Arm mit dessen Richtungs-Variation.
4. PLV-Triebwerk bestehend aus einer Exzentersteuerung. Thema: Steuerung der Planeten-Arm-Länge (Längen-Variation) mit einem Exzentertriebwerk zur Anpassung an den Prozess.
5. PLV-Triebwerk bestehend aus einem kinematischen Pleuel-Längen-Variator Thema: Direkte Verlängerung/Verkürzung durch verschiedene mögliche Steuerungen.
6. PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen. Thema: Anwendung des PLV-Triebwerks in 4-/8-Takt-Hubkolben-Motoren, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen, Hubkolben-Feldkraftmaschinen und PLV-Kurbeltrieben, alle zur effizienten Wandlung von Kraft in Drehmoment und umgekehrt. Herstellungsmöglichkeiten.

3. Die Erfindung: Das PLV-Triebwerk
Anwendung eines neuartigen Kurbeltrieb-Konzeptes, d. h. eines neuartigen Triebwerkes, als ein Kurbelwellen-Systems mit einer Kurbelwelle (KW), einer Variatorwelle (VW = 2ter Kurbeltrieb) mit Planeten-Arm A (Steg), einem Umlaufgetriebe U₁ (Quasi-Planetengetriebe) und bei Expansion der Verlagerung des maximalen Verbrennungsdrucks p_max und der Stangenkraft F_St zum Tangentenpunkt (TP) Pleuel-Kurbelradius – bei konstanter Kolbenposition in OT.
Hinzu kommt eine dynamische Differenz-Steuerung für Zeit und Hub des Kolbens durch die Quasi-Planetengetriebe U₁ (Richtung von A) und U₂ (Länge von A), erfindungsgemäß als Pleuellängen-Variator (PVL) definiert. Diese Erfindung ist anwendbar bei Hubkolben-Verbrennungs-Maschinen, Hubkolben-Kompressoren, Hubkolben-Pumpen und anderen PLV-Kurbelwellen-Systemen sowie bei der Feldkraftmaschine.
Auch die Kompression/Verdichtung wird in neuartiger Weise gesteuert.
Das PLV-Triebwerk lässt sich als neuartiger PLV-Kurbeltrieb und als neuartiger PLV-Motor anwenden.
3. Einschlägiger Stand der Technik:
Klassische Hubkolben-Maschinen
Klassische Hubkolben-Motoren arbeiten mit einem Arbeitsverfahren von 4 bzw. 2 Takten: Ansaugen – Verdichten – Verbrennen – Ausstoßen. Hierbei werden seit Beginn der Motoren-Entwicklung im klassischen Hubkolben-Motor keine neuartigen kinematischen/tribologischen Prinzipien angewendet (außer Kreiskolben-Motor und zwischen 1920–1930 kurbelwellenlose Motor-Konzepte).
1a: Klassischer Kurbeltrieb
Ergänzt wurde das Hubkolben-Motor-Konzept durch Turbolader Kompressor, Luftkühler, Intercooler, variable Ventilsteuerung und variable Hubsteuerung der Ventile und des Kolbenhubs (z. B. Knickpleuel) zur Steuerung des thermodynamischen Prozesses der Maschine.
Definition Triebwerk:
Der Begriff „Triebwerk" ist ein Klassenbegriff für Kurbeltrieb und Motor etc.:

[21] „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt."
[24] „Triebwerk 1 (Tech) Antriebsvorrichtung, 2 (Flugw.) 2.1 Motor mit Propeller, 2.2 Vorrichtung zum Erzeugen eines rückwärts gerichteten Luft- o. Gasstrahls"
[25] Triebwerk: „Maschine, Motor, Kraftquelle"

Energiebilanz
In der Energiebilanz wird der Kurbeltrieb innerhalb der Systemgrenze definiert (1c) – der Wirkungsgrad beträgt beim Ottomotor ca. 34%, beim Dieselmotor ca. 43%.
Die Ursache des schlechten Wirkungsgrades liegt im Kurbeltrieb, also bei der Effizienz der Wandlung von Kraft in ein Drehmoment.

[9] Thermodynamische Obergrenze, Carnot'scher Wirkungsgrad OM = 65%, DM = 73%.
[4] S. 47: „Zur Darstellung einer Energiebilanz definiert man eine Systemgrenze und betrachtet die über diese Grenze fließenden Stoff- und Energieströme."

1c: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung
PLV-Trieb versus Kurbeltrieb (KT)

[4] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor:

S. 23 Kap. 3.5 Wirkungsgrad

100% Kraftstoffenergie
28,5% Nutzleistung
61,7% Thermische Verluste
9,8% Schleppleistung = Reibleistung
9,8% = 100% Schleppleistung = Reibleistung
11% Kurbelwelle
9% Kolbenringe
7,5% Kolben
7,0% Pleuel
65,5% Gaswechsel und Hilfsaggregate

Die Aufteilung erfolgt in innerer, effektiver und mechanischer Wirkungsgrad. Betrachtet man die Motorleistung P des Motorprozesses und die zugeführte Kraftstoffenergie pro Zeiteinheit, so lässt sich der Wirkungsgrad η formulieren:
Kritische Bemerkung von H. Wenz:

1. Es wird von Motorleistung P am Ausgang nach dem KT gesprochen, ohne Berücksichtigung des Wandlungswirkungsgrades η_KT des KT, d. h. die Leistung P wird nicht kritisch bezüglich der Ursachen der Wandlungs-Verluste in Frage gestellt. Die Wandlungswirkungsgrade (Wandlung des Gasdruckverlaufs in ein Drehmoment) sind unterschiedlich in den verschiedenen Wandlern wie Kurbeltrieb, Kurvenbahn (Sinus), Kurvenscheiben (mit der Form (Lemiskate) der Erhebung kann man – in Grenzen – das Bewegungsgesetz für die Kolben variieren), Schiefscheiben oder Schrägscheiben (ungünstige tribologische Verhältnisse bei der Kraftübertragung), Taumelscheibe, Kurbelschlaufen (schwenkbares Pleuel), PLV-Triebwerk.
2. Der schlechte KT-Wandlungs-Wirkungsgrad steckt in den 61,7% thermische Verluste: Großer Wärmeanteil bei p_max kann nicht in Arbeit umgesetzt werden, weil p_max phasenverschoben bzw. asynchron zu TP mit F_Tmax ist; ein großer Druckanteil geht deshalb auf die Kurbelwellenlager. Beim PLV-Triebwerk wird vornehmlich dieser Verlustanteil positiv verändert.

S. 18 Kap. 3.4 Drehmoment und Leistung
Die Leistung an einem Betriebspunkt des Motors errechnet sich aus Drehmoment und Drehzahl. Pe = Md·ω = Md·2·π·n
Eine Leistungssteigerung kann nach dieser Gleichung durch Steigerung der Drehzahl oder des Drehmomentes realisiert werden. Beiden sind Grenzen gesetzt (Kap. 3.3).
S. 17 Kap. 3.3 Drehzahl und Kolbengeschwindigkeit
Motoren mit innerer Gemischbildung.
Mit ansteigender Kolbengeschwindigkeit steigen

– Massenkräfte
– Verschleiß
– Strömungswiderstände
– Reibleistung
– Geräusch

Bei DM und OM mit Direkteinspritzung ist die Drehzahl auch durch die zur Gemischbildung erforderliche Zeit begrenzt. Der DM hat deshalb eine deutlich niedrigere Höchstdrehzahl.
Bemerkung von H. Wenz:
Beim PLV-Triebwerk ist das Drehmoment wesentlich höher als beim KT, d. h. bei gleicher Leistung kann die Drehzahl fallen. Mit fallender Kolbengeschwindigkeit fallen auch Massenkräfte, Verschleiß, Strömungsverluste, Reibleistung, Geräusch.
Außerdem beeinflusst dies positiv den Wirkungsgrad durch zeitlich längeres Ansaugen, Verdichten, die Verbrennen und Ausstoßen.
Es gibt einen optimalen Betriebs-Wirkungsgrad.
Der klassische Arbeitsprozeß (p,V-Diagramm bei Otto – Diesel – Wankel – etc.) entspricht einem alten Paradigma!
1c: Idealer Gleichraumprozess, p,V-Diagramm, Tatsächliches p,V-Diagramm
5. Vorteilhafte Wirkung der Erfindung:
Neues Paradigma in der Motoren-, Kompressoren-, Pumpen-, Kurbeltriebe, Feldkraftmaschinen-Konzeption durch Einführung eines neuartigen Arbeitsverfahrens und -prozesses mittels des PLV-Triebwerkes:

1. Neuartiges Arbeitsverfahren: 8-/4-Takt-Motor-Prinzip.
2. Neuartiger Arbeitsprozeß: Erhebliche Verbrauchs-Reduktionsfaktor bei Motoren und erhebliche Emissions-Reduktion auf << 120 g CO₂/km bei gleicher Leistung oder Drehmoment- und Leistungs-Zunahme.

Lösung:
PLV-Triebwerk „Kurbeltrieb"
Bei konstanter Kolbenposition in OT wird die Pleuel-Stangenkraft F_St nach OT' verlagert, so dass die Pleuel-Stangenkraft F_St' am Tangentenpunkt TP mit Maximaldruck p_max' eine wesentlich größere Tangentialkraft F_Tmax' generiert, wodurch ein wesentlich größeres Drehmoment auskoppelbar wird wird.
Folge: Wesentlich größerer mechanischer Wirkungsgrad.
1. PLV-Triebwerk „Motor"
Expansion:
Bei konstanter Kolbenposition in OT wird bei Expansion der thermodynamische Prozess mit dem Verbrennungsanfang V_A nach OT' verlagert, so dass am Tangentenpunkt TP p_max' mit F_Tmax' zur Wirkung kommt.
Kompression:
Bei der Kompression gibt es zwei wesentliche Prinzipien A, A⁺ und B:
Prinzip A:
Die Kompression beginnt bei UT = 180°KW mit UT_VW und endet bei TP (ca. 280°KW), d. h. die Kompressionszeit ist kurz, weil sich der HZ von 180°KW bis 28°KW dreht. Dabei erhitzt sich das Gemisch und kann von TP bis OT' abkühlen, womit der Druck sinkt. Prinzip A⁺ nutzt zur Anpassung der Planetenarmlänge A von UT' nach TP eine Exzenterverstellung.
Prinzip B:
Die Kompression beginnt bei UT = 180°KW mit UT_VW und endet in der ersten Stufe bei OT, um dann weiter zu verdichten bis OT' (ca. 70°KW), d. h. das Verdichtungsziel ist näherungsweise adiabatischer Ablauf, weil die Kompressionszeit lange dauert.
Variation des Bewegungsgesetztes des Kolbens
Durch eine neuartige dynamisch steuerbare PLV-Bewegung des Kolbens kann seine Position während des Prozessablaufes variiert werden.
Weitere besondere Wirkungen, wie z. B. größerer Hub durch Variation der Planetenarm-Richtung A mit implizitem Kompressor, etc., werden nachfolgend erläutert.
Folge: Wesentlich besserer thermodynamischer Wirkungsgrad des Gesamtsystems. Drehmoment/Leistungserhöhung oder Verbrauchsreduktion mit Gesamt-Faktor aus mech. (= ca. 2,6 bis 6,8) + therm. + energ. Verbesserung durch neuartiges Arbeitsverfahren Prinzip 8-Takt-Motor (oder 4-Takt statt 2-Takt-Motor) plus neuartiger Arbeitsprozess mit Verbesserung und Steuerung des thermodynamischen Prozesses.
Fazit:
Das neuartige Triebwerk erlaubt bei Expansion die Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades der Umwandlung von oszillierender in rotierende Bewegung durch die Verlagerung der Stangenkraft an den Tangentenpunkt TP und des thermischen und energetischen Wirkungsgrades durch Verlagerung des Prozessbeginns Richtung Tangentenpunkt TP.

1. Der Energieerhaltungssatz gilt uneingeschränkt! Beweis: a) durch Separierung des thermodynamischen Prozess vom Kraft-Drehmoment-Wandler (Triebwerk) und b) durch Verlagerung des thermodyn. Prozesses von OT nach OT':

1c: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung (vgl. [4] S. 47)
Die klassische Energiebilanz für Motoren positioniert den Kurbeltrieb innerhalb der Systemgrenze Motor – es ist jedoch eine getrennte Betrachtung durchzuführen zwischen Motor innerhalb der Systemgrenze und Triebwerk (= Kraft/Drehmoment-Wandler) außerhalb der Systemgrenze, um die Archillesferse des Motors, sein Wandlungs-Wirkungsgrad, aufzeigen zu können:
Mechanische Wirkung
Die Leistung ist gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit (P = M·ω).
Die Treibstoffenergie E_K bezieht sich auf 100% (99,9%) Treibstoffverbrauch bei einer bestimmten Drehzahl n.
Wenn durch das PLV-Triebwerk das Drehmoment durch die mech. Verlagerung erhöht werden kann um den Faktor x, so kann die Drehzahl gleichermaßen um den Faktor x sinken – bei gleicher Leistung.
Demzufolge sinkt der Treibstoffverbrauch mit dem Faktor x pro Zeiteinheit.
Thermodynamische Wirkungsgraderhöhung:

a) Durch die Verlagerung des Prozesses von OT nach OT', d. h. der Verbrennungsanfang V_A beginnt nicht vor OT, sondern nach OT bei OT',
a. die Kompression erfolgt bei Prinzip B über ca. 250°KW, d. h. ca. 1,4 mal langsamer pro Zeiteinheit als der klassische KT – in dieser Zeit kann sich das komprimierte Gemisch weiter abkühlen und länger gekühlt werden,
b. der Motor läuft mit Faktor x kleinerer Drehzahl; das kältere Gemisch kann höher verdichtet werden,
c. die mit Faktor x kleinere Drehzahl hat erhebliche thermodynamische Auswirkungen,
d. der Druckverlust Δp bei Hub-Beginn ab OT' und bei gleichzeitigem Druckaufbau p_VA nach Verbrennungsbeginn ab OT', soll im Gleichgewicht stehen bis ab diesem Gleichgewichtspunkt nur ein Drucküberschuss die Tangentialkraft auf die KW erzeugt; diese differenzielle Kolben-Hub-Funktion wird durch die Exzenterstellung mit der Planetenarmlänge A relativ zur Hubzapfen-Position geregelt.

Experimente:

1.1 Klassischer Prozess mit Experiment 1: Thermodynamische Kraft-Weg-Kennlinie (Arbeit)
– Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden.
– Kolbenkraft auf Druckfeder geben, Federkennlinie (Linear, Kraft x Weg) bekannt, oder 2 abstoßende Elektromagnete, Kraft-Weg Kennlinie (quadratisch) Vektorpotential) bekannt.
– p,V-Diagramm ermitteln
1.2 Experiment 2: Klassischer Prozess: Thermodynamische Arbeit „Kraft x Weg" plus klassischer Kurbeltrieb
– Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden
– Kolbenkraft in klassischen Kurbeltrieb einleiten
– p,V-Diagramm ermitteln
– Tangentialkraft-Drehmoment-Funktion mit Kurbelwinkel φ feststellen.
1.3 Experiment 3: PLV-Prozess: Bei konstanter Kolbenposition in OT und verlagertem Pleuel an die Tangente mit dem Kurbelkreis (verlagerte Stangenkraft F_ST/Tangentialkraft F_T), sowie verlagertem thermodynamischem Prozess, erzeugte Kraft-Weg Kennlinie bei Expansion ermitteln.
– Zylinder mit Kolben und Gemisch zünden
– Kolbenkraft in neuartiges Triebwerk einleiten
– Tangentialkraft-Drehmoment-Funktion mit Kurbelwinkel φ feststellen → p,F_T,φ-Diagramm. Ergebnis der Experimente: Beweisbar durch die o. g. Experimente und der neuen Systemgrenze wird die Richtigkeit der Wandlungs-Wirkungsgraderhöhung des PLV-Triebwerks gezeigt. Genau deshalb wird der Energieerhaltungssatz beim PLV-Prozess nicht verletzt. Der mechanische und thermische Wirkungsgrad wird, wegen des neuartigen PLV-Triebwerks, erheblich verbessert.

2. In der vorliegenden Erfindung geht es zuerst nur um den Wirkungsgrad der Umwandlung chemischer, oszillierender Translations-Arbeit des Kolbens in mechanische Rotations-Arbeit. Der p,V-Prozess soll zunächst 1:1 an eine Stelle mit größerer Tangentialkraft F_T' verlagert werden.
3. Arbeit W ist Kraft x Weg, d. h. W = F·s; s = Hub. W ist über den Hub – in Abhängigkeit der Tangentialkraft – im p,F_T,V-Diagramm zu integrieren.
4. Im Potentialfeld (konservatives System) ist
5. Die Nutz-Arbeit beim klassischen Kurbeltrieb ist

W₁

= Nutz-Arbeit = Expansions-Weg bei Verbrennung

W₂

= W₂ beinhaltet Ansaugen, Verdichten + Teilverbrennung und Ausstoßen des Restgases.

Der Rücklauf-Weg W₂ hat außerdem eine erhebliche Verbrennungs-Verlust-Arbeit, weil die Zündung die Verbrennung schon vor OT einleitet und dem Schwungmoment ein Gegendruck entgegensetzt. Deshalb ist << W.
6. Die Nutz-Arbeit beim PLV-Kurbeltrieb ist
Dissipatives System:

W₁

= volle Nutz-Arbeit = Expansions-Weg

W₂

= beinhaltet Ansaugen, Verdichten und Ausstoßen des Restgases.

Die negative Verdichtungsarbeit wird besonders zu beleuchten sein, weil sie die Energiebilanz stark beeinflusst (wie viel wird von der durch die Verlagerung gewonnenen Expansions Arbeit wieder durch die Kompression vernichtet?). Der Rücklauf-Weg W₂ hat außerdem vor OT keine Verlust-Arbeit aus negativ wirkendem Verbrennungsdruck, weil die Zündung die Verbrennung beim PLV erst nach OT und vor OT' eingeleitet wird und dem Schwungmoment kein Gegendruck entgegensetzt.

W₂

= Rücklauf-Weg mit geringer Verlust-Arbeit aus negativ wirkendem Verbrennungsdruck, weil die Zündung vor OT' und die Verbrennung mit Erzeugung von Arbeit ab OT', erfolgt, d. h. – W₂ → 0; deshalb >> W.
7. Drehmoment M ist Tangentialkraft x Kurbelradius, d. h. M = F_T·R_KW; d. h. wenn die Stangenkraft F_St (siehe Gasdruckkurve mit Z, V_A, p_max, V_E) über den Hubzapfen HZ auf die Kurbelwelle wirkt, so ist die maximale Stangenkraft F_ST' mit p_max' und F_T' für die Verstärkung von M entscheidend!
Parameter: Drehmoment M, Kraft F_T', Weg s, Leistung P, Winkelgeschwindigkeit ω Grundsätzlich wird ein p,F_T',φ,-Diagramm benötigt. Es geht um die Analyse des effektiven Drehmomentverlaufs – relativ zum Kurbelwinkel φ und der eingeleiteten Tangentialkraft F_T' (die Phasenverschiebung zwischen p_max und F_Tmax' soll dargestellt werden).
8. Der Hub dieses neuartigen PLV-Triebwerkes ist bei gleichem Kurbelwellenradius ca. 1,4 fach so hoch (plus ΔL der Exzenterverstellung) wie bei einem klassischen Kurbeltrieb. Folge:
a) Beim Ansaugen und Verdichten wird mehr Luftvolumen in den Prozess gebracht.
b) Bei Expansion wandert der Arbeitspunkt 4 im p,V-Diagramm ein Stück in Richtung Punkt 5, womit mehr thermische Restenergie ausgenutzt wird.

Es ist darauf zu achten, dass bei Expansion die Transformation der Arbeit (Arbeit = Kraft x Weg im tatsächlichen p,V-Diagramm) zu einem anderen Betriebspunkt (TP) die Arbeit gleich bleibt oder größer wird – sie wird beim PLV-Prozess größer:
Deshalb ist folgende Bedingung zur Verlagerung des Expansions-Prozesses sehr wichtig: KP = –(p,VVA→OT) + [(p,VOT→pmax + p,Vpmax→VE) + < (p,VVE→UT)] TP = +(p,VVA→OT) + [(p,VOT→pmax + p,Vpmax→VE) + > (p,VVE→UT)]
Der Ausdruck (p,V_OT→pmax + p,V_pmax→VE) bleibt bei der Transformation invariant. Legende: KP: klassischer Prozess, TP: transklassischer Prozess
rot = negativ, blau = konstant, orange = klein, grün = positiv vergrößert
Ohne Änderung des Energieeinsatzes (Gemischmenge) erzeugt bei Expansion die Gaskraft auf den Kolben mit der Kolbenkraft F_K, bei gleicher Stangenkraft F_ST mit gleichem Weg s = Kurbelradius (Arbeit = Kraft × Weg, gleiches tatsächliches p,V-Diagramm), die gleiche Arbeit; die Änderung durch das PLV-Triebwerk wird erst im p,F_T,V-Diagramm sichtbar.
Das PLV-Triebwerk ermöglicht im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb: Basis: Erfindung des PLV-Triebwerkes als ein Kurbelwellen-System mit Kurbelwelle (KW) + Variatorwelle (VW), Umlaufgetriebe, (Planetengetriebe), definiert als Pleuellängen-Variator (PLV), zum Einsatz für Motoren/-Kompressoren/-Pumpen, Kurbeltriebe und Feldkraftmaschinen.
Vorteile des PLV-Triebwerkes gegenüber klassischem Hubkolben-Motor: Mechanisch ca. 2,6 bis 6,8 faches Drehmoment/Leistung bei HCCI-Dieselmotor bis Ottomotor, oder entsprechende Reduktion des Verbrauchs – zuzüglich thermodynamische und energetische Effekte gegenüber einer vergleichbaren klassischen Kurbelwellen-Hubkolben-Maschine.
5. Zu lösende technische Aufgabe
Neuartiges PLV-Triebwerk = Kurbelwellen-System (Modul Kurbelwelle + PLV)
5.1 Erhöhung des mechanischen Wirkungsgrades (Faktor 2,6–6,8)
Das PLV-Triebwerk arbeitet erfindungsgemäß nach einem neuartigen kinematischen/ tribologischen Prinzip, dem Pleuellängen-Variator (PLV), der beim Hubkolben-Verbrennungsmotor (Benzin, Diesel, Gas, etc.) sowohl das Drehmoment, wie auch die Leistung, mechanisch durch Verlagerung der Tangentialkraft F_T nach F_T' um den Faktor ca. 2,6 bis 6,8) erhöht.
5.2 4-/8-Takt-Prinzip
Das 4-/8-Takt-Prinzip (2 × 2 = 4 bzw. 4 × 2 = 8) bedeutet, dass bei jeder Kurbelwellenumdrehung 2 Takte zusätzlich vorhanden sind. Diese zusätzlichen Takte haben folgende Aufgabe:

a) Bei Expansion mit konstanter Kolbenposition in OT Verlängerung des Pleuels nach OT' durch einen Planetenarm A mit Verlagerung des Betriebspunktes p_max zum Tangentenpunkt TP = Position mit größter Tangentialkraft F_T'.
b) Bei Ansaugen/Kompression Verkürzung (Rückstellung) der gesamten Pleuellänge Prinzip A ab TP bei ca. 280°KW bis OT bzw. Prinzip B ab ca. 135°KW bis UT.

In den zwei zusätzlichen Takten dreht sich beim Rechtskreisprozess die Variatorwelle des Planetenarms A:

a) Verlängerung: Der Hubzapfen der KW von OT nach OT' – während dieser Zeit dreht sich die Variatorwelle VW so, dass diese Hubdifferenz von OT bis OT' durch Verlängerung des Pleuels mittels eines Planetenarms A ausgeglichen wird – bei konstanter Kolbenposition in OT – danach beginnt das Ansaugen ab OT', bzw. die Expansion kann beim Tangentenpunkt TP mit p_max' und F_T' beginnen.
b) Verkürzung: Bei Kompression Prinzip A wird auf der gegenüberliegenden Seite bei TP ca. 280°KW die Rückstellung, d. h. die Verkürzung der Pleuellänge, vom TP (nicht von UT') an nach OT durchgeführt. Bei TP endet die Kompression; die Längen-Differenz zwischen TP und UT' wird durch einen Exzenter im P_PA realisiert, der den Planetenarm A momentan verlängert. Der Kolben wird bei Prinzip A in der OT-Position konstant gehalten (isochor: Volumen konstant) bis der gegenüberliegende Punkt OT' vom HZ erreicht ist. Die Verkürzung des Pleuels von TP bis OT und erneuter Verlängerung des Pleuels erfolgt während sich die Kurbelwelle dreht. Das Ausstoßen kann also bei OT' beendet werden. Bei Kompression Prinzip B wird ab ca. 135°KW bis UT verkürzt, um dann ab OT wieder bis OT' zu verlängern.

Die zwei zusätzlichen Takte dienen also zum jeweiligen Ausgleich der Höhendifferenz bis sich der HZ mit dem Pleuel an der gewünschten Position befindet.
Fazit
Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung des Kolbens werden in Relation zur Kurbelbahn dynamisch, d. h. in Abhängigkeit von Tangentialkraft und thermodynamischer Prozess gesteuert. Außer der mechanischen Wirkungsgraderhöhung kommen thermodynamische und energetische Wirkungsgraderhöhung dazu.
5.3 Pleuellängen-Variation durch PLV
5.3.1 Mechanische Verstärkung
Der klassische Kurbeltrieb kann die gestellte Aufgabe (Erhöhung des mech. Wirkungsgrades) nicht lösen
Die Analyse muss beim PLV-Prinzip nach Druck p, Tangentialkraft F_T und Kurbelwinkel φ erfolgen (p,F_T,φ-Diagramm), um den Punkt mit dem größten Drehmoment ermitteln zu können. Mit diesem größten Drehmoment erfolgt die mechanische Wirkungsgradverbesserung.
Der Ort des Pleuel-Anlenkpunktes P_AP hängt von der Pleuellänge 3,0–4,5 R_KW ab.
5.3.2 Kurbelwellenzapfen bei φ₀ mit Verlagerung von p_max um Δφ nach φ₀'
Druckmaximum p_max im Gasdruckdiagramm bei φ₀ = 5–17°KW, je nach Motor.
Das Druckmaximum als Koordinatensystem-Ursprung wird von φ₀ um Δφ nach φ₀' verlagert.
1d: [16] Vgl. Lexikon Motortechnik

S. 987 Druckverlauf und Brennfunktion im Ottomotor (Quelle: Pischinger) (klassischer Kurbeltrieb).

1e: [4] Vgl. Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor

S. 597–598 Bild 14-11: Druckverlauf bei einer HCCI-Diesel Verbrennung (klassischer Kurbeltrieb). HCCI: Homogeneous Charge Compression Ignition.
Beachte: OT-Punkt mit maximaler Pleullänge = 4,5·R_KW am Pleuelanlenkpunkt. Das mech. Verstärkungsverhältnis erfolgt bei konstanter Kolbenposition in OT durch Verlagerung von p_max bei φ₀ nach p_max' mit F_T' bei φ₀', gemessen von 0°KW an. Beachte die Bandbreite der Verlagerung mit Δφ.

Die Berechnung des mech. Verstärkungsfaktors ist bei gleicher thermodyn. Kolbenarbeit von der Größe der Tangetialkraft F_T abhängig (siehe Kräfteparallelogramm 2e), sie ist beim PLV durch die Verlagerung von OT nach OT' bei gleichem Arbeitsweg anders als beim klassischen Kurbeltrieb.
Die eingeleitete thermodynamische Arbeit bleibt gleich, aber die Wandlung in ein Drehmoment ändert sich – sie ist vom Tangentialkraftverhältnis im PLV-Triebwerk abhängig. Fig. 1.d, 1e): Position von p_max mit φ₀

Position Verstärkungsfaktor

sinφ₀ 5°KW → V_mech = 6,8

sinφ₀ 6°KW →

sinφ₀ 8°KW →

sinφ₀ 9°KW →

sinφ₀ 12°KW →

sinφ₀ 17°KW → V_mech = 2,6

Ergebnis: Bandbreite der mechanischen Verstärkung durch Verlagerung = 2,6 bis 6,8
Der Verstärkungsfaktor ist um so größer, je näher p_max mit φ₀ bei OT = 0°KW beim klassischen Kurbeltrieb liegt.

_L

Zündung	–30°KW	p_L 9 + p_V 0	= 9 bar
Brennanfang	–22°KW	p_L 11 + p_V 1	= 12 bar
OT	0°KW	p_L 17 + p_V 15	= 32 bar (bei OT keine Tangentialkraft F_T !!!)
p_max bei φ₀	17°KW		= 51 bar
Brennende	38°KW		= 30 bar
p_80°KW	80°KW		= 10 bar
Restdruck bei Auslass			= 3 ... 5 bar

Variation der Pleuellänge

a) Maximale Pleuellänge 4,5·R_KW Wir verlegen p_max von φ₀ = 5°KW oder 17°KW nach φ₀' und vergleichen dies mit der Tangentialkraft an der alten Position φ₀ und ermitteln dann das mech. Verstärkungsverhältnis V_mech.
b) Minimale Pleuellänge 3,0·R_KW Wir verlegen p_max von φ₀ = 5°KW oder 17°KW nach φ₀' und vergleichen dies mit der Tangentialkraft an der alten Position φ₀ und ermitteln dann das mech. Verstärkungsverhältnis V_mech.

5.3.3 Thermodynamische Verstärkung
5.3.3.1 Verstärkung durch größeren Hub
Durch die Einführung eines Planetenarmes A kann der effektive Hub vergrößert werden (Langhub), wenn sich der Pleuelanlegepunkt P_AP bei UT KW auf der Position UT_VW befindet. Die Vergrößerung des effektiven Hubes gegenüber einem klassischen Triebwerk erhöht nicht nur das Hubvolumen, sondern auch den thermodyn. Wirkungsgrad, weil der Prozess mehr in Richtung Punkt 5 im p,V-Diagramm verlagert wird, d. h. die thermodyn. Restenergie wird weiter ausgenutzt.
Der Hub kann durch die Richtung und/oder die durch die Länge des Planetenarms A variiert werden. Bei Richtungsvariation ergibt sich ein Langhub, Mittelhub oder Kurzhub. Durch die Winkelsteuerung/Richtung des Planetenarms A der Variatorwelle WV kann die Kompression für Teillast-Betrieb erhöht, oder für Volllast verringert werden – kleinere Variationen sind durch die Längenvariation von A durch einen Exzenter E möglich. Details der Kompressionssteuerung siehe Kompression ff.
5.3.3.2 Verstärkung durch Verlagerung des thermodyn. Prozesses
Der eigentliche thermodyn. Prozess beginnt, wenn die Verbrennung beginnt. Erfindungsgemäß wird der Verbrennungsanfang von vor OT nach an OT' verlegt, so dass der gesamte Verbrennungsvorgang mit vorverlegter Pleuelstellung ab OT' die Arbeit W₁ auf dem Weg s₁ = Hub erzeugt.
Beim Kompressionsprinzip A hat der Kolben bist OT' keine Hubbewegung (isochor); er befindet sich in einer „Rastposition" bis sich die Kurbelwelle gedreht hat; beim Prinzip B wird die Kompression von UT bis OT' in zwei Stufen durchgeführt.
Arbeits-Takt
Der ideale p,V-Prozess beginnt von OT' an, weil p_max um Δφ nach TP verlagert wurde (Verlagerung der Krafteinleitung F_T mit p_max von φ₀ nach φ₀').
Bei der klassischen Kurbelwelle fällt die Tangentialkraft F_T des Pleuels mit der Hubbewegung des Kolbens, d. h. bei Umlauf der KW, steil ab in Richtung Tangentenpunkt TP bei φ₀'.
Beim neuartigen PLV-Triebwerk ist das genau umgekehrt: Die Tangentialkraft steigt in Richtung φ₀' stark an und erreicht an diesem Tangentenpunkt TP ihr Maximum mit p_max' bzw. F_Tmax'.
Der Druckverlauf hat am Anfang eine steile Funktion bis zum Maximum bei TP mit p_max', während der Verlauf in Richtung Brennende weniger steil und länger verläuft (bis Punkt 4 p,V-Diagramm) – beide Teile liegen im Tangential-Winkelbereich mit großer Tangentialkraft-Komponente.
Beachte beim klassischen Kurbeltrieb den Druckaufbau durch die Verbrennung bis OT – das bedeutet ein großer Energieverlust!
Dieser Energieverlust wird durch die Verlagerung des gesamten Verbrennungsvorgangs nach OT' vermieden.
5.3.4 Prozeß
5.3.4.1 Dynamische Prozesssteuerung
Dynamische Anpassung an den thermodynamischen Prozess
Zur Verbesserung des thermodynamischen Prozesses mit höherem therm. Wirkungsgrad ist die PLV-Bewegung für den Kolben aktiv zu steuern.
Variation der Planetenarm-Länge A durch eine Exzentersteuerung
Es wird

a) die Kolbenbewegung bei relativ konstanter HZ-Position, oder
b) die HZ-Bewegung bei relativ konstanter Kolbenposition, beide passend zum Arbeitsprozess (Gasdruckverlauf) und zur momentan maximalen Tangentialkraft bei φ₀', aktiv angepasst. Diese Anpassung erfolgt durch eine kinematische Verlängerung oder Verkürzung der Planetenarm-Länge A der Variator-Welle z. B. mittels eines Exzenters, (oder der Richtung des Planetenarms A), und damit der Kolben-/HubPosition bzw. HZ-Position – während veränderlicher Drehzahl, Last und Treibstoff. So erfolgt eine optimale Umsetzung der Arbeit durch die prozessbedingte Momentan-Tangentialkraft in ein Drehmoment – angepasst an die Drehzahl, Last, oder Treibstoff Oktanzahl oder auch an die Treibstoff-Art.

6. PLV-Konstruktions-Prinzip
Als Zusammenfassung der erfindungsgemäßen Erkenntnisse werden die Figuren mit einem zur Steuerung notwendigen Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe) erläutert. Der PLV-Kurbeltrieb + Planetengetriebe wird als Räderkoppelgetriebe/Rastgetriebe bezeichnet.
6.2 QPG: Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe)

Definition „Quasi": Es fehlt das Innenrad.

Es gibt grundsätzlich zwei kinematische Fälle:
Prinzip 1. Außenzahnrad steht/Rast plus Differenzsteuerung, oder
Prinzip 2. Außenzahnrad dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle (Außenzahnrad mit KW gekoppelt) plus Differenzsteuerung.
Prinzip 1: Außenzahnrad steht/Rast plus Differenzsteuerung
Richtung des Planetenarms A
Planeten-Arm (Steg) läuft um. Das Außenrad dient zur Differenzsteuerung der Planeten-Arm-Richtung über ein Planetenrad, das fest mit dem Planetenarm gekoppelt ist, während sich das Planetenrad mit dem die Richtung wechselnden Planeten-Arm auf dem Außenrad abwälzt.
Länge des Planetenarms A
Außerdem kann ein zweites Außenzahnrad mittels zweitem losen Planetenrad und einem Exzenterrad sowie einem Exzenter im Pleuelanlegepunkt P_AP die Länge A des Planetenarms steuern. Dieses zweite Planetenzahnrad wälzt sich simultan mit dem ersten Planetenzahnrad auf dem Außenzahnrad ab und nur wenn eine Differenz in der Winkelstellung zum ersten Planetenzahnrad eingestellt wird, ändert sich die Position des Exzenters und damit die momentane Länge des Planetenarms A.
Diese Funktion kann sowohl bei der Expansion zur Anpassung der ±Längen-Differenz von OT' zu p_max'_, wie auch als Fein-Variation für den Hub bei Voll- bzw. Teillast, sowie bei der Kompression (Prinzip A mit Längendifferenz TP nach UT') genutzt werden.
Hinzu kommt die Nutzung zur besseren Prozess-Anpassung von OT' zur p_max'-Position bei anderen Treibstoffen, z. B. bei der länger dauernden Wasserstoffverbrennung (Verlagerung der p_max'-Position gegenüber anderer Treibstoff-Art).
Im vorliegenden Prinzip 1 fehlt das Innenzahnrad, weil sich das Planetenzahnrad mit der Richtung des Planetenarms A, im Gegensatz zur Rechts-Drehrichtung der Kurbelwelle, bei stehendem Außenzahnrad (Prinzip 1) vorzugsweise links herum drehen soll, so dass das Pleuel mit seinem Pleuelschwenkwinkel (α), zur Erzeugung einer maximal resultierenden Kraft, immer in der Nähe der Zylinderachse oszilliert.
Die Differenzsteuerung für den Hub bei OT-Durchgang, Hublängen-Variation und Hublänge bei Teillast/Volllast, erfolgt über die Drehung des Außenzahnrades des Umlaufgetriebes U₁.
Das Quasi-Planetengetriebe (Umlaufgetriebe U₁) hat auf dem HZ ein Planetenrad mit einer Übersetzung zum Außenzahnrad vorzugsweise von 2:1, weil es sich bei 90°KW Drehung um 180°VW drehen soll.
Die Grundstellung des Planetenarms A ist bei 90°KW Richtung = 0°VW; die Differenz zum Tangentenpunkt wird mit Linksrotation durch das Außenzahnrad Z_A korrigiert.
Die KW dreht sich mit dem HZ um 360°KW während sich die VW um 720° dreht, alle anderen prozessrelevanten Einstellungen erfolgen durch die Differenzsteuerung des Planeten-Arms über das Außenzahnrad Z_A1.
Bedingt durch das Quasi-Planetengetriebe kann – durch die Differenz-Steuerung mittels Außenzahnrad Z_A1 – in jeder Stellung des HZ der Planeten-Arm um ±360° gedreht werden. Ausgenommen von dieser 360° Planeten-Arm Umdrehung ist der Bereich zwischen TP bzw. UT'→OT→OT', weil sonst der Kolben durch die Verlängerung mit dem Zylinderkopf kollidieren würde.
Deshalb soll sich der Pleuelanlegepunkt P_AP beim Prinzip A an der höchsten Stelle auf der oberen P_AP-Bahn und beim Prinzip B auf der unteren P_AP-Bahn bewegen.
Die Differenzsteuerung des Außenzahnrades von UT'→OT→OT' ist beim Prinzip 1, mit Planetenarm-Richtungs-Bewegung Prinzip A, keine Oszillationsbewegung, sondern vorzugsweise eine Rechts-Gegenrotation von TP–UT' bis OT'. Diese Rechts-Gegenrotation – ohne Rückstellung – muss bei jeder Rechts-KW-Umdrehung erfolgen, weil sich das Planetenzahnrad mit dem P-Arm, bei stehendem Außenzahnrad, links herum dreht.
6.2 Neuartiges Triebwerk
2a: Klassischer Prozess
In dieser Zeichnung sind die p_max-Positionen des HCCI-Motors bei 5°KW und Otto-Motors bei 17°KW eingezeichnet, letzterer mit Zündung bei –30°KW, Verbrennungsanfang V_A bei –22°KW, Verbrennungsende V_E mit 38°KW und p_80°KW. Folge: Sehr kleine Tangentialkraft, große Radialkraft auf die Kurbelwellenlager.
2b.: Klassischer Prozess + Verlagerung HZ von OT→OT' mit p_max→p_max'.
Ergänzt wurde in dieser Zeichnung ein Arm A mit seinem Anlegepunkt und dieser nach nach OT' verlagert.
2c: Klassischer Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max→p_max'
In dieser Zeichnung wurde das Pleuel mit Arm A und mit dem Hubzapfen HZ nach OT' verlagert. Der thermodynamische Prozess ist „optisch" noch bei OT.
2d: PLV-Prozess = Verlagerung p,V-Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max→p_max'
In dieser Zeichnung wird nun auch der thermodynamische Prozess von OT nach OT' verlagert, so dass durch das verlagerte p_max' eine sehr große Tangentialkraft F_T' am Tangentenpunkt TP zur Wirkung kommt.
2e: Verlagerte Stangenkraft F_ST' = F_T'
In dieser Zeichnung wird mit Kräfteparallelogrammen bewiesen, dass die Behauptung stimmt: Beim Tangentenpunkt TP entsteht eine wesentlich größere Tangentialkraft als bei 5°KW bzw. 17°KW – ohne Verletzung des Ersten Hauptsatzes der Thermodynamik!
Grundkonstruktion
Die Grundkonstruktion beginnt mit der Lage der Zylinderachse mit dem Schwenkwinkel (a) des Pleuels bis zur Tangente an den Kurbelkreis – der Tangentenpunkt TP ist der Verlagerungspunkt OT' mit φ₀'.
Die bei Expansion ökonomisch und ökologisch beste Pleuellänge ist vorzugsweise 4,5·R_KW, weil dadurch dieser Tangentenpunkt maximal in Richtung 90°KW rückt, d. h. zum Punkt mit maximaler Tangentialkaft; dort kann die Pleuelkraft am effizientesten in ein Drehmoment umgesetzt werden.
Die Längendifferenz zwischen Pleuelanlegepunkt P_AP → OT' ergibt die Länge des Planeten-Arms A, dessen Winkelstellung = Richtung, durch ein Quasi-Planetengetriebe geregelt wird, während der Hubzapfen umläuft. Der Planeten-Arm ist am Planetenzahnrad befestigt, das sich auf dem Außenzahnrad abwälzt (Prinzip 1), oder bei simultan mitdrehendem Außenzahnrad nicht abwälzt (Prinzip 2), siehe ff.
Die Grundposition der P-Arm-Richtung mit Variatorwelle VW ist
bei 90°KW = 0°VW = OT_VW,
bei 180°KW = 180°VW = UT_VW,
bei 270°KW = 0°VW = OT_VW und
bei 0°KW = 180°VW = UT_VW.
In allen Takten sind verschiedene Hub-Längen möglich, die bezüglich der Kolben-Position in den Zeichnungen markiert sind: Langhub, Mittelhub, Kurzhub, einstellbar durch die Planetenarm-Richtung.
In diesen Grund-Positionen wird die P-Arm-Richtung – mit einer Differenz zur Winkelstellung des P-Arms in den o. g. Grundpositionen und relativ zur Pleuelrichtung – korrigiert, siehe 3: PLV-Triebwerk, Expansion.

Es gibt 4 Grund-Stellungen des Planetenarms A für die verschiedenen Hub-Varianten:

A-Position OT'	Richtung P-Arm bei OT'	Bahn	A-Pos. UT	Richtung P-Arm bei UT	Hub
1	0°VW	obere P_AP-Bahn	3	180°VW	H_Lmax
1	0°VW	obere P_AP-Bahn	1	0°VW	H_Lmin

2	270°VW	untere P_AP-Bahn	3	180°VW	H_Mmax
2	270°VW	untere P_AP-Bahn	1	0°VW	H_Mmin

3	180°VW		3	180°VW	H_Mmax
3	180°VW		1	0°VW	H_Kmin

4	90°VW	Pleuel mit >> α	3	180°VW	H_Mmax
4	90°VW	Pleuel mit >> α	1	0°VW	H_Mmin

Langhub
a) Langhub H_Lmax
Der HZ befindet sich auf der OT'-Position und der Planeten-Arm A befindet sich mit dem Pleuelanlegepunkt P_AP auf der oberen P_AP-Bahn in Position 1 = 0°VW.
Während der HZ-Bewegung von OT' Richtung 180°KW wird der P_AP nicht auf der P_AP-Bahn gehalten, sondern der Planeten-Arm wird nach links gedreht, so dass der Kolben die Hubbewegung mitmacht.
Während der weiteren HZ-Bewegung Richtung UT KW wird der Planeten-Arm auf 180°VW gedreht = Position 3.
Langhublänge H_Lmax = P_AP bis UT KW mit UT_VW mit ca. 2R_KW + Δ(P_AP – OT) + OT – R_VW ca. 1,4 H (plus ΔL der Exzenterverstellung).
Dies bedeutet min. ca. 1,4-faches Luft-/Hubvolumen (plus ΔL der Exzenterverstellung) im Vergleich zum klassischen Kurbeltrieb. Die Variante mit dieser Hublänge kann durch die nachfolgende Verdichtung als impliziter Kompressor verstanden werden. Bei der Expansion wird deshalb zusätzliche Arbeit im Vergleich zum klassischen Kurbeltrieb erzeugt.
Das Einlassventil kann ab OT' geöffnet werden (es besteht dann keine Überschneidung mit dem Auslassventil).
b) Langhub H_Lmin
Der Hubzapfen HZ steht auf Position OT' = φ₀', der Planeten-Arm A befindet sich mit P_AP auf der oberen P_AP-Bahn und in Linie mit dem Pleuel. Wenn sich die KW nach rechts weiter dreht, beginnt die Hubbewegung des Kolbens.
Während der HZ-Bewegung Richtung UT KW wird der Planeten-Arm A nicht mit Linksrotation gedreht, so dass er bei 180°KW Richtung OT zeigt. Position 1 = 0°VW. Langhublänge H_Lmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW mit ca. 2R_KW – R_VW + Δ(P_AP – OT).
Mittelhub
a) Mittelhub H_Mmax
Beim Mittelhub H_Mmax steht P_AP auf der unteren P_AP-Bahn links von OT'', d. h. in Position 2 = 270°VW.
Danach dreht der P-Arm A in Richtung UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180°VW. Mittelhublänge H_Mmax = P_AP bis UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180°VW.
c) Mittelhub H_Mmin
Beim Mittelhub H_Mmax steht P_AP auf der unteren P_AP-Bahn links von OT'', d. h. in Position 2 = 270°VW.
Danach dreht der P-Arm A in Richtung UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0°VW. Mittelhublänge H_Mmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0°VW.
Kurzhub
a) Kurzhub H_Kmax
Beim Kurzhub H_Kmax steht P_AP auf Pos 3 des P-Arms A = 180°VW. Danach dreht er nach links bis er bei UT in Position UT KW mit UT_VW = 180°VW = Position 3 steht. Kurzhublänge H_Kmax = P_AP bis UT KW mit UT_VW = Position 3 = 180°VW.
b) Kurzhub H_Kmin
Beim Kurzhub H_Kmin steht P_AP auf Pos 3 des P-Arms A = 180°VW. Danach dreht er nach links bis er bei UT in Position OT KW mit OT_VW = 0°VW = Position 1 steht. Kurzhublänge H_Kmin = P_AP bis UT KW mit OT_VW = Position 1 = 0°VW.
6.3 Prozess
6.3.1 Ansaugen
Beim Ansaugprozess können die oben genannten Hubvarianten verwendet werden, vorzugsweise Langhub, weil hierbei das größte Luftvolumen angesaugt wird. Ideal wäre ein langsamer Ansaugprozess (wegen höherem PLV-Drehmoment ist eine niedrige Drehzahl notwendig bei gleicher Leistung), so dass näherungsweise adiabatisch gearbeitet werden kann; die Luft wäre dichter und würde durch die Kompression nicht erhitzt.
Der Hub-Prozess beim Ansaugen ab OT' ist gleich dem des Expansionsprozesses: eine Längen-Variation des Planetenarms A mit Exzenter ist nicht nötig.
6.3.2 Kompression/Verdichtung,
Prinzip A
4: PLV-Triebwerk, Kompression Prinzip A
8: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
Im klassischen Kurbeltrieb erfolgt die maximale Kompression bei OT = 0°KW ohne große Tangentialkraft. Im PLV-Prinzip A wird die maximale Tangentialkraft zur Kompression benutzt. Hierbei dreht – wie beim KT – der Planetenarm A bei OT-Kolbenposition (p_Kmax) unter dem Pleuel weg. Die negative Arbeit/Energie zum Halten des Drucks bei isochorer Verlagerung von TP-OT', d. h., wenn sich der HZ von TP nach OT' dreht, ist wesentlich für die Arbeits-/Energiedifferenz zwischen Expansion und Kompression.
Bemerkenswert ist:

a) Im klassischen Expansions-/Verbrennungs-Takt ist bei OT bereits erheblicher Druck p auf dem Kurbelwellenlager.
b) Im Verdichtungs-Takt ist der Druck hoch, max. bei Aufladung: Ottomotor 19 bar, Dieselmotor 31 bar. Die Normalverdichtung beträgt max. 17 bar, danach fällt der Wirkungsgrad.

Nutzung der maximalen Tangentialkraft F_T auch bei der Verdichtung
4a: Vergleich PLV-Kompression Prinzip A zu klassischer Kurbeltrieb
Im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb ist beim PLV-Getriebe nur dann der Verdichtungsprozess außerordentlich effizient, wenn zur Erzeugung eines maximalen Verdichtungsdrucks auch die größte Tangentialkraft F_T' beim TP genutzt wird und dabei die Halte-Energie für die isochore Verlagerung nach OT' nicht den Vorteil aufzehrt.
Wie man in 4a sieht, hat der klassische Kurbeltrieb am TP die gleiche Tangentialkraft, aber der Kolben befindet sich weit entfernt vom Kolben-OT, also dort, wo die größte Stangenkraft zur Kompression benötigt wird.
Entscheidend für die Steuerung des Planetenarms A ist die Arbeitsdifferenz ΔW von WE. = W₁ zu W_K = W₂, bzw. Energiedifferenz ΔE, d. h. E_E zu E_K, sie soll größer sein, als beim klassischen Kurbeltrieb.
Prinzip A und A⁺ mit Temperatur-/Drucksenkung:
Die Richtung und Länge (Prinzip A+) des Planetenarms A kann so eingestellt werden dass in der momentanen Position des HZ bei TP (ca. 280°) die größte Tangentialkraft entsteht in Relation zur Kolbenposition, d. h. die Kompression wird bei gleicher Tangentialkraft wie beim klassischen Triebwerk KT (klassischer Kolben ist weit von der OT Position entfernt) wesentlich höher. Allerdings erfolgt die Kompression in kurzer Zeit von UT = 180°KW bis TP = 280°KW (ca. ½ des KT), was das Gemisch stärker erwärmt, deshalb besteht nachfolgende eine Abkühlphase von TP = 280°KW bis OT' = 80°KW.
Verfahren Prinzip A und A⁺ mit Exzenter-Längen-Variation
Um das gespiegelte Prinzip auf der Gegenseite beim TP nutzen zu können, wird nach UT die VW mit Linksrotation verstellt, um die Höhendifferenz bis TP zurückstellen zu können, d. h. verkürzen zu können, und um das Pleuel in die Position mit der maximalen Tangentialkraft F_T' beim Tangentenpunkt TP zu bringen – Prinzip A⁺ mit Verlängerung des Planetenarms A durch den Exzenter.
Das zuvor im Langhub H_Lmax angesaugte größere Luft-/Hubvolumen kann durch die wesentlich größere Tangentialkraft höher verdichten werden, als bei klassischer Kurbeltrieb-Stellung (bei OT Stangenkraft = Null), auch im PLV-Triebwerk dreht sich der Planetenarm unter der OT-Position weg, weil sich der HZ der KW weiterdreht. Deshalb ist das Prinzip zur Erreichung hoher Kompression mit kleiner Höhendifferenz dasselbe, wie beim KT – aber der PLV-Effekt ist ein anderer.
Durch die große Tangentialkraft beim Verdichten bis TP kann erheblicher Druck durch einen impliziten Kompressor erzeugt werden – ohne äußeren Lader.
Ab dem Tangentenpunkt TP wird die Richtung des Planetenarms A so variiert, dass der Kolben bei der OT-Kolben-Position verbleibt, es sei denn, dass eine Kompressionsvariation durch eine Richtungsvariation von A gewünscht wird (Teillast/Volllast), wobei der Kolben in seiner Höhenposition zurückgestellt wird, so dass sich der P_AP auf einer tieferen P_AP-Bahn bewegt.
Planeten-Arm Steuerung Prinzip A
Die P_AP-Bahnbewegung bedeutet isochore Verlagerung nach OT' mit Druck p senken durch Abkühlung bei konstantem Volumen (isochor), während sich die KW bis OT' weiterdreht, d. h. es besteht nach dem Verdichten weitere Zeit zum weiteren Abkühlen und zusätzlichen Kühlen des Gemisches.
Der Planeten-Arm bewegt sich durch die Rechts-Differenzsteuerung des Außenzahnrades ab Verdichtungs-Tangentenpunkt TP mit φ₀''_max nach ca. –80°, d. h. bis der HZ den OT erreicht hat. Sodann dreht sich A, gesteuert durch die Rechts-Differenzsteuerung des Außenzahnrades, wieder zurück, um dann bei ca. 80°KW am Tangentenpunkt TP mit φ₀'_max in der Fluchtlinie mit der Tangente KW-Kreis mit Pleuel zu stehen.
Diese Bewegung des P-Arms A kann zur maximalen Verdichtung bei Teillast (Betriebspunktverlagerung) genutzt werden.
Oder: Nutzung von ΔOT mit der Position OT₀ (= Hubbewegung bis zur Nulldurchgangs-Position an OT₀), wobei der Planetenarm A auf Richtung 180°VW dreht (= UT VW).
Diese Maximaldrehung des P-Arms kann zur Steuerung des variablen Hubes (Variabelvolumen) mit niedrigerer Verdichtung genutzt werden, insbesondere bei Vollast mit der entsprechenden Betriebspunktverlagerung.
Die variable Verdichtung ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist. Die Differenzsteuerung sorgt beim OT-Durchgang für die spezielle Bahnsteuerung.
Halte-Energie für die isochore Verlagerung nach OT' bei Prinzip A
Damit diese Verluste nicht auftreten können, wird der Kolben in seiner Position mechanisch über die Zeit von TP bis OT' arretiert; beachte Arretierungsbereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub). Dies geschieht sehr schnell, kraftvoll und effizient vorzugsweise durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie:
– elektromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen,
– hydromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen,
– Piezo-Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie:
– Nockenwelle mit Stößel steuert die Arretierung.

Nachteil Prinzip A: Kompression in ½ der klassischen KT-Zeit, mechanische Arretierung des Kolbens zur Vermeidung des unter Druck stehenden isochoren Verlagerungverlustes (Transportverlust).
Prinzip B mit Verlagerung von p_Kmax nach OT' bzw. TP:
4b: Kompression bei OT', Prinzip B
8a: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Beim Kompressionsprinzip B gibt es 3 Hub-Varianten: B1, B2 und B3:
Der Hub erfolgt in zwei Stufen: 1. Stufe: HZ = 180°KW bis HZ = 0°KW = Planetenarmposition A₀. bzw. A₁ bei VW 225° (vgl. Höhe Kolben-Position).
Die 2. Stufe beginnt bei HZ = 0°KW und endet bei HZ OT' ca. 70°KW oder TP ca. 80°KW. In der 1. Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (KW-Rechtsrotation) zur Kompression genutzt – hierbei dreht der Planetenarm A vorzugsweise mit Linksrotation. In der 2. Stufe muss entgegen (Linksrotation) der Umlaufrichtung der KW die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.
4c: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
Der effektive Kolbenhub H_eff mit effektivem positiven Druck (+p_eff) – bei Voll- bis Teillast – wird als Differenz zwischen dem Kolbenhub H(ΔA) durch die Planetenarm-Richtung A minus H(ΔL) durch die Exzenterstellung E gesteuert.
Das Optimum der 3 Prinzipien zeigt die Energiebilanz, einerseits die aufzuwendende Kompressionsarbeit, andererseits die Erwärmung des Gemisches, wenn möglich soll das Gesamtergebnis der beider Kompressionstufen näherungsweise adiabatisch sein, was von der Kompressionsgeschwindigkeit abhängt.
Der Prozess ist um so idealer/adiabatischer, je langsamer und gleichmäßiger er abläuft – bei möglichst hohem Verdichtungsgrad.
Prinzip B1, Planetenarm A₁ bei HZ = OT mit P_AP in 225°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit der 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden; mit 180°KW Bewegung ist die Kompression also langsamer (ca. ½) als bei Prinzip A, wobei der Planetenarm A₁ bei OT mit P_AP in 225°VW-Stellung steht (vgl. Position des Kolbens in 4b).
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe während der HZ von OT weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₁ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B2, Planetenarm A₂ bei HZ = 45°KW mit P_AP in 270°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hubstufe, wenn der HZ von 45°KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₂ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B3, Planetenarm A₃ bei HZ = 45°KW mit P_AP in 90°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe, wenn der HZ von 45°KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₃ vorzugsweise mit Linksrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B4, stetiger Hub/funktionaler Hub
Der Hub H = H1 + H2 kann auch mit stetiger Geschwindigkeit über die Hub-Höhe zur Verdichtung des Volumens bis p_Kmax, oder auch mit funktional abhängiger Geschwindigkeit, d. h. am Anfang schnell und bei steigender Verdichtung bis p_Kmax langsam (z. B. proportional zum Druck oder Temperatur, oder optimiert nach minimaler Temperaturzunahme), erfolgen. Eine stetig oder funktionale Steuerung kann auch über den KW-Winkel von ca. 250° erfolgen.
Der Planetenarm A kann dabei mit einer Oszillationsbewegung gesteuert werden:

1.) L von UT→OT' (Δ250°) R ab 235°KW→UT (Δ45°), oder
2.) R von UT→OT' (Δ250°) L ab 235°KW→UT (Δ45°).

Energie für die Verlagerung nach OT' bei Prinzip B
In der 1. Hub-Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (rechts) zur Kompression genutzt. In der 2. Hub-Stufe muss entgegen der Umlaufrichtung (links) der KW-Rotation die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.
Damit die Arbeit/Energie-Verluste klein bleiben, wird die Steuerung des Planetengetriebes für die Richtung des Planetenarms (beachte Bereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub)) durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie:
– elektromechanischer Aktuator,
– hydromechanischer Aktuator,
– Piezo-Aktuator,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie:
– Nockenwelle mit Stößel; Nockenwelle ist mit KW gekoppelt, genutzt.

Zwangsführung/-kopplung
Erfindungsgemäß besteht eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT' bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht, so dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression durch die auf die Differenzsteuerung des Quasi-Planetengetriebes bewirkt hat.
Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt. Die Richtung des Planetenarms wird funktionsabhängig nicht nur kinematisch, sondern dynamisch, d. h. abhängig von der Kolbenkraft/Kompressionsdruck zur eingeleiteten Schwungenergie, in Geschwindigkeit/Beschleunigung gesteuert.
Prinzipien B1 mit A₁ und B2 mit A₂ eine Rechtsdrehung:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B1 mit A₁ und B2 mit A₂ eine Rechtsdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad ist momentan schneller als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzipien B3 mit A₃ eine Linksdrehung:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B3 mit A₃ eine Linksdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad ist momentan langsamer als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzip B4 mit L/R oder R/L-Drehung
Wie oben beschrieben.
Direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr:
Eine Drehrichtungsumkehr des Planetenzahnrades durch ein Innenzahnradsegment – im Segment von OT bis OT' – erzeugt eine direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr der Schwungenergie, indem sich der Planetenarm nach rechts dreht.
Zwangsführung/-kopplung:
Am besten ist die Zwangsführung/-kopplung erklärbar beim direkten Verfahren mit Nockenwelle und Stößel, welche das Außenzahnrad des Differenz-/Summiergetriebe (Quasi-Planetengetriebes) steuert, d. h. die Nockenwelle und Nockenfunktion ist formschlüssig gekoppelt mit der Kurbelwelle, so dass sich die Planetenarm-Richtung zwangsweise mit der umlaufenden KW-Position ändern MUSS. Die Nockenfunktion ist die Zwangsführung/-kopplung zur absoluten Abhängigkeit der KW-HZ-Position mit der Planetenarm-Position.
Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' und Verkürzung von ca. 135°KW bis UT = 180°KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen.
Vorteil Prinzip B:
Beim Prinzip B ist eine wesentlich längere Zeit zum Komprimieren vorhanden (ca. 180° + 70° = 250°) als beim Prinzip A (ca. 100°), und die Kompression mit p_Kmax erfolgt genau an der richtigen Stelle bei OT' und es besteht eine variable Steuerung für das Bewegungsgesetzes des Kolbens.
Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches
Bei Verwendung des Langhubes können wesentlich mehr Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes bis OT' erfolgen. Zweck: Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung beim Dieselmotor durch eine Haupteinspritzung.
Kühlungsphasen
Während des längere Zeit dauernden Kompressionshubes – unabhängig von Prinzip A oder B – also vom TP über OT bis zur Zündung/Verbrennungsanfang V_A vor OT', kann das Gemisch weiter heruntergekühlt werden.
6.3.3 Expansion
3: PLV-Triebwerk, Expansion
Es erfolgt die Verlagerung des Betriebspunktes p_max auf die Position OT' mit φ₀'_max und mit maximaler Tangentialkraft F_T'. Ab OT' wird der tatsächliche p,F_T,V-Prozess gestartet. Dieser Prozess beginnt bei OT' mit dem Verbrennungsanfang, der sofort die Arbeit erzeugt.
Ab Tangentenpunkt TP, mit p_max' und F_Tmax', als verlagerter Arbeitspunkt, kann sehr effizient die Arbeit W₁ erzeugt werden.
Wird die Position des Kolbens in seiner Höhe während des Prozesses durch die Richtung und/oder Länge des Planeten-Armes – geregelt durch die Differenzsteuerung mittels der Außenzahnräder – verändert, so entsteht ein Variabelraum mit Variabelprozess und variabler Kompression.
5: Variation A-Richtung, Prinzip 1
Die Zeichnung zeigt primär das PLV-Triebwerk in OT'-Position. Die Variation der P-Arm-Richtung dient zur Einstellung des gewünschten Prozesses. Der HZ der KW läuft nach rechts um, und das Planetenrad mit dem gekoppelten P-Arm dreht sich dabei nach links, indem es sich bei Prinzip 1 auf dem stehenden Außenzahnrad abwälzt.
Außerdem wird gezeigt, wie mit Hilfe des Außenzahnrades das am P-Arm fest gekoppelte Planetenrad mit der notwendigen Differenz verdreht werden kann, so dass der P-Arm seine Richtung ändert und der P_AP-Bahn folgen kann.
7b: P_AP-Bahn (Kuven-Getriebe), Kompression Prinzip A

a) Prinzip 1: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen TP ca. 280°KW und 80°KW, Außenzahnrad direkt gesteuert durch einen Servo-Antrieb.
b) Prinzip 2: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen 80°KW und 280°KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehenden Außenzahnrades – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung erfolgt durch einen Antrieb (siehe ff.) mit vorgeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe.

Servo-Antrieb Prinzip 1: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen TP ca. 280°KW und 80°KW, Außenzahnrad direkt gesteuert durch einen Servo-Antrieb.
Zur direkten Steuerung der Richtungsänderung des Planetenarms A, d. h. zur Rast des Kolbens, kann ein Servo-Motor (vorzugsweise 42 V Scheibenläufer oder EC-Motor) mit großer Leistung verwendet werden – eine Nebenwelle, angetrieben durch die KW, existiert bei dieser Variante nicht.
Die Integration eines Schneckengetriebes mit niedrigster Übersetzung – der Servo-Motor soll nicht so hohe Drehzahlen haben – erlaubt eine Selbsthemmung des Außenzahnrades gegen die große Pleuel-Stangenkraft bei Expansions und Kompression.
Wegen der durch die Tangentialkraft großen Drehmomente bei Selbsthemmung und Selbstbremsung (VDI 2158) können das Globoid-Schneckengetriebe, Kegelschneckengetriebe (Spiroidgetriebe, Globoidkegelrad) und Hypoidgetriebe Verwendung finden, auch im Planetenradsatz des E-Differenzial-Getriebes.
Prinzip 2: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen 80°KW und 280°KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehendem Außenzahnrades – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung erfolgt durch einen Antrieb (siehe ff.) mit zwischengeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe.
Das Außenzahnrad (Stirnrad) dreht sich mit gleicher Geschwindigkeit simultan wie die Kurbelwelle, angetrieben durch eine mit der Kurbelwelle gekoppelten zweiten Welle (Basis-Drehzahl), so dass keine Relativ-Richtungsänderung des Planetenarms A zur Kurbelwelle stattfindet. Die Differenz zur Richtungsänderung des Planetenarms A – in den Bereichen 80°KW bis 280°KW und 280°KW bis 80°KW – kann durch ein in der zweiten Welle und vor dem Außenzahnrad zwischengeschaltetes Differenzial-/Summiergetriebe, erfolgen.
Dieses dazwischen geschaltete Differenzial-/Summiergetriebe wird angesteuert werden durch
einen Servo-Motor, oder
ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.), oder

– einen elektromechanischer 42 V Aktuator am Außenzahnrad Z_A, (Innenrad fehlt, Planetenrad Z_P auf Position HZ gekoppelt mit Planeten-Arm), oder
– eine Nockenwelle, deren Kipphebel mit Stößel die Differenz-Oszillation (bei festem Bewegungsgesetz der Nocken) des Differenzial-/Summiergetriebes bewirkt.

6: Variation A-Länge (Δ|A|) = A⁺ mit E-Differenzial-/Summiergetriebe
Diese Figur zeigt, wie mit Hilfe eines zweiten Außenzahnrades, das simultan mit dem 1. Außenzahnrad rotiert und in das Planetengetriebe U2 integriert ist, und mit einem gegenüber dem Planeten-Arm A losen Planetenzahnrad, das über ein Exzenter-Zahnrad (Z_E), mit einem Exzenter (E) im Pleuelanlegepunkt gekoppelt ist, die Länge des P-Arms A – relativ zum Prozess – verlängert oder verkürzt werden kann. Damit kann bei der Expansion p_max' am Tangentenpunkt TP immer eine maximale Tangentialkraft F_Tmax' – zur Erzeugung des maximalen Drehmomentes M_max' – zur Wirkung kommen.
Ebenso kann bei der Kompression die Längendifferenz des Planenten-Arms A (Prinzip A⁺) zwischen TP nach UT' eingestellt werden, so dass mit p_Kmax komprimiert werden kann. Bemerkung: Da das Außenzahnrad bei U₁ und U₂ mitrotiert, kann auch eine andere Übersetzung als 2:1 zwischen Planetenzahnrad und Außenzahnrad gewählt werden, weil in diesem Fall nur die Oszillationsdifferenz eingestellt werden muss.
E-Differenzial-Getriebe/Summiergetriebe
Die Figur zeigt, wie bei simultanem Drehen des Planetenrades Z_P1 für die Richtungssteuerung des Planeten-Arms A auch das Planetenzahnrad Z_P2 für die Längenänderung von A durch den Exzenter E so eingestellt werden kann, dass der Exzenter in der Grundstellung immer in die gleiche Richtung von A zeigt.
Die Längendifferenz von A wird dann über das 2. Differenzialgetriebe U₂ – als Differenz zur simultanen Bewegung des 1. Planetenzahnrades – über Z_P2 eingestellt als „Überlagerung" zum 1. Antrieb.
Dieses vor dem zweiten Außenzahnrad zwischengeschaltete Differenzial-/Summiergetriebe für die Exzenter-Rotation für die Längenänderung A kann angesteuert werden durch einen Servo-Motor. Mit einem kleineren Servo-Motor, der sich leicht regeln lässt, kann in einem kleinen Bereich eine Positionsänderung am Ausgang zur Längensteuerung von A durch die Exzenterstellung E erreicht werden, oder
durch ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.), oder

– durch einen elektromechanischen 42 V Aktuator, oder
– durch eine Nockenwelle, deren Kipphebel mit Stößel die Differenz-Oszillation (bei festem Bewegungsgesetz der Nocken) des Differenzial-/Summiergetriebe bewirkt.

6.3.4 Ausstoßen
Das Auslassventil kann von OT' = φ₀''_max an, während der Verstellung des Planeten-Arms bis OT, schließen; es besteht dann keine Überschneidung mit dem Einlassventil.
Analog zur Kompressions-Phase ist auch das gleiche kinematische Prinzip beim Ausstoßen des Restgases anwendbar: Es wird die große Tangentialkraft bis TP genutzt. Beachte das Gasdruck-Diagramm beim Ausstoßen (Bsp. Luft-Federung), d. h. die Position des P_AP mit maximaler Tangentialkraft muss durch die Differenz-Steuerung an den max. Gasgegendruck angepasst werden.
6.3.5 Fazit
Erfindungsgemäß wurde gezeigt, dass

a) durch eine geänderte Lage des Pleuels mit Planetenarm A, als Tangente an den Kurbelkreis, eine wesentlich größere Tangetialkraft F_Tmax' zur Wandlung in ein wesentlich größeres Drehmoment M_max' vorhanden ist, als beim klassischen Kurbeltrieb.
b) im Prozess, durch Verlagerung V_A, der Brennanfang V_A gleich bei OT' beginnen kann, ohne dass der thermodynamische Verbrennungsprozess und/oder der 1. Hauptsatz verletzt werden.
c) Auch bei der Kompression können die PLV-Verfahren genutzt werden.

7. Weitere Wirkungsgraderhöhungen
7.1 Erhöhung des gesamten thermischen Wirkungsgrades (V_th )
7.1.1 Thermischer Wirkungsgrad
Hinzu kommt mit dieser neuen PLV-Konstruktion auch die Erhöhung des thermischen Wirkungsgrades durch die neuartige dynamische Variation des thermodynamischen Prozesses:

a) mehr Zeit für eine längere Abkühlphase beim Ansaugen und Verdichten
b) längere Zeit für die Abgasentfernung ohne Ventilüberschneidung
c) bessere Frischgaszufuhr ohne Ventilüberschneidung
d) längere Zeit für die Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches
e) höhere Kompression mit möglicher homogener Selbstzündung
f) Druckaufbau- und Expansions-Steuerung mit anderem p,F_T,V-Diagramm
g) Dynamische Steuerung einer variablen Verdichtung – sie ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist
h) durch niedrigere Drehzahl (wegen höherem Drehmoment) höherer Wirkungsgrad.

7.1.2 Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches/Emissionsverringerung
Desweiteren ist eine wesentlich bessere Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches, aufgrund des längeren Hubes mit Mehrfacheinspritzungen, vorhanden. Die Zeit wird nochmals verlängert durch die zusätzliche Zeit bis OT'.
Folge: Leistungserhöhung und Emissionsverringerung.

[17] S. 624 Bei Dieselkraftsoff: „Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes zur Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung durch eine Haupteinspritzung. Da die homogene Selbstzündung auch für Ottomotoren interessant ist, nähern sich wahrscheinlich in Zukunft Verbrennungsverfahren der Diesel- und Ottomotoren einander an."

7.1.3 Bessere Druckumsetzung
Die Kinematik des Pleuellängen-Variators PLV erlaubt durch die Verlagerung von p_max eine bessere Druckumsetzung in ein Drehmoment während des gesamten Arbeitstaktes ab OT'. Die Druckentwicklung wird mit der neuartigen PLV-Steuerung voll ausgenutzt und in Arbeit umgesetzt; im klassischen Kurbeltrieb ist nach 90°KW kaum noch Gasdruck bzw. Tangentialkraft vorhanden – es besteht eine erheblich Phasenverschiebung.
Die PLV-Steuerung führt zur erheblichen Erhöhung des Drehmomentes/der Leistung, weil sie mit einer wesentlich größeren Tangentialkraft in den einzelnen Arbeitsspielen zur Wirkung kommt.
7.1.4 Bessere Gasaustausch Altgas/Frischgas
Bedingt durch die Zeit von TP bis UT' und weiter bis OT', d. h. bis sich die Kurbelwelle mit HZ nach OT' gedreht hat, kann das verbrannte Gas bestens entweichen, ohne dass eine Überschneidung zwischen der Auslassventil-Schließung und Einlassventil-Öffnung und der damit zusammenhängenden Mischung Frischgas mit Altgas notwendig wäre.
EV wird bis OT' geschlossen, EV öffnet ab OT' mit der Hubbewegung.
Folge: Das Frischgas enthält wesentlich weniger verbrannte Anteile als bei einem klassischen Kurbeltrieb. Hierdurch wird die Effizienz bzw. der Wirkungsgrad ebenso erhöht.
7.2 Erhöhung des energetischen Wirkungsgrades V_energ

– Steuerung des Hubraums im Teillastbereich und Volllastbereich.
– Generelle Steuerung des momentanen Hubraums zur dynamischen Drehzahl-, Last- und Leistungsanpassung.

7.3 Weitere Effekte und vorteilhafte Wirkungen der Erfindung
Die Erfindung des PLV-Triebwerkes erlaubt:

a) mehr Leistung auf kleinerem Raum, auch ist
b) die Füllung höher, weil ein beim Langhub integrierter PLV-Inline-Kompressor verwendet wird.

B. Beschreibung eines Weges zur Ausführung der Erfindung:
Beispiel Wasserstoffmotor
Beim Wankelmotor bestehen zwei getrennte Kammern für Frischgas und Abgas; dadurch können keine Zündnester entstehen, weil sich die Abgaskammer abkühlen kann bevor das Frischgas hinein strömt.
Außerdem: Die Wasserstoffverbrennung läuft langsamer ab als beim Hubkolbenmotor.
Vergleich mit PLV-Triebwerk:
Dadurch, dass der Ansaugprozess erst abt OT' beginnt, kann das Abgas vorher sehr gut entweichen, die Auslass-Ventile (AV) sind spätestens bei OT' geschlossen bei (Überschneidung von A- mit E-Ventil nicht notwendig) – das Gemisch kann in dieser Zeit weiter abkühlen im Unterschied zum klassischen KW-System, so dass keine Zündnester mehr vorhanden sind.
Erst wenn im Ansaugtakt der Kolben seine Hubbewegung bei OT' beginnt, kann das Einlass-Ventil (EV) öffnen und das Frischgas mit großer Tangentialkraft angesaugt werden.
Durch diese PLV-Bewegung im PLV-Triebwerke haben wir ein Quasi-Zweikammer-Prinzip, das sich für die Wasserstoffverbrennung, insbesondere wegen des längeren Hubbereiches für die langsamere Verbrennung des Wasserstoffs, bestens eignet.
Durch die Exzenter-Längensteuerung des P-Arms A im Pleuelanlegepunkt mit der damit zusammenhängenden Verlagerung von OT', wird eine Prozess-Anpassung von OT', relativ zur p_max'-Position bei TP – wegen der länger dauernden Wasserstoffverbrennung (Verlagerung der p_max'-Position gegenüber anderem Treibstoff) – erreicht, womit der Wirkungsgrad steigt.
9. Ergebnis der Erfindung
Sowohl die ökonomischen wie auch die ökologischen Auswirkungen sind für den Verbraucher beträchtlich – die Leistungserhöhung oder Verbrauchsreduktion und der Emissionsverringerung gegenüber heutigen Verbrennungsmotoren sind zur Erreichung eines ökonomisch und ökologisch relevanten Effektes unerlässlich.
Die Innovation des PLV-Triebwerkes steht besonders im Dienste des Klimaschutzes.
Diese Erfindung ist also volkswirtschaftlich und auch beim Treibhauseffekt (CO₂-Ausstoß) von außerordentlicher Bedeutung.
Dieses neuartige Triebwerk mit Pleuellängen-Variator-Prinzip läßt sich als effizienter Ersatz für klassische Hubkolben-Motoren, -Kompressoren, -Pumpen und andere Kurbeltrieb-Kraft-Drehmoment-Wandler, anwenden.
Anwendungen
Zukünftige effiziente Anwendung z. B. bei Benzin-, Gemisch-, Diesel-/Biodiesel, Wasserstoff-, Gas-, Biogas-Motoren (Energieumwandlung in der Kraft-Wärmekopplung).
Ausgewählte Zeichnungen
1a: Klassischer Kurbeltrieb
1b: Idealer Gleichraumprozess, p,V-Diagramm, Tatsächliches p,V-Diagramm
1c: Energiebilanz-Systemgrenze, Bilanzgleichung
1d: Druckverlauf, HCCI-Motor Gasdruck-Diagramm
1e: Druckverlauf, Otto-Motor Gasdruck-Diagramm
2a: Klassischer Prozess
2b: Klassischer Prozess + Verlagerung HZ von OT→OT' mit p_max→p_max'
2c: Klassischer Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max→p_max'
2d: Transklassischer Prozess = Verlagerung p,V-Prozess + Verlagerung F_ST, F_T, mit p_max→p_max'
2e: Verlagerte Stangenkraft F_ST' = F_T
3: PLV-Triebwerk Expansion
4: PLV-Triebwerk Kompression Prinzip A
4a: Vergleich PLV-Kompression Prinzip A mit klassischem Kurbeltrieb
4b: Kompression bei OT', Prinzip B
4c: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
5: Variation A-Richtung
6: Variation A-Länge (Δ|A|) und E-Differenzial-/Summiergetriebe
7: PLV-Triebwerksfunktion mit verlagerter Tangentialkraft
7a: Umlaufgetriebe/Quasi-Planetengetriebe, Rechtskorrektur, Analogie „Bein", Prinzip A
7b: P_AP-Bahn (Kurven-Getriebe), Kompression Prinzip A
8: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
8a: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
9: Felddruckkurve der Feldkraftmaschine
10: PLV-Triebwerk, p,F_T,V-Diagramm, Prinzip A und (B)
Zusammenfassung
Die klassische Kurbelwelle war das beste Prinzip in der historischen Entwicklung der Kraft-Drehmomentwandler, aber sie wird durch das neuartige Triebwerk = Kurbelwellen-System KW + VW als Pleuellängen-Variator PLV nochmals erheblich und qualitativ verbessert!
Lösung: Neuartiges PLV-Triebwerk:
7: PLV-Triebwerksfunktion mit verlagerter Tangentialkraft
1. Verlagerung der Stangenkraft
Bei konstanter (Rast) Kolbenposition in OT, wird die Pleuel-Stangenkraft F_St nach OT' verlagert, so dass die Pleuel-Stangenkraft F_St' am Tangentenpunkt TP mit Maximaldruck p_max' die wesentlich größere Tangentialkraft F_Tmax' generiert, womit ein wesentlich größeres Drehmoment auskoppelbar wird.
Folge: Wesentlich größerer mechanischer Wirkungsgrad, wenn die Kompression diesen Effekt nicht eliminiert.
7a: Umlaufgetriebe/Quasi-Planetengetriebe, Rechtskorrektur, Analogie „Bein", Prinzip A
Zeigt, dass die Bewegung des „Beines" beim Laufen und Rad fahren dem PLV-Triebwerk „Kurbeltrieb" entspricht; der PLV-Kurbeltrieb besitzt sozusagen ein „Kniegelenk".
7b: P_AP-Bahn (Kurven-Getriebe), Kompression Prinzip A

a) Prinzip 1: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen TP ca. 280°KW und 80°KW, Außenzahnrad direkt gesteuert durch einen Servo-Antrieb.
b) Prinzip 2: Die Bewegung des Planeten-Arms A zwischen 80°KW und 280°KW bei sich mit gleicher Geschwindigkeit wie die Kurbelwelle drehendem Außenzahnrad – angetrieben durch die KW. Die Differenz-Steuerung erfolgt durch einen Antrieb (siehe ff.) mit vorgeschaltetem Differenzial-/Summiergetriebe.

8: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip A
In dieser Figur wird auf einfache Weise die Verlagerung des thermodynamischen Prozesses nach OT' gezeigt. Dabei wird klar, dass der erste Hauptsatz der Thermodynamik nicht verletzt wird, weil der ganze und gleiche Prozess nur an einer anderen Stelle des Kurbeltriebs abläuft.
8a: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Hier wird gezeigt, wie die Kompression in zwei Stufen ab UT mit VW bei VW_UT beginnt und bei OT' bzw. TP (ca. 80°KW) endet.
Die 1. Stufe erfolgt von UT bei VW_UT bis OT, dann erfolgt die 2. Stufe mit Drehung des Planetenarms (Verlängerung) bis OT' mit p_Kmax bzw. bis TP mit p_Kmax durch partielle Verlängerung von A durch den Exzenter.
Durch die längere Zeit kann die Kühlung verbessert und die Anzahl der Mehrfacheinspritzungen erhöht werden.
9: Felddruckkurve der Feldkraftmaschine
Der Vergleich mit dem Gasdruck-Diagramm einer Wärmekraftmaschine (Verbrennungsmotor) zeigt die Ursache für die Erfindung des PLV-Triebwerkes:
Bei sich abstoßenden Feldbatterieren (FB, z. B. Magnete) ist die Kraft am größten, wenn sich die Flächen berühren, und wenn in dieser Position durch den Felddruck die Pleuel-Stangenkraft in OT auf die Kurbelwelle wirkt, so kommt kein Drehmoment zustande, weil die Tangentialkraft Null ist.
Bei der Gasdruckkurve kommt der maximale Gasdruck zeitlich später zustande – das Problem ist aber ähnlich gelagert. Wenn p_max beim Tangentenpunkt läge, so würde man kein PLV-Triebwerk benötigen, weil dann beim klassischen Kurbeltrieb p_max und F_Tmax örtlich zusammenfallen würden.
2. Verlagerung thermodynamischer Prozess
Bei konstanter Kolbenposition in OT, wird der thermodynamische Prozess mit dem Verbrennungsanfang V_A nach OT' verlagert, so dass am Tangentenpunkt TP p_max' mit F_Tmax' zur Wirkung kommt.
Folge: Wesentlich besserer thermodynamischer Wirkungsgrad.
10: PLV-Triebwerk, p,F_T,V-Diagramm Prinzip A und (B)
Hier wird der reale Prozess mit PLV-Triebwerk gezeigt: Es besteht eine erhebliche Abweichung zum klassischen Prozess mit Kurbeltrieb.
Das PLV-Triebwerk ermöglicht im Gegensatz zum klassischen Kurbeltrieb:
1. Drehmomentvergrößerung
Durch die bei Expansion größere Tangentialkraft F_T' – bei konstanter OT-Kolbenposition und gleichem p_max – jedoch mit verlagertem OT-KW nach OT'-KW, wird mehr Drehmoment und damit mehr mech. Arbeit ausgekoppelt.
Der mechanische Wirkungsgrad des Kraft-Drehmoment-Wandlers „Kurbeltrieb" steigt bei Expansion erheblich.
Beim PLV-Triebwerk ist das Drehmoment deshalb wesentlich höher als beim KT, d. h. bei gleicher Leistung kann die Drehzahl fallen, oder der Motor entsprechend kleiner werden (Down-Sizing).
Mit fallender Kolbengeschwindigkeit fallen auch Massenkräfte, Verschleiß, Strömungsverluste, Reibleistung, Geräusch.
Außerdem beeinflusst das PLV-Verfahren positiv den Wirkungsgrad durch zeitlich längeres Ansaugen von OT' bis UT_VW, Verdichten bei Prinzip B, Verbrennen/Arbeiten bis Punkt 5 im p,V-Diagramm und Ausstoßen von UT bis OT'.
Es gibt einen optimalen Betriebs-Wirkungsgrad.
2. Hubvergrößerung (Inline-Hubvergößerung)
Durch die Einführung eines Planeten-Arms A, mit Variation der Richtung von A, kann bei UT der Hub vergrößert werden, weil auch die Variatorwelle WV mit dem Planetenarm A auf UT_VW gestellt werden kann. Demzufolge kann min. ein Faktor ca. (plus ΔL der Exzenterverstellung) mehr Luft komprimiert werden.
Wird auch der Exzenter E auf „längste Länge A" gedreht, was bei der Kompression Prinzip A zur Anpassung von UT' nach TP (280°) für die maximale Tangentialkraft notwendig ist, so wird der Hub weiter vergrößert.
4. Vergrößerung der thermodynamischen Wirkung
Durch die Verlagerung des kompletten thermodynamischen Prozesses vom Verbrennungsanfang V_A an nach OT', d. h. auf die positive Seite der Arbeit W₁ mit dem Weg W₁, wird aus –(p,V_VA→OT) nun der positive Betrag +(p,V_VA→OT) und demzufolge mehr Arbeit auskoppelbar.
4. Vergrößerung der thermodynamischen Wirkung
Durch die Vergrößerung der Hublänge (Langhub min. Faktor ca. 1,4 plus ΔL der Exzenterverstellung) wird der thermodynamische Ausdruck von < (p,V_VE→UT) auf > (p,V_VE→UT) vergrößert.
5. Prozessvariation durch dynamisch steuerbaren PLV-Bewegungsverlauf des Kolbens
Durch die Variation der A-Länge, z. B. mittels eines Exzenters, kann bei Expansion der Ort von OT' und damit p_max' mit F_T' bei TP, während des thermodynamischen Prozesses, drehzahlabhängig, lastabhängig und treibstoffabhängig in Bezug auf den Abstand OT' zu TP variiert werden.
D. h. die Richtung und Länge des Planetenarms A kann so eingestellt werden, dass bei Expansion die größte Tangentialkraft bei TP in Relation zur Kolbenposition mit höchstem Druck entsteht.
6. Verbrennungsdruck-Verlagerung bei Expansion
Beim klassischen Kurbeltrieb ist bei Verbrennungsanfang V_A vor OT ein niedriger Verbrennungsdruck und bis OT dann ein hoher Verbrennungsdruck des Gemisches vorhanden (beide wirken bis OT negativ auf das Schwungmoment und als Radialkraft stark auf die Kurbelwellenlager).
Beim PLV-Triebwerk wird

a) dieser Verbrennungsdruck-Anfang auf OT' verlagert, und
b) wird auch der hohe Verbrennungssdruck bei OT nach OT' verlagert. Demzufolge ist eine große reine verbrennungsbedingte Tangentialkraft-Komponente mit wesentlich höherem Drehmoment bei OT' vorhanden, was den Wirkungsgrad wesentlich steigert.

7. Kompressions-Verlagerung
Entscheidend für die Steuerung des Planetenarms A ist die Arbeitsdiffenenz ΔW von W_E. = W₁ zu W_K = W₂, bzw. Energiedifferenz ΔE, d. h. E_E zu E_K, sie soll größer sein, als beim klassischen Kurbeltrieb.
Es gibt beim PLV die Kompressions-Prinzipien A und B.
Prinzip A und A⁺ mit Temperatur-/Drucksenkung:
Die Richtung und Länge (Prinzip A⁺) des Planetenarms A kann so eingestellt werden dass in der momentanen Position des HZ bei TP (ca. 280°) die größte Tangentialkraft entsteht in Relation zur Kolbenposition, d. h. die Kompression wird bei gleicher Tangentialkraft wie beim klassischen Triebwerk (klassischer Kolben ist weit von der OT Position entfernt) wesentlich höher. Allerdings erfolgt die Kompression in kurzer Zeit von UT = 180°KW bis TP = 280°KW (ca. ½ des KT), was das Gemisch stärker erwärmt, deshalb besteht nachfolgende eine Abkühlphase von TP = 280°KW bis OT' = 80°KW.
Beim PLV-Triebwerk wird dann dieser Kompressionsdruck mit konstantem Volumen (isochor) gehalten (kostet Arbeit, wenn keine Arretierung des Kolbens vorhanden ist) und nach OT' verlagert.
Halte-Energie für die isochore Verlagerung nach OT' bei Prinzip A
Damit diese Verluste nicht auftreten können, wird der Kolben in seiner Position mechanisch über die Zeit von TP bis OT' arretiert; beachte Arretierungsbereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub). Dies geschieht sehr schnell, kraftvoll und effizient vorzugsweise durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie:
– elektromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen,
– hydromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen.
– Piezo-Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen.
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie:
– Nockenwelle mit Stößel steuert die Arretierung.

Nachteil Prinzip A: Kompression in ½ der klassischen KT-Zeit, mechanische Arretierung des Kolbens zur Vermeidung des unter Druck stehenden isochoren Verlagerungverlustes (Transportverlust).
Prinzip B mit Verlagerung von p_Kmax nach OT' bzw. TP:
4b: Kompression bei OT', Prinzip B
8a: Verlagerter thermodynamischer Prozess Prinzip B
Beim Kompressionsprinzip B gibt es verschiedene Hub-Varianten: B1, B2, B3, B4: B1–B3: Der Hub erfolgt in zwei Stufen: 1. Stufe: HZ = 180°KW bis HZ = 0°KW = Planetenarmposition A₀. bzw. A₁ bei VW 225° (vgl. Höhe Kolben-Position).
Die 2. Stufe beginnt bei HZ = 0°KW und endet bei HZ OT' ca. 70°KW oder TP ca. 80°KW. In der 1. Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (KW-Rechtsrotation) zur Kompression genutzt – hierbei dreht der Planetenarm A vorzugsweise mit Linksrotation. In der 2. Stufe muss entgegen (Linksrotation) der Umlaufrichtung der KW die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.
B4: der gesamte Hub von UT bis OT' (H = H1 + H2) wird stetig/funktional über die Hubhöhe oder dem Kurbelwinkel gesteuert.
4c: Differenzielle H(ΔL)-Gegensteuerung für den Ort des Kolbens mit effektivem positiven Druckbeginn (+p_eff)
Der effektive Kolbenhub H_eff mit effektivem positiven Druck (+p_eff) – bei Voll- bis Teillast – wird als Differenz zwischen dem Kolbenhub H(ΔA) durch die Planetenarm-Richtung A minus H(ΔL) durch die Exzenterstellung E gesteuert.
Das Optimum der verschiedenen Prinzipien zeigt die Energiebilanz, einerseits die aufzuwendende Kompressionsarbeit, andererseits die Erwärmung des Gemisches, wenn möglich soll das Gesamtergebnis der beider Kompressionstufen näherungsweise adiabatisch sein, was von der Kompressionsgeschwindigkeit abhängt.
Der Prozess ist um so idealer/adiabatischer, je langsamer und gleichmäßiger er abläuft – bei möglichst hohem Verdichtungsgrad.
Prinzip B1, Planetenarm A₁ bei HZ = OT mit P_AP in 225°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit der 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden; mit 180°KW Bewegung ist die Kompression also langsamer (ca. ½) als bei Prinzip A, wobei der Planetenarm A, bei OT mit P_AP in 225°VW-Stellung steht (vgl. Position des Kolbens in 4b).
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe während der HZ von OT weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₁ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B2, Planetenarm A₂ bei HZ = 45°KW mit P_AP in 270°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hubstufe, wenn der HZ von 45°KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₂ vorzugsweise mit Rechtsrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B3, Planetenarm A₃ bei HZ = 45°KW mit P_AP in 90°VW-Stellung:
Die Kompression erfolgt mit einer 1. Hub-Stufe von HZ = UT 180°KW – beginnend mit VW-Stellung bei UT_VW, um dann bei HZ = OT = 0°KW zu enden.
Danach erfolgt die 2. Hub-Stufe, wenn der HZ von 45°KW weiter in Richtung OT' dreht. Die Endkompression soll näherungsweise adiabatisch bis OT' bzw. TP bei p_max' ablaufen. Hierbei wird der Planetenarm A₃ vorzugsweise mit Linksrotation gedreht, um dann bis OT' in Linie mit dem Pleuel zu stehen.
Prinzip B4, stetiger Hub/funktionaler Hub
Der Hub H = H1 + H2 kann auch mit stetiger Geschwindigkeit über die Hub-Höhe zur Verdichtung des Volumens bis p_Kmax, oder auch mit funktional abhängiger Geschwindigkeit, d. h. am Anfang schnell und bei steigender Verdichtung bis p_Kmax langsam (z. B. proportional zum Druck oder Temperatur, oder optimiert nach minimaler Temperaturzunahme), erfolgen. Eine stetig oder funktionale Steuerung kann auch über den KW-Winkel von ca. 250° erfolgen.
Energie für die Verlagerung nach OT' bei Prinzip B
In der 1. Hub-Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (rechts) zur Kompression genutzt. In der 2. Hub-Stufe muss entgegen der Umlaufrichtung (links) der KW-Rotation die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression.
Damit die Arbeit/Energie-Verluste klein bleiben, wird die Steuerung des Planetengetriebes für die Richtung des Planetenarms (beachte Bereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub)) durch:

a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie:
– elektromechanischer Aktuator,
– hydromechanischer Aktuator,
– Piezo-Aktuator,
b) direkte Verfahren aus Schwungenergie:
– Nockenwelle mit Stößel; Nockenwelle ist mit KW gekoppelt,

Erfindungsgemäß besteht eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT' bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht, so dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression durch die auf die Differenzsteuerung des Quasi-Planetengetriebes bewirkt hat.
Zwangsführung/-kopplung
Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt.
Die Richtung des Planetenarms wird funktionsabhängig nicht nur kinematisch, sondern dynamisch, d. h. abhängig von der Kolbenkraft/Kompressionsdruck zur eingeleiteten Schwungenergie, in Geschwindigkeit/Beschleunigung gesteuert.
Prinzipien B1 mit A₁ und B2 mit A₂ eine Rechtsdrehung:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B1 mit A₁ und B2 mit A₂ eine Rechtsdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad ist momentan schneller als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzipien B3 mit A₃ eine Linksdrehung:
Bei Prinzip 1 (stehendes Außenzahnrad) und Prinzip 2 (simultan mitdrehendes Außenzahnrad) wird bei den Prinzipien B3 mit A₃ eine Linksdrehung des Außenzahnrades zur Richtungseinstellung vorgenommen, d. h. das Außenzahnrad ist momentan langsamer als die Kurbelwelle, somit dreht sich der Planetenarm A rechtsrum und der Kolben verringert seinen Hub bis zur Endkompression.
Prinzip B4 mit Links-Rechts-Oszillation:
Der Planetenarm A kann mit einer Oszillationsbewegung gesteuert werden:

3.) L von UT→OT' (Δ250°) R ab 235°KW→UT (Δ45°), oder
4.) R von UT→OT' (Δ250°) L ab 235°KW→UT (Δ45°).

Direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr:
Eine Drehrichtungsumkehr des Planetenzahnrades durch ein Innenzahnradsegment – im Segment von OT bis OT' – erzeugt eine direkte Kompression durch die temporäre Richtungsumkehr der Schwungenergie, indem sich der Planetenarm nach rechts dreht.
Zwangsführung/-kopplung:
Am besten ist die Zwangsführung/-kopplung erklärbar beim direkten Verfahren mit Nockenwelle und Stößel, welche das Außenzahnrad des Differenz-/Summiergetriebe (Quasi-Planetengetriebes) steuert, d. h. die Nockenwelle und Nockenfunktion ist formschlüssig gekoppelt mit der Kurbelwelle, so dass sich die Planetenarm-Richtung zwangsweise mit der umlaufenden KW-Position ändern MUSS. Die Nockenfunktion ist die Zwangsführung/-kopplung zur absoluten Abhängigkeit der KW-HZ-Position mit der Planetenarm-Position.
Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' und Verkürzung von ca. 135°KW bis UT = 180°KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen.
Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' und Verkürzung von ca. 135°KW bis UT = 180°KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen.
Vorteil Prinzip B:
Beim Prinzip B ist eine wesentlich längere Zeit zum Komprimieren vorhanden (ca. 180° + 70° = 250°) als beim Prinzip A (ca. 100°), und die Kompression mit p_Kmax erfolgt genau an der richtigen Stelle bei OT' und es besteht eine variable Steuerung für das Bewegungsgesetzes des Kolbens.
B. Kühlung des Gemisches
Prinzip A
Durch die isochore Verlagerung des komprimierten Gemisches von TP (280°KW) nach OT' vergeht Zeit, womit sich das komprimierte Gemisch ab TP abkühlen kann bzw. abgekühlt werden kann und damit der Druck sinkt. Durch die Abkühlung steigt ebenso der thermodynamische Wirkungsgrad.
Prinzip B
Optimal ist bei langsam drehender Maschine eine näherungsweise adiabatische Verdichtung von UT bis OT' mit p_Kmax bei OT' bzw. TP. Auch bei diesem Prinzip kann sich das Gemisch in dieser Zeit abkühlen bzw. gekühlt werden.
9. Besser homogenisiertes Teilgemisch und Leistungssteigerung
In dieser verlängerten Zeit können auch mehr Mehrfacheinspritzungen des Treibstoffs erfolgen, was ein besser homogenisiertes Teilgemisch erzeugt. D. h. die Verbrennung wird optimiert, womit der CO₂ Gehalt sinkt und der Wirkungsgrad steigt.
Eine Leistungssteigerung kann durch Steigerung der Drehzahl oder des Drehmomentes realisiert werden.
Bei DM und OM mit Direkteinspritzung ist die Drehzahl auch durch die zur Gemischbildung erforderliche Zeit begrenzt. Der DM hat deshalb eine deutlich niedrigere Höchstdrehzahl. Durch das PLV-Triebwerk kann wegen der längeren Zeit von UT bis OT' die Drehzahl und damit die Leistung erhöht werden.
11. Verkleinerung der Reibung und damit der Verlustarbeit W_R
Beim klassischen Kurbeltrieb entsteht erheblicher Expansions-Gasdruck von OT bis p_max mit der Folge großer Radialkraft FR auf das Kurbelwellenlager. Dadurch entsteht ein großer Reibungsverlust W_R.
Beim PLV-Triebwerk wird p_max' beim Tangentenpunkt erreicht, so dass die Radialkraft _FR sehr klein ist. Demzufolge ist der Reibungsverlust W_R erheblich kleiner als beim klassischen Kurbeltrieb.
Die Konstruktion kann wegen der niedrigen Radialkräfte „leichter" werden.
Ausgewählte Literatur
A. Literatur Motorkonzepte

[1] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 51 Kurzhuber Der Zylinderdurchmesser beeinflusst die Leistung des Motors. Der Kolbenhub ist für die Motordrehzahl und für die Gesamthöhe verantwortlich. Neben diesen Absolutgrößen spielt auch das Verhältnis zwischen dem Kolbenhub und der Zylinderbohrung, das Hub-Bohrungs-Verhältnis, eine wesentliche Rolle. Vorteile Kurzhuber – Bei gleicher Schnellläufigkeit (v_m = konstant) kann die Motordrehzahl und damit die Motorleistung erhöht werden. – Das Drehmomentmaximum verschiebt sich dabei ebenfalls in den Bereich höherer Drehzahlen. – Größere Ventilquerschnitte haben keinen Einfluss (Verhältnis Ventilquerschnitt zu Kolbenoberfläche) ... Für gute Restgasausspülung möglichst große Ventilquerschnittsflächen (bei Ladermotor) S. 53 Fazit: Kurzhuber repräsentiert höheres Leistungspotenzial. Größere Oberfläche des Brennraumes vergrößert die Wärmeverluste.

[2] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN -10: 3-528-13903-x S. 513 Kurbelwellenlose Triebwerke – Kurvenbahn-Motoren – Kurvenscheiben-Motoren S. 660 Motorenkonzepte S. 675 Kurbelwellenlose Triebwerke S. 675 Kurvenscheiben-Motoren – Verbesserung des PLV-Bewegungsverlaufes der Kolben zur Verbesserung des thermodynamischen Prozesses. – Verbesserung des mechanischen Wirkungsgrades der Umwandlung von oszillierender in rotierende Bewegung Rollen wirken auf eine Kurvenscheibe (Lemiskate) Kurvenbahn-Motoren Rollen greifen an der sinusförmigen Kurvenbahn an. S. 676 Schiefscheiben- oder Schrägscheiben-Motoren → Ungünstige tribologische Verhältnisse bei der Kraftübertragung. S. 676 Taumelscheiben-Motor Insgesamt haben diese Drehmomentwandler wesentliche Nachteile, weil die Kraftübertragung durch Rollen mit Linienberührung stattfindet (hohe Flächenpressung und Abnutzung). [Kommentar H. Wenz] S. 677 Liste der Motorarten S. 658 Motorkonzepte Definitionen: Arbeitsverfahren (2-Takt – 4-Takt) Arbeitsprozess (Diesel – Otto) Wirkungsweise (einfach – doppelt wirkend) Kühlungsart (Wasser – Luft) usw. S. 660 Fazit: Dabei hat sich das Hubkolbentriebwerk bis jetzt allen kurbelwellenlosen Triebwerken als überlegen erwiesen. Das gilt für die Steuerung des thermodynamischen Prozesses wie auch für den Wirkungsgrad der wechselseitigen Umwandlung von Hub- in Drehbewegung. → Hubkolbentriebwerke S. 564 Kurbelschlaufen-Motor (schwenkbares Pleuel)

[3] Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 S. 191 p,V-Diagramm Dieselmotor (DM) Druck p höher als Ottomotor (OM) → Die Differenz von Δp zwischen „p_max DM und p_max OM" bei 90°KW ist wesentlich geringer als bei p_max (ungefähr 1/3 von Δp bei p_max). [Kommentar H. Wenz] Fazit: → DM hat größeren Effekt bei PLV als bei OM. Die Anwendung des PLV bei LKW-DM und Schiffs-DM bringt sehr große ökonomische Vorteile, weil die Betriebskosten wesentlich durch die Energiekosten bestimmt sind, abgesehen von der großen Emissionsverringerung. [Kommentar H. Wenz]

[4] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor + Motorradmotoren und Sondermotoren ISBN 3-8348-0227-1 S. 326 Ziele – Verbesserung der Fahrleistung – Minimierung des Kraftstoffverbrauchs und damit der CO₂ Emission – Erfüllen der Normen für Abgasqualität z. B. EU4, EU5, ULEV S. 387 Wasserstoff-Kreiskolbenmotor (wichtige Information Vergleich Hubkolbenmotor!) Wasserstoffverbrennung läuft langsamer ab als beim Hubkolbenmotor. S. 47 Energiebilanz am Motor – Bilanzgleichung Zur Darstellung einer Energiebilanz definiert man eine Systemgrenze und betrachtet die über diese Grenze fließenden Stoff- und Energieströme. → Der klassische Kurbeltrieb ist innerhalb der Systemgrenze, also seine gesamten Verluste sind innerhalb des Systems eingeschlossen. [Kommentar H. Wenz]

[5] Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk ISBN 3-8023-1591-x Meisterwissen, ISBN 3-8023-1888-9

[6] S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8

B. Literatur Wirkungsgrad

[7] Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0

[8] Braess/Seiffert, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-528-33114-3 S. 143 Wirkungsgrade Effekt. Wirkungsgrad η_e η_e = 0,36 Pkw-Ottomotoren η_e = 0,43 Dieselmotoren S. 150 Bild + Text: Gaskraftzerlegung und resultierende Kolbenkraft F_K (aus Massen und Gaskraft)

[9] Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN -10: 3-446-40590-9 S. 6 Wirkungsgrad Verluste am Verbrennungsmotor Zugeführte Leistung 100% 19 Abgasverlust 35% (enthält Kurbelwellenverluste, siehe Energiebilanz) [Kommentar H. Wenz] 20 Kühlwasserverlust 21% 21 Reibungs- und Strahlungsverlust 10% Nutzleistung 34%

[10] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN -10: 3-528-13903-x 6 Definitionen des Wirkungsgrades

[11] Köhler/Flierl, Verbrennungsmotoren ISBN 3528431083 S. 37 Wirkungsgrad

[12] Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-8085-2135-x S. 30 Wirkungsgrad η_e = 0,36 EM η_e = 0,32 OM η_e = 0,32 DM η_e = 0,95 Wechselgetriebe (analog neuartige Kurbelwelle PLV) [Kommentar H. Wenz]

[13] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 113 Wirkungsgrad S. 1355 Der maximale Gasdruck wird nach DIN 1940 als Verbrennungshöchstdruck p_max bezeichnet. Arbeitswerte für p_max sind in Tabelle 12.7 (S. 1328) angegeben. S. 1220 Gliederung der Motorteileumfänge

C. Kurbeltrieb und Verbrennungsablauf
1. Status klassische Kurbeltriebe

[14] Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 Definition Triebwerk: S. 49: Kurbeltrieb, Aufbau und Funktion: „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt, sondern auch in unübertroffener Weise die Umsetzung von thermodynamischen Prozessen ermöglicht, die bezüglich Arbeitsausbeute, Wirkungsgrad und technischer Realisierbarkeit ein Optimum darstellen. Diese Vorteile werden allerdings mit gravierenden Nachteilen erkauft: • Begrenzung der Drehzahl – und damit der Leistungsentwicklung – durch freie Massenwirkungen. • Ungleichmäßige Kraftabgabe, deren Beherrschung besondere Massnahmen erfordert ... • hohe Schwankungsbreite der Kraftverläufe im Vergleich zu den Nennwerten dieser Kräfte. • ... " S. 52 Schränken/Desaxieren Durch Schränken bzw. Desaxieren des Kurbeltriebe, d. h. Verschieben der Anlenkpunkte des Pleuels an den Kolben und Kurbelzapfen aus der Zylinderachse um einen Betrag y kann der Kurbeltrieb im jeweils erwünschten Sinne verändert werden (Bild 6–8). S. 12 Kurbeltrieb S. 50 Kolbenweggleichung s = f(φ) S. 53 Kräfte am Kurbeltrieb S. 54 Kolbenkraft, Stangenkraft, Normalkraft S. 55 Tangentialkraft ergibt das Drehmoment S. 56 Konstruktion Kräfteparallelogramm

2. Gasdruckanalyse klassische Kurbeltriebe

Beispiel am realen klassischen Prozess

[15] Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch ISBN 978-3-83480138-8 Kurbeltrieb, Zeichnung mit Parametern F_S = F_G/cosβ F_N = F_G·tanβ F_R = F_G·cos(α + β)/cosβ F_T = F_G·sin(α + β)/cosβ mit λ = r/2; sinβ = λ·sin2 cosβ = √1 – λ²·sin²α

[16] Lexikon Motorentechnik, ISBN-10: 3-528-13903-x S. 987 Druckverlauf, Bsp. 8°KW nach Zündung (ca. 30°KW vor OT) beginnt die Verbrennung, ca. 38°KW nach OT ist sie beendet. S. 988 Bei 40°KW nach OT ist der Wendepunkt des Druckberges. S. 990 zyklische Schwankungen: Bei ca. 40°KW nach OT ist der Wendepunkt des Druckberges. S. 569 Tangentialkraft Ein nutzbares Moment entsteht nur durch die tangentiale Komponente des Gaskraft. S. 1082 Zylinderdruckverlauf Dieselmotor in Abhängigkeit vom Brennverfahren – Direkte Einspritzung p_max bei ca. 5°KW – Vorkammer p_max bei ca. 5°KW S. 1083 Ottomotor p_max bei ca. 8°KW S. 1081 Zyklische Schwankungen von p im Arbeitsspiel S. 1003 Variable Verdichtung Die variable Verdichtung ist vor allem beim Ottomotor wirkungsgraderhöhend, da sein Verdichtungsverhältnis durch die Klopfneigung des Ottokraftstoffes begrenzt ist: → > V bei Teillast → > Innenwirkungsgrad aufgeladener Motor mit Betriebspunktverlagerung Teillast ε = 13,5; bei Volllast ε = 8 S. 1004 Systeme mit variabler Verdichtung S. 263 ff. Gemischbildung S. 273 Gleichraumverbrennung Bei der Gleichraumverbrennung ändert sich das Volumen des Brennraumes während des Verbrennungsvorganges nicht. S. 452 Kreisprozess

[17] Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor S. 37 Vergleichsprozesse S. 40 Offene Vergleichsprozesse S. 54 Gasdruckverläufe eines aufgeladenen Dieselmotors mit Direkteinspritzung Gasdruck im Zylinder (bar), Kurbelwellenstellung (°KW) p,φ-Diagramm. p_max ca. 155 bar mit 100% Leistung bei ca. 372°KW bzw. 12°KW nach OT = 0°KW p = 28 bar bei 450°KW bzw. 90°KW nach OT 0°KW Druckverlauf bei HCCI-Verbrennung p_max bei ca. 5°KW. S. 597, 598 HCCI-Motor, S. 622 HCCI-Verfahren; HCCI = vollkommen homogene Dieselverbrennung. S. 624 Mehrfacheinspritzungen während des Kompressionshubes zur Erzeugung eines homogenisierten Teilgemisches und dessen definierte Zündung durch eine Haupteinspritzung. Da die homogene Selbstzündung auch für Ottomotoren interessant ist, nähern sich wahrscheinlich in Zukunft Verbrennungsverfahren der Diesel- und Ottomotoren einander an. S. 82 Variable Verdichtung, Prinzipien – Kolben mit variabler Kompressionshöhe – Vergrößerung bzw. Verkleinerung des Brennraumes – Verlagerung der Kurbelwellenachse z. B. durch ein Parallelkurbelgetriebe – Neigung des Zylinderkopfes – Bild 6–73 Prinzipien zur variablen Verdichtung, S. 83 Literatur

[18] S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 S. 29 Gasdruckverlauf eines 4-Takt Dieselmotors bei Betrieb auf der Propellerkurve: p_max bei ca. 8°KW

[19] v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 S. 1579 Motor-Entwicklungsziele – Down Sizing (Motoren mit kleiner Hubvolumina) – variable Verdichtungsverhältnis – Bordnetz 42 Volt, bestens für elektromagnetische Aktuatoren – Schwungnutz-System als E-Motor/Generatoreinheit zwischen Verbrennungsmotor und stufenlosem CVT-Getriebe.

[20] van Basshuysen, Ottomotor mit Direkteinspritzung ISBN: 978-3-8348-0202-6 S. 86–87 Extremklopfen/Megaklopfen, heute: ereignisorientierte Klopfregelungs-Systeme mit Spätstellung des Zündwinkels.

D. Begriff „Triebwerk"

[21] Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 S. 49: Kurbeltrieb, Aufbau und Funktion: „Das Triebwerk – umgangssprachliche Bezeichnung für den Kurbeltrieb – ist eine Funktionsgruppe, die nicht nur eine wirkungsgradgünstige Umwandlung von oszillierender (hin- und hergehender) in drehende Bewegung bewirkt, sondern auch in unübertroffener Weise die Umsetzung von thermodynamischen Prozessen ermöglicht, die bezüglich Arbeitsausbeute, Wirkungsgrad und technischer Realisierbarkeit ein Optimum darstellen. Diese Vorteile werden allerdings mit gravierenden Nachteilen erkauft: • Begrenzung der Drehzahl – und damit der Leistungsentwicklung – durch freie Massenwirkungen. • Ungleichmäßige Kraftabgabe, deren Beherrschung besondere Massnahmen erfordert ... • hohe Schwankungsbreite der Kraftverläufe im Vergleich zu den Nennwerten dieser Kräfte.

[22] van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x S. 923: Triebwerk Hubkolbenmotor (→ Kurbeltrieb): „Das Triebwerk des Hubkolbenmotors dient dazu, die während der Verbrennung entstehende Gaskraft über Kolben, Pleuel und Kurbelwelle in ein Nutzdrehmoment zu wandeln. ..."

[23] Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. A ISBN 3-540-22142-5 P 5: Triebwerksbauarten: „→ Kraftübertragung zwischen Kolben und Triebwerk"

[24] Wahrig, Deutsches Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-10: 3-577-10241-1 „Triebwerk 1 (Tech) Antriebsvorrichtung, 2 (Flugw.) 2.1 Motor mit Propeller, 2.2 Vorrichtung zum Erzeugen eines rückwärts gerichteten Luft- o. Gasstrahls"

[25] Wahrig, Synonym Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-13: 3-577-10189-X Triebwerk: „Maschine, Motor, Kraftquelle"

[26] Duden, Das Synonymwörterbuch ISBN-10: 3-411-04084-X Triebwerk: „Motor (ugs.): Maschine; (ugs: umgangssprachlich)"

[27] ./.

E. Elektrische Maschinen

[28] Lehrbuch Elektrotechnik ISBN 3-8085-3159-2 Scheibenläufermotor – wird als Servomotor (SM) eingesetzt; SM sind Hilfsmotoren für einen Steuervorgang – in Millisekunden auf Nenndrehzahl und wieder auf Halt und in Drehrichtung umgesteuert – hohe Stromdichte – kurzfristige starke Überlastung – sehr genaue Positionierung – Leistung 20 W bis 10 k

[29] Böge/Plassmann, Handbuch Elektrotechnik ISBN 978-3-8348-0136-4 S. 835 Servomotor Das Impuls- oder Spitzendrehmoment M_Imp ist das maximal zulässige Drehmoment. Es kann bis zum zehnfachen Wert des Nennmomentes betragen. – Scheibenläufermotor – Stabankermotor Kann bis zu Drehzahlen von 0,2 min^–1 eingesetzt werden. Spitzenmoment ist bei hohen Drehzahlen zu reduzieren Bürsten- und Kommutatorverschleiß (wartungsintensiv) Alternative: bürstenloser Gleichstrom-Servomotor, Lagegeber erforderlich

[30] Bosch, Kraftfahrtechnisches Handbuch ISBN 3-8348-0138-0 S. 183 EC-Motoren, EC = „elektronisch kommutierter Gleichstrommotor" – wartungsfrei, hohe Lebensdauer – stufenlose Drehzahlregelung – Drehrichtungsumkehr – Sanftanlauf und Blockierschutz Für Verstellantriebe – als hochgenauer Servomotor – hohe Dynamik

PLV-Parameter

α

Pleuelschwenkwinkel = Winkel Zylinderachse – Pleuel

φ

Kurbelwinkel zwischen Zylinderachse – Vektor KW-Mitte-Hubzapfen

φ₀

Winkel bis p_max bei Otto (17°KW) bzw. HCCI-Prozess (5°KW)

φ₀'_min

minimaler Winkel bei kleinster Pleuellänge (3,0·R_KW)

φ₀'_max

maximaler Winkel bei größter Pleuellänge (4,5·R_KW)

Δφ₀'_min

minimale Verlagerung ab φ₀

Δφ₀'_max

maximale Verlagerung ab φ₀

φ₀''_min

Kompressions-Winkel, Tangentenpunkt bei kleinster Pleuellänge (3,0·R_KW)

φ₀''_max

Kompressions-Winkel, Tangentenpunkt bei größter Pleuellänge (4,5·R_KW)

β

Pleuel-Winkel: Winkel zwischen Pleuelachse und Vektor KW-Mittelpunkt – Pleuelanlenkpunkt; β-Soll = 90° ergibt größten Hebelarm. Der Winkel β hängt von der Pleuellänge bei konstantem Winkel φ ab.

β₀

bei φ₀ bei p_max z. B. bei 17°KW

β_min

bei minimaler Pleuellänge I_min = 3,0·R_KW = 3,0·RKW

β_max

bei maximaler Pleuellänge I_max = 4,5·R_KW = 4,5·RKW

ω

Winkelgeschwindigkeit = 2·π·n

ε

Verdichtungsverhältnis

η

Wirkungsgrad

η_KT

Wandlungswirkungsgrad

A

Planeten-Arm

AV

Auslassventil

E_K

Energie Kraftstoff

E

Exzenter

E-DG

Exzenter-Differenzialgetriebe

e

Exzentrizität

EV

Einlassventil

F

Kraft

F_K

Kolbenkraft in Zylinderachse verursacht durch den Gasdruck

F'_K

verlagerte Kolbenkraft

F'_Kmax

verlagerte Maximal-Kolbenkraft

F_St

Stangenkraft

F_St'

verlagerte Stangenkraft

F_R

Radialkraft

F_T

Tangentialkraft

FKM

Feldkraftmaschine

D

Zylinder Bohrungs-Durchmesser

DM

Dieselmotor

h

effektiver Hebelarm

H

Hub = 2 RKW

Heff

Hub effektiv = = 2 RKW + RVW, (Bandbreite PKW-Motoren: Bohrung × Hub = 66,0–104,8 × 64,0–105,8; kleinster Motor: Honda That S 66 × 64)) +R_VW, (Bandbreite PKW-Motoren: Bohrung × Hub = 66,0–104,8 × 64,0–105,8; kleinster Motor: Honda That S 66 × 64))

H_Lmax

Langhub maximal bezüglich oberer P_AP-Bahn

H_Lmin

Langhub minimal bezüglich unterer P_AP-Bahn

H_Kmax

Kurzhub maximal bezüglich oberer P_AP-Bahn

H_Kmin

Kurzhub minimal bezüglich unterer P_AP-Bahn

H/D

Hubverhältnis Hub H zu Bohrung D (Kurzhuber 0,9 ... 0,7 – Langhuber > 1 → 1,1 ... 1,3)

HZ

Hubzapfen

KW

Kurbelwelle

K_S

Kolbenschwinge

K

Kolben

KZ

Kolbenzapfen

KZ'

Kolbenzapfen mitte Variatorwelle

L_P

Pleuellänge maximal

L

Linksrotation

L_K

Linkskorrektur

M, M_d

Drehmoment

M_KW

Mittelpunkt Kurbelwelle

M_VW

Mittelpunkt Variatorwelle

M_HZ

Mitte Hubzapfen

OM

Ottomotor

OT

oberer Totpunkt

OT'

oberer verlagerter Totpunkt bezüglich oberer P_AP-Bahn

OT''

oberer verlagerter Totpunkt bezüglich unterer P_AP-Bahn

OT₀

OT – Nulldurchgang um OT ohne Höhenkorrektur zu durchlaufen

ΔOT

Differenz OT – OT'

OT'_min–max

Bandbreite

p

Druck

Δp,V

Druck-, Volumen-Änderung

P_Atmos

Atmosphärendruck

p_max

Maximaldruck

p_max'

um Winkel φ₀' verlagerter Maximaldruck

p_K

Kompressionsdruck

p_Kmax

Kompressionsdruck Maximum

p_A

Druck Verbrennung Anfang

p_A'

verlagerter Druck Verbrennung Anfang

p_E

Druck Verbrennung Ende

P_E'

verlagerter Druck Verbrennung Ende

P

Leistung = W/t, dW/dt

P_e

effektive Leistung

P

Pleuel mit Pleuellänge l = λ·R_KW λ = l/R_KW; R_KW = Kurbelradius, l = Pleuelstangenlänge, variables λ = 3,0–4,5 Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk

P_AP

Pleuelanlegepunkt an HZ oder VW-Zapfen

P_AP'

Pleuelanlegepunkt auf der P_AP-Bahn

P₀

ursprüngliche Pleuel-Stellung im klassischen Prozess

P₁

längstes Pleuel 1 = 4,5·R_KW

P₂

kürzestes Pleuel 2

P_1E

Pleuel 1 Expansions-Takt

P_2E

Pleuel 2 Expansions-Takt

P_1V

Pleuel 1 Verdichtungs-Takt

P_2V

Pleuel 2 Verdichtungs-Takt

P_W

Pleuelwendepunkt

QPG

Quasi Planeten-Getriebe/Umlaufgetriebe Definition „Quasi": Es fehlt das Innenrad; Planeten-Arm (Steg) läuft um, Außenrad dient zur Differenzsteuerung der Planeten-Arm-Richtung während das Planetenrad mit dem Planeten-Arm auf dem Außenrad umläuft. Außerdem kann ein zweites Außenrad mittels Planetenrad und Exzenterrad sowie Exzenter im Pleuelanlegepunkt die Länge A des Planetenarms steuern.

R

Radius KW-HZ

R_VW

Radius Variatorwelle

R

Rechtsrotation

R_K

Rechtskorrektur

S

Ausleger-Steg

S_0,1,2

Servo-Positionen

s

Weg = Hub

TP

Tangentenpunkt: Pleuel-KW-Kreis

T

Temperatur

t

Zeit

U

Umlaufgetriebe

UT

unterer Totpunkt

UT'

unterer verlagerter Totpunkt

UT_VW

Unterer Totpunkt Variatorwelle

Ü

Übersetzungsverhältnis

V

Volumen

V_C

Hubraum

V_h

Verdichtungsraum

V_mech

mech. Verstärkungsfaktor

V_max

mech. Verstärkungsfaktor Maximum

V_min

mech. Verstärkungsfaktor Minimum

VW

Variatorwelle

V_A

Verbrennung Anfang

V_E

Verbrennung Ende

V_th

Verstärkungsfaktor thermischer Wirkungsgrad

V_energ

Verstärkungsfaktor energetischer Wirkungsgrad

vk

Verkürzen des Pleuels

vl

Verlängern des Pleuels

W

Arbeit

WKM

Wärmekraftmaschine

Z_E

Exzenterzahnrad

ZA

Zylinderachse

Z_A

Außenzahnrad

Z_I

Innenzahnrad

Z_P

Planetenzahnrad

Z

Zündung

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Nicht-Patentliteratur

- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0274]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN -10: 3-528-13903-x [0274]
- Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 [0274]
- Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor + Motorradmotoren und Sondermotoren ISBN 3-8348-0227-1 [0274]
- Vogel Fachbuch, Die Meisterprüfung im KfZ-Handwerk ISBN 3-8023-1591-x [0274]
- S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 [0274]
- Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik, Europa Lehrmittel ISBN 3-8085-2238-0 [0274]
- Braess/Seiffert, Handbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-528-33114-3 [0274]
- Rainer Kurek, Nutzfahrzeug Dieselmotoren ISBN -10: 3-446-40590-9 [0274]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN -10: 3-528-13903-x [0274]
- Köhler/Flierl, Verbrennungsmotoren ISBN 3528431083 [0274]
- Tabellenbuch Kraftfahrzeugtechnik ISBN 3-8085-2135-x [0274]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0274]
- DIN 1940 [0274]
- Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 [0274]
- Bosch, Kraftfahrtechnisches Taschenbuch ISBN 978-3-83480138-8 [0274]
- Lexikon Motorentechnik, ISBN-10: 3-528-13903-x [0274]
- Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotor [0274]
- S. Zima, Motorkolben ISBN 3-528-03986-8 [0274]
- v. Küntscher, W. Hoffmann, Kraftfahrzeugmotoren, ISBN-13: 978-3-8343-3000-0 [0274]
- van Basshuysen, Ottomotor mit Direkteinspritzung ISBN: 978-3-8348-0202-6 [0274]
- Van Basshuysen/Schäfer, Handbuch Verbrennungsmotoren, ISBN 3-8348-0227-1 [0274]
- van Basskuyen/Schäfer, Lexikon Motorentechnik ISBN-10: 3-528-13903-x [0274]
- Dubbel, Taschenbuch für den Maschinenbau, 21. A ISBN 3-540-22142-5 [0274]
- Wahrig, Deutsches Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-10: 3-577-10241-1 [0274]
- Wahrig, Synonym Wörterbuch, Bertelsmann Lexikon Institut ISBN-13: 3-577-10189-X [0274]
- Duden, Das Synonymwörterbuch ISBN-10: 3-411-04084-X [0274]
- Lehrbuch Elektrotechnik ISBN 3-8085-3159-2 [0274]
- Böge/Plassmann, Handbuch Elektrotechnik ISBN 978-3-8348-0136-4 [0274]
- Bosch, Kraftfahrtechnisches Handbuch ISBN 3-8348-0138-0 [0274]

Claims

Erster unabhängiger Patentanspruch 1. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Pleuel-Längen-Variator. PLV-Triebwerk bestehend aus einem klassischen Kurbeltrieb mit Pleuel-Stange und Kurbelwelle, ist dadurch gekennzeichnet, dass die klassische Pleuel-Stangenlänge durch einen Pleuel-Längen-Variator – ohne Veränderung der Kolbenzapfen-Position (KZ) mit Kolbenboden, auf der Zylinderachse – verlängert wird, so dass die Pleuel-Stangenkraft (F_ST) vom oberen Totpunkt (OT) a) bei einem PLV-Kurbeltrieb zum Tangentenpunkt TP, und b) bei einem PLV-Motor zum verlagerten oberen Totpunkt (OT') auf dem Kurbelkreis, in die Nähe vor dem Tangentenpunkt (TP) „Pleuel-Stange mit Kurbelkreis", gelegt wird. Dadurch wird die ursprüngliche Tangentialkraft F_T bei OT am Tangentenpunkt (TP) zu F_Tmax', womit ein erheblich größeres Drehmoment auskoppelbar wird. Analog wird dieses Prinzip mit den Varianten A und B auch bei der Kompression angewendet. Die Verlängerung wird von TP–UT' bis OT wieder zurückgestellt.
Zweiter unabhängiger Patentanspruch 2. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess. PLV-Triebwerk bestehend aus einem thermodynamischen Kreisprozess (p,V-Diagramm), beginnend in der Expansionsphase zur Erzeugung von Arbeit mit der Zündung (Z) vor OT, Verbrennungsanfang (V_A) vor OT, Maximaldruck (p_max) kurz nach OT und Verbrennungsende (V_E) weiter nach OT, ist dadurch gekennzeichnet, dass der gesamte thermodynamische Kreisprozess mit dem Verbrennungsanfang V_A' an die Position OT' verlagert wird, womit der später entstehende Maximaldruck p_max' am Tangentenpunkt TP zu liegen kommt und mittels der an TP maximalen Tangentialkraft F_Tmax' ein maximales Drehmoment M_max auskoppelbar wird. 3. Bei der Kompression sind Prinzip A, A⁺ und Prinzip B möglich: Bei Prinzip A, A⁺ wird in der Kompressionsphase die maximale Tangentialkraft am Tangentenpunkt TP (bei ca. 280°KW) mit isochorer Kompressions-Verlagerung nach OT' bzw. TP (bei ca. 80°KW) durchgeführt. Bei Prinzip B wird die Kompression in einer ersten Stufe von UT mit VW vorzugsweise bei VW_UT bis OT begonnen und in einer zweiten Stufe bis OT' bzw. TP (bei ca. 80°KW) beendet. 4. Mechanische Wirkung: Die Leistung ist gleich Drehmoment mal Winkelgeschwindigkeit (P = M·ω). Die Treibstoffenergie E_K bezieht sich auf 100% (99,9%) Treibstoffverbrauch bei einer bestimmten Drehzahl n. Wenn durch das PLV-Triebwerk das Drehmoment durch die mech. Verlagerung erhöht werden kann um den Faktor x, so kann die Drehzahl gleichermaßen um den Faktor x sinken – bei gleicher Leistung. Demzufolge sinkt der Treibstoffverbrauch mit dem Faktor x pro Zeiteinheit. 5. Thermodynamische Wirkungsgraderhöhung: b) Durch die Verlagerung des Prozesses von OT nach OT', d. h. der Verbrennungsanfang V_A beginnt nicht vor OT, sondern nach OT bei OT', c) die Kompression erfolgt bei Prinzip B über ca. 250°KW, d. h. ca. 1,4 mal langsamer pro Zeiteinheit als der klassische KT – in dieser Zeit kann sich das komprimierte Gemisch weiter abkühlen und länger gekühlt werden, d) der Motor läuft mit Faktor x kleinerer Drehzahl; das kältere Gemisch kann höher verdichtet werden, e) die mit Faktor x kleinere Drehzahl hat erhebliche thermodynamische Auswirkungen, f) der Druckverlust Δp bei Hub-Beginn ab OT' und bei gleichzeitigem Druckaufbau p_VA nach Verbrennungsbeginn ab OT', soll im Gleichgewicht stehen bis ab diesem Gleichgewichtspunkt nur ein Drucküberschuss die Tangentialkraft auf die KW erzeugt; diese differenzielle Kolben-Hub-Funktion wird durch die Exzenterstellung mit der Planetenarmlänge A relativ zur Hubzapfen-Position geregelt. Bei diesen Prozessen wird ein p,F_T,V-Diagramm benötigt.
Dritter unabhängiger Patentanspruch 6. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe 7. PLV-Variante Prinzip 1 PLV-Triebwerk bestehend aus einem Umlaufgetriebe (U₁) ist dadurch gekennzeichnet, dass das Planetenzahnrad (Z_P) auf dem Hubzapfen (HZ) der Kurbelwelle /KW) gelagert ist und dort lose auf dem HZ rotieren kann, während es sich auf dem Aussenzahnrad ZA des stehenden Umlaufgetriebes (U₁) abwälzt. 8. Alternativ ist das Prinzip auch mit einem Innenzahnrad – statt Außenzahnrad – realisierbar; hierbei erfolgt eine Drehrichtungsumkehr des Planetenzahnrades. 9. An diesem Planetenzahnrad (ZP) ist ein Planeten-Arm (A) befestigt, dessen Länge die entstandene Längendifferenz als PLV zwischen Pleuelanlegepunkt P_PA und Hubzapfen (HZ) ausgleicht. Dieses Modul wird Variatorwelle (WV) genannt. Dies WV hat ebenso einen OT und UT. 10. Am Planeten-Arm A ist die Pleuelstange (P) mit dem Pleuelanlegepunkt (P_AP) drehbar verbunden. Bei Rechts-Rotation der Kurbelwelle mit dem HZ wälzt sich das Planetenzahnrad Z_P auf dem Außenzahnrad Z_A links herum ab, so dass sich der Planeten-Arm (A) ebenfalls linksherum dreht. Dadurch zeigt der Planeten-Arm (A) während des Umlaufs der KW in wechselnde Richtungen (Richtungs-Variation), und die Pleuelstange – bedingt durch die drehbare Kopplung am Pleuelanlegepunkt P_AP – wird dabei mitgenommen, wodurch der Kolben seine Hubbewegung ausführt, wenn das Aussenzahnrad dies nicht prozessbedingt durch Differenzsteuerung mit einer Rechtsdrehung verhindern soll. 11. Zu diesem Zweck wird das Aussenzahnrad (Z_A) an entsprechender HZ-Position, z. B. ab TP bei ca. 280°KW, nach rechts gedreht, so dass das Planetenzahnrad mit der Planeten-Arm-Richtung – durch diese Differenz in der Richtung – zurückgestellt wird. Der Planeten-Arm kann in die korrigierte Richtung stationär zeigen, bzw. mit anderer Geschwindigkeit/Beschleunigung bewegt werden. 12. Durch die Differenzsteuerung des stehenden/in Rast befindlichen Aussenzahnrades (Z_A) kann der Planeten-Arm (A) in jeder HZ-Position in die gewünschte Richtung gestellt werden, womit sich der Hub des Kolbenzapfens (KZ) in gewünschter Weise steuern lässt. 13. Insbesondere, wenn bei Kompressions-Phase Prinzip A der Hubzapfen (HZ) von der TP-Position bei ca. 280°KW über OT nach OT' dreht, muss der Kolbenzapfen KZ stationär in OT-Kolben-Position bleiben, d. h. seine Höhenposition nicht verändern. 14. PLV-Variante Prinzip 2 Bei Prinzip 2 sind die Außenzahnräder der Umlaufgetriebe U₁ (für A-Richtung) und U₂ (für A-Länge) nicht stationär/in Rast, sondern sie werden mittels einer zweiten Welle, die mit der Kurbelwelle gekoppelt ist deshalb simultan mit gleicher Rotationsgeschwindigkeit mitgedreht. Bei dieser zweiten Variante wird die einzustellende Differenz der Planeten-Arm-Richtung A durch Oszillation möglich, steuerbar durch verschiedene Möglichkeiten (unabhängiger Patentanspruch 5) über ein zwischengeschaltetes Differenzialgetriebe/Summiergetriebe.
Vierter unabhängiger Patentanspruch 15. PLV-Triebwerk bestehend aus einem Exzentergetriebe PLV-Triebwerk, bestehend aus einem Exzentergetriebe, ist dadurch gekennzeichnet, dass dieses Exzentergetriebe (E) im Pleuelanlegepunkt (P_AP) sitzt und bei Drehung des Exzenters – bedingt durch die Exzentrizität (e) – die effektive Länge des Planeten-Arms A zum Hubzapfen HZ variiert werden kann (A-Längen-Variation), womit die Position des Hubzapfens HZ, relativ zum thermodynamischen Prozess/Druck und Kolbenposition, mit Optimierung in Richtung Kurbelwinkel ±φ, verlagert werden kann. 16. Die Differenzdrehung des Exzenters E erfolgt vorzugsweise mittels eines zweiten Außenzahnrades (Z_A2) eines zweiten Umlaufgetriebes (U₂) (6 und 8), dessen Planetenzahnrad lose auf dem HZ sitzt und gleichzeitig das am Exzenter befestigte „Exzenterzahnrad" (Z_E) dreht, das wiederum den Exzenter mit der gewünschten Längenänderung mittels eines vor dem Außenzahnrad befindlichen zweiten Differenzialgetriebes/Summiergetriebes verstellt. 17. Erfindungsgemäß ermöglicht das erste Differenzialgetriebes/Summiergetriebes die Richtungs-Variation von A, das zweite Differenzialgetriebes/Summiergetriebes die Längen-Variation von A.
Fünfter unabhängiger Patentanspruch 18. PLV-Triebwerk bestehend aus einem aktiv steuerbaren Pleuel-Längen-Variator PLV-Triebwerk bestehend aus einem steuerbaren Pleuel-Längen-Variator, ist dadurch gekennzeichnet, dass die bei Prinzip A oder B durch Richtungs-Variation zu verkürzende oder zu verlängernde Planetenarm-Länge A und – abhängig vom thermodynamischen Prozess – die mittels des Exzenters E durch partielle Längen-Variation zu verlängernde oder zu verkürzende Länge A, durch eine Steuerung realisiert wird. 19. Diese Steuerung wird realisiert z. B. durch: a) das normalerweise stehende/in Rast befindliche Außenzahnrad von U₁ bzw. U₂ wird direkt durch je einen Servomotor angetrieben, oder b) die Außenzahnräder von U₁ bzw. U₂ werden durch eine mit der Kurbelwelle angetriebene zweite Parallelwelle plus einem in dieser zweiten Welle und vor den Außenzahnrädern geschalteten Differenzial/Summiergetriebe – für die Richtungssteuerung von A – mit einem Servomotor angetrieben. Eine Servo-Motor-Steuerung wird auch für das vor dem zweiten Außenzahnrad vorgeschaltete Diffrenzialgetriebe/Summiergetriebe zur Längensteuerung von A verwendet, oder c) ein elektromechanischer 42 V Aktuator (leichte Steuerbarkeit), oder Piezo Aktuator-Trieb, am jeweiligen Differenzialgetriebe/Summiergetriebe, steuert die Oszillations-Differenz, oder d) ein Regelgetriebe (Reibrad, hydrostatisch, Spreizscheibe, etc.) statt der Differenzialgetriebe/Summiergetriebe steuert die Oszillations-Differenz, oder e) eine Nockenwelle, deren Kipphebel mit Stößel die Differenz-Oszillation (bei festem Bewegungsgesetz der Nocken) des Differenzial-/Summiergetriebe bewirkt, oder f) durch eine von der Kurbelwelle angetriebene Parallelwelle mit Kupplungen und/oder Bremsen bewirken die Differenz-Steuerung. 20. Halte-Energie für die isochore Verlagerung nach OT' bei Prinzip A Damit die Halte-Energie-Verluste bei der isochoren Verlagerung nicht auftreten können, wird der Kolben in seiner Position mechanisch über die Zeit von TP bis OT' arretiert; beachte Arretierungsbereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub). Dies geschieht sehr schnell, kraftvoll und effizient vorzugsweise durch: a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie: – elektromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen, – hydromechanischer Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen, – Piezo-Aktuator mit Arretierung vorzugsweise im Kolbenzapfen, b) direkte Verfahren aus Schwungenergie: – Nockenwelle mit Stößel steuert die Arretierung. Das Prinzip A bewirkt eine Kompression in ½ der klassischen KT-Zeit. Zur Vermeidung des unter Druck stehenden isochoren Verlagerungverlustes (Transportverlust) von TP bis OT' wird eine mechanische Arretierung des Kolbens vorgenommen. 21. Prinzip B mit Verlagerung von p_Kmax nach OT' bzw. TP: Beim Kompressionsprinzip B gibt es verschiedene Hub-Varianten mit jeweils verschiedenen Hub-Bewegungsgesetzen in Kombination mit Rechts- oder Links-Drehrichtung des Planetenarms: Der Hub erfolgt in zwei Stufen: 1. Stufe: HZ = 180°KW bis HZ = 0°KW = Planetenarmposition A₀. bzw. A₁ bei VW 225° (vgl. Höhe Kolben-Position). Die 2. Stufe beginnt bei HZ = 0°KW und endet bei HZ OT' ca. 70°KW oder TP ca. 80°KW. In der 1. Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (KW-Rechtsrotation) zur Kompression genutzt – hierbei dreht der Planetenarm A vorzugsweise mit Linksrotation. In der 2. Stufe muss entgegen (Linksrotation) der Umlaufrichtung der KW die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression. Oder der gesamte Hub von UT bis OT' (H = H1 + H2) wird stetig/funktional über die Hubhöhe oder dem Kurbelwinkel gesteuert. Der effektive Kolbenhub H_eff mit effektivem positiven Druck (+p_eff) – bei Voll- bis Teillast – wird als Differenz zwischen dem Kolbenhub H(ΔA) durch die Planetenarm-Richtung A minus H(ΔL) durch die Exzenterstellung E gesteuert. 22. Das Optimum der verschiedenen Prinzipien zeigt die Energiebilanz, einerseits die aufzuwendende Kompressionsarbeit, andererseits die Erwärmung des Gemisches, wenn möglich soll das Gesamtergebnis der beider Kompressionstufen näherungsweise adiabatisch sein, was von der Kompressionsgeschwindigkeit abhängt. Der Prozess ist um so idealer/adiabatischer, je langsamer und gleichmäßiger er abläuft – bei möglichst hohem Verdichtungsgrad. 23. Energie für die Verlagerung nach OT' bei Prinzip B In der 1. Hub-Stufe wird die Schwungenergie in Umlaufrichtung (rechts) zur Kompression genutzt. In der 2. Hub-Stufe muss entgegen der Umlaufrichtung (links) der KW-Rotation die Kompressionsarbeit geleistet werden – diese Arbeit/Energie bestimmt die Differenz ΔW bzw. ΔE zwischen Expansion und Kompression. Damit die Arbeit/Energie-Verluste klein bleiben, wird die Steuerung des Planetengetriebes für die Richtung des Planetenarms (beachte Bereich zwischen Voll- und Teillast-Kompression (Kolbenhub)) durch: a) indirekte Verfahren aus Schwungenergie: – elektromechanischer Aktuator, – hydromechanischer Aktuator, – Piezo-Aktuator, b) direkte Verfahren aus Schwungenergie: – Nockenwelle mit Stößel; Nockenwelle ist mit KW gekoppelt, genutzt. 24. Zwangsführung/-kopplung Erfindungsgemäß besteht eine Zwangsführung/-kopplung zwischen OT und OT' bzw. TP derart, dass eine feste Beziehung zwischen der Position des HZ der KW und der Richtung des Planetenarms A und der damit zusammenhängenden Kolbenposition (Hub) besteht, so dass der HZ, d. h. die KW, sich nicht weiterdrehen kann, wenn der Kolben nicht die entsprechende Kompression durch die auf die Differenzsteuerung des Quasi-Planetengetriebes bewirkt hat. Durch die Zwangsführung/-kopplung der absoluten Kolbenposition mit der absoluten HZ-Position der KW kann der erreichte Kompressionsdruck – über Kolben-Hub, Pleuel und Planetenarm – die Kurbelwelle nicht in eine andere Ist-Position verstellen, als die Soll-Position vorgibt. Die Steuer-Bewegung des Planetenarms kann oszillierend, d. h. Verlängerung von OT bis OT' und Verkürzung von ca. 135°KW bis UT = 180°KW, oder fortlaufend, d. h. Verlängerung und Verkürzung in einer Rechts- oder Links-Rotation, erfolgen. Beim Prinzip B ist eine wesentlich längere Zeit zum Komprimieren vorhanden (ca. 180° + 70° = 250°) im Vergleich zum Prinzip A (ca. 100°). Außerdem erfolgt die Kompression mit p_Kmax genau an der richtigen Stelle bei OT' und es besteht eine variable Steuerung für das Bewegungsgesetzes des Kolbens.
Sechster unabhängiger Patentanspruch 25. PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen. PLV-Triebwerk bestehend aus Energie-Wandler-Systemen, ist dadurch gekennzeichnet, dass 4-/8-Takt-Hubkolben-Verbrennungsmotoren, oder Hubkolben-Kompressoren, oder Hubkolben-Pumpen, oder Hubkolben-Feldkraftmaschinen oder klassische Kurbeltriebe durch dieses PLV-Triebwerk betrieben werden können, womit die Effizienz bzw. der Wandlungs-Wirkungsgrad mechanisch und thermodynamisch erheblich gesteigert werden kann. 26. Die Herstellung des PLV-Triebwerks kann in Makro-, Mikro- bis Nano-Technologie erfolgen.