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Wie bekannt arbeiten Verbrennungsmotoren,
Stirling-Motoren, Verdichter und Druckluftmaschinen nach dem thermodynamischen
Prinzip des Carnot-Kreisprozesses.
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Die Kombination von zwei oder mehr
mechanisch zusammengeschalteten Maschinen als Aggregat ist auch
innerhalb mehrzylindriger Kolbenmaschinen möglich, deren Ventilsteuerung
und somit Arbeitsschritt frei wählbar
ist. Druckluft-Arbeits-Anlasserschritt/Verbrennung-Arbeitsschritt/Verdichtung zur
Verbrennungsvorbereitung oder Druckluft-Lieferung, zur vielfältigen Nutzung.
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Der Patentanspruch zu 1. ist dadurch
gekennzeichnet, dass:
der Kolben-Verbrennungsmotor in mehrzylindriger Bauweise
, ausgestattet mit frei ansteuerbarer Ventil-Steuerung Ein-/Auslaßventil(e) mit zusätzlichem frei
ansteuerbaren Druck-Entnahme-Einblas-Ventil für Frischluft in den Brennraum
ausgestattet ist, welches die im 4-Takt-Verbrennungsmotor im Stand
der Technik bekannten Arbeitsschritte Ansaugen (AN) – Verdichten
(VE) Arbeiten (AR) – Ausblasen
(AS) erweitert um auch im Stand der Technik bekannte Zusatzfunktionen
Druckluftentnahme (DE) und Druckluft-Ladeluft-Zugabe (DL).
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Die in diesem Patentanspruch gewählte Lösung, der
- – frei
ansteuerbaren Ventile für
alle Funktionen ermöglicht,
- – vollkommen
freie Wahl der Aggregats-Arbeitsschritte gemäß im Arbeits-Schritt-Prozeß nutzbarer
Aggregatzustände
mit
- – weitestgehender
Vermeidung wirkungsgradmindernder Faktoren der Brennraum-Verbrennungsregelung
indem
Teillastzustände
aus Vollast- und Nichtlast- und/ oder Druckluftentnahme-Zuständen zusammengesetzt
werden.
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Desweiteren werden Verluste von Nebenantrieben
mit
- – weitestgehender
Vermeidung nicht erforderlicher Verluste aus vermeidbarer Verlustleistung,
insofern
vermieden, als das Nebenantriebe nicht im steten Mitlauf der Kurbelwelle,
sondern entkoppelt betrieben werden, über aus dem Prozeß der Arbeitsschritte
ausgekoppelte Druckluft, - – weitestgehende Vermeidung
von nicht erforderlichen Nebenaggregaten, welche durch die Nutzung
der Kolbenmaschine als Verbrennungs-/Verdichter-/Druckluftmaschine
mit Klima-Heizwärme-Kühlkälte-Erzeugung
entfallen,
welche sind: Verdichter/Anlasser/Klima-Kompressor sowie
entfallende: Nebenabtriebe/Zahnriemen/Nockenwellen mit Zubehör etc.
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Der um die Zusatznutzen erweiterte
Verbrennungsmotor, welcher – durch
Druckluft-Ladeluft-Zugabe (DL) aus dem Speicher (S) angeblasen und
gestartet wird – Stand
der Technik –,
benötigt
aus diesem Grunde keinen Anlassermotor (elektrisch- oder druckluftbetrieben).
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Im Leerlauf/Teillastzustand werden
nur soviel Voll-Lastzustände in optimalem
Brennraumnutzen erzeugt, welche notwendig sind, +++ die erforderliche
Leistung für
den anliegenden Lastzustand +++ zu erzeugen. Dieses ist möglich über die
völlig frei
ansteuerbaren Ventile für
alle Funktionen. Anstelle eines Teillast-Arbeitsschrittes werden
... optimaler Brennraum-Verbrennungs-Arbeitsschritt mit – "sogenannten Umlaufarbeitsschritten" (US) , hierbei wird die
Frischluft anstatt wie im Stand der Technik nachfolgend mit Brennstoff
im ungünstigen
Teillastbetrieb verbrannt, oder ohne Brennstoffzufuhr nach Verdichtung/Ausdehnung
unter Verlust ausgeschoben, im Umlaufarbeitsschritt verdichtet,
erhitzt und unter geringem Verlust bei geschlossenen Ventilen die
Temperatur-Ausdehnung als Stirling-Effekt genutzt. Mit jedem Umlaufschritt
stehen im -4-Takt-Prozeß nach Vollzug
n+1 mögliche
verdichtbare mit Frischluft gefüllte
Zylinder zur Verfügung.
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Dieser Effekt kann zur Überwindung
der Anfahrwiderstände
mit mehreren direkt nacheinander gezündeten Arbeitsschritten. genutzt
werden.
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Oder es wird zur Ladung des Druckluft-Speichers
anstelle Ausschub der Frischluft (z.B. Motorbremsvorgang) die Brennkammerluft über Druckluftentnahme
(DE) in den Speicher als Druckluft geladen, d.h. die Nutzung des
Kolbenmotors als Verdichter dient bei Motorbremsfahrt der Energie-Rückgewinnung,
verwendet wird ausschließlich
die Frischluft des Verdichtervorganges im Stand der Technik.
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Ob die Druckluft aus Energie-Rückgewinnung
oder Druckluftabnahme, wie im Stand der Technik, zum Anblasen der
Abgasturbine mit zusätzlichem
Ladeeffekt, oder Venturi-Effekten im Ansaugrohr herangezogen wird,
oder Direkteinblasung von Druckluft in den anlaufenden Verdichtungs-Arbeitsschritt
erfolgt über
Druckluft-Ladeluft-Zugabe, ist technisch unerheblich, wobei aber
die übliche
Luftmassenmessung der Motorsteuerung im Direkt-Brennraum-Ladevorgang
nicht möglich
ist, sondern über
andere Parameter erfolgen muß.
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Da die Druckluftentnahme/Druckluftzugabe über Drucksensoren
sinnvoll gesteuert wird, kann über
den Brennraumdruck am oberen Totpunkt, bekanntes Normalverdichtungsverhältnis zu
gemessenem Verdichtungsdruck-normalzu gemessenem Verdichtungsdruck-anliegend-
eine Analogie für
beste Brennstoffzufuhr hergestellt werden, wobei die Rechen-/Steuerzeit
zugegeben äußerst gering
vorgegeben ist.
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Die kombinierte Verbrennungs-/Verdichter- und
Druckluftmaschine kann Teillastzustände geringen Wirkungsgrades
vermeiden, Aufladevorgänge unabhängig von
der Drehzahl beliebig vollziehen, durch Mehrfach-Arbeitsschritt
den Anfahrwiderstand mit Drehmomentspitze überwinden.
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Der frei ansteuerbare Ventiltrieb
kann eingeschränkt
mit nockenwellengesteuerten Motoren nachgebildet werden, wenn Ventile
mit-sperrbaren Stößeln- verwendet
werden. Die Stößelstange
des Ventiles wird hierbei getrennt, der Ventilöffnungsweg als überbrückbare Federstrecke
eingebaut, einer Feder, deren Federrate nicht die Ventilfeder -Stand
der Technik- öffnen
kann, also der Nocken einen Leerhub mit Zusammenschieben des Stößels erzeugt.
Im Arbeitsschritt muß der
Stößel gesperrt
werden gegen Zusammenschieben auf geeignete technische Weise.
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Üblicherweise
finden frei ansteuerbare Ventilsysteme, wie elektromagnetische Systeme
oder aber bevorzugt elektronisch angesteuerte druckbeaufschlagte
Ventilsteuerungen mit frei wählbaren
Parametern Ventilöffnungszeit/Ventilüberschneidung Verwendung,
da das Mei – Dung – Aggregat
Druckluft aus dem Arbeitsprozeß bereitstellt.
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Als Steuerparameter können über beispielsweise
kombinierte Schwungscheibe/Regelscheiben mit z.B. CD- auslesbaren
Parametern über
Kurbelwellenwinkel/Kolbenlaufpunkte im Zylinder/Schlupf-Ermittlungen
etc., sowie Druckmessungen in Zylinder/Speicher notwendige Motorsteuerungsprogramme
erarbeitet werden.
Effekte: Der Motor erreicht einen deutlich
höheren Wirkungsgrad,
kann mit deutlich weniger Brennstoffeinsatz/Emissionen betrieben
werden.
Kosten: Zusätzlich
erforderlichem Druckventil/Zylinder und Druckladespeicher stehen
nicht erforderliche Anlasser/Verdichter und Klimakompressoren gegenüber.
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Klima-/Heizwärme-Kühlkälte-Erzeugung im Mei – Dung – Aggregat.
Bei Druckluft-Abnahme aus dem Zylinder bei zu wählenden Drücken von ca. 6 bar – Ottomotor
zu bis zu 14 bar Dieselmotor (Spitzendrücke bei Energierückgewinnungs-Motorbremsfahrt
bis Verdichtungsdruck Motor) beträgt je nach Ansaugtemperatur
der Luft die Luft temperatur der verdichteten Luft bis zu über 200°C. Diese
Temperatur steht aus thermodynamischem Effekt sofort mit Kompression
an, was bedeutet, das im Winterbetrieb mit Arbeitsschritt (DE) Druckluftentnahme
mit Motorstart – Hochtemperaturwärme verfügbar ist,
welche am Zylinderkopf abgenommen und über Wärmetauscher getauscht (Luft-Luft-Wärmetauscher)
mit z.B. 60°C
direkt zur Scheibenentfrostung genutzt werden kann.
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Im Gegensatz zu bekannten Patententwürfen -Stand
der Technik- wird keine Speicher-Druckluft in Rohrleitungs-Systemen zur Gewinnung
von Heizwärme/Kühlkälte genutzt,
sondern Abwärme
des Zylinderkopfes.
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Der Zylinderkopf/Druckspeicher-Zylinderkopf,
Druckluft-Ventile/Steuerleitungen/Druckluftregeleinrichtungen
sind mit einer wärmegedämmten Schall-/Sichtschutzhaube
wärmedicht
an den Motorblock angeschlossen, so daß auch bei arktischer Tiefkälte mit
dem Problem der Vereisung von Drucklufteinrichtungen nicht gerechnet
werden muß.
Weitere Einrichtungen sind, wie im Patent beschrieben vereisungssicher
ausgeführt.
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Wird bei Tiefstkälte der Druckspeicher im Ruhezustand
teilentladen und mit Aggregat-Start neu geladen, erfolgt die Sofort-Ladung
mit über
100°C, die
Mischtemperatur im Speicher überschreitet
in kürzester
Zeit die Gefriergrenze, Eisbildung im Speicher taut ab und wird
zu Luftfeuchte, die wie später beschrieben über Bi-Metall-Ven tile
bei unter 2°C
automatisch entlüftenden
Druckleitungen werden sobald die Temperatur über Durchströmung über dem Gefrierpunkt
liegt dicht , der Innen-Systemdruck
wird auch bei offener Ventilstellung mit Verlust-Druckluft erreicht.
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Kühlkälte wird
erst bei positiven Aussentemperaturen erforderlich, hierzu wird – Abluft
der Ventilsteuerung und Abluft von Druckluftgeräten genutzt und nicht wie im
Stand der Technik/Patent Knorr-Bremse über Druckluftleitung und Regelelemente
zur Kühlung
herangezogen, sondern in einem Gegen-Kreuzstrom-Wärmetauscher
hinter Expansionskammer (Luft-Luft-Wärmetauscher) gegen Aussenluft
getauscht.
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Das Mei – Dung – Aggregat stellt also aus
inneren Betriebsprozessen/Synergie-Effekten im Luft-Luft-Wärmetausch Betriebs-Kaltluft
und -Warmluft , aus Aussenluft- oder Innen-Umluft -je nach Zuführungs-Mischstrom bereit,
welche im Kaltluft-Kanal und Warmluft-Kanal separiert an die zonierten
Abgabeorte geführt
wird, um am Abnahmeort separiert gemischt werden zu können zu
zonierter Temperatur. In dieser Auslegung sind für Frostenteisungen partiell bis
zu 60°C
sofort verfügbar.
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Im Gegensatz zu im Stand der Technik üblichen
Heizsystemen, welche nach Aufheizung des Kühlkreislaufes Wärme abgeben,
stellt das Mei – Dung – Aggregat
Heizwärme
bis zu 60°C
in kürzester Zeit
aus Zylinderkopf-Druckentnahme Arbeitsschritt/Speicherladung bereit.
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Der Patentanspruch zu 2. ist dadurch
gekennzeichnet, dass:
die Fahrzeugtechnik einen kombinierten
Pneumatik-Stromversorgungs-Steuerleitungs-Strang
mit Wärmedämmung, in
welcher Strom-/Steuerkabel eingebettet sind, ausweist,
mit
dem Ziel, das temperaturempfindliche Druckluft-System vereisungssicher zu machen.
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Um die Hauptdruckleitung ist ein
Wärmedämm-Mantel
angeordnet, in welchem geschützt Strom-/Steuerkabel
eingebettet sind, wie auch an ausgewählten Strangpunkten innerhalb
der Wärmedämmung die
Druckregeleinrichtungen. Am Strangtiefpunkt und an den Expansions-Auslässen, angeordnet
an tiefster Stelle zu automatischen Feuchteabführung über Gravitation, sind Bi-Metall-Ventile
angeordnet, welche unterhalb 2°C
den Strang entlüften und
automatischen Wasserdampfausgleich in natürlicher Luftfeuchte auch innerhalb
des Systemes herbeiführen.
Notwendiger Druckaufbau erfolgt auch bei offenem System mit Leckage-Verlust,
wobei das Bi-Metall-Ventil über
2°C das
System abdichtet. Im praktischen Versuch sind die Ausströmungsverhältnisse
so zu gestalten, das Vereisung nicht auftritt, bzw. mit technischen
Maßnahmen
(el. Heizung) Eisverschluß verhindert
wird.