DE202006021155U1

DE202006021155U1 - Vorrichtung zur Verbesserung der Effizienz von Verbrennungsmotoren

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Publication number: DE202006021155U1
Application number: DE202006021155U
Authority: DE
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2006-09-08
Filing date: 2006-11-22
Publication date: 2013-04-22
Anticipated expiration: 2016-11-23
Also published as: EP2447513A2; KR20160003874A; JP6290836B2; KR20090127119A; KR102105234B1; KR20140019444A; WO2007045918A3; JP2015222079A; PL2447513T3; GB0617726D0; JP2010502887A; JP2013213507A; DE202006021157U1; KR20170140430A; ES2813092T3; EP2447513A3; EP2061962A2; US10036336B2; KR20170008883A; EP2447513B1

Abstract

Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft oder einem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff innerhalb einer Brennkammer (7) und einem Zylinder (3) einer Brennkraftmaschine, aufweisend: (a) ein Einlass-Auslassportal (9) mit geöffneten und geschlossenen Zuständen, das mit einer Quelle für Luft oder mit Quellen für Luft und nicht-verbrannten Kraftstoff verbunden ist; (b) eine Brennkammer; (c) einen in dem Zylinder untergebrachten Kolben (1); und (d) ein im Wesentlichen inkompressibles Element (21), welches fest mit dem Inneren der Brennkammer verbunden ist oder ein im Wesentlichen inkompressibles Element (23), welches fest mit einer oberen Oberfläche des Kolbens verbunden ist, wobei das Volumen des inkompressiblen Elements so ist, dass die Maschine eine feste Expansionsrate ausgewählt aus dem Bereich von 15 bis 22 oder 35 bis 50 aufweist; wobei das Einlass-Auslassportal derart gesteuert wird, dass, wenn es geöffnet ist, Luft oder einem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff in die Brennkammer und den Zylinder eintreten kann oder in die Brennkammer und den Zylinder eintreten und aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten kann, und, wenn es geschlossen ist, Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff vom Ein- oder Austreten in bzw. aus der Brennkammer und dem Zylinder abgehalten wird, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder von befindlichem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff, wenn das Einlass-Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT), innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-Auslassportal geschlossen ist.

Description

Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft das Gebiet der Kolben-Brennkraftmaschinen wie etwa solcher, die zum Betrieb den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” oder den „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” nutzen. Sie betrifft auch Modifikationen solcher Maschinen zum Verbessern ihrer Effizienz.
Hintergrund der Erfindung
Die grundlegenden theoretischen Prinzipien dieser Idee sind aufgekommen und haben sich aus langen und detaillierten Studien und durch Untersuchung von Struktur und Komponenten automobiler Brennkraftmaschinen, des Betriebs und der Thermodynamik von Schritten (Takten) der „Luft-Standard Kreisprozesse”, der Auswirkung jeden Taktes und ihres Beitrags zu der relativ geringen Betriebseffizienz etc. entwickelt.
Benzin-Automobilmaschinen, betrieben mit dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” haben einen Wirkungsgrad von zwischen 22 und 28%.
Diesel-Automobilmaschinen, betrieben mit dem „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” haben einen Wirkungsgrad von zwischen 36 und 42%.
Große Maschinen, wie etwa Marineeinheiten, haben einen höheren Wirkungsgrad, welcher 50% erreichen kann. Zweitaktmaschinen jedoch haben einen geringeren Wirkungsgrad, der selten über 22% liegt.
Ein Großteil der in Benzin- und Dieselmaschinen freigesetzten Energie geht aufgrund der heißen Verbrennungsgase und des zum Kühlen der Maschine genutzten Kühlwassers oder Kühlluft verloren.
Design, Struktur und Konstruktionsmaterialien der konventionellen Benzin- und Dieselmaschinen werden seit über 100 Jahren kontinuierlich studiert und weiterentwickelt, um höchste Effizienz aus den verwendeten Kraftstoffen zu erzielen. Die Qualität der Kraftstoffe und der Betriebsmodus der Zweitakt- und Viertaktmaschinen wurden ebenfalls weiterentwickelt und abgestimmt, um die Zündzeitpunkte und den Ablauf jedes Taktes und ihre Synchronisation (zwischen verschiedenen Zylindern derselben Maschine) besser zu steuern.
Signifikante Anstrengungen von vielen Wissenschaftlern, Konstrukteuren, Forschern, Erfindern und dergleichen unternommen, um die Effizienz von Brennkraftmaschinen weiter zu verbessern, und viele Patente wurden weltweit für verschiedenste Ansprüche erteilt. Viele von diesen betreffen bessere Steuerung und Einstellung de Zündzeitpunkte, während andere die Applikation von neuen komplizierten Teilen und Komponenten betreffen und schwierig oder sehr teuer in bestehende Maschinen zu implementieren oder einzuführen sind. Einige Vorschläge schwächen die Struktur der Maschinen und sind aktuell praktisch nicht implementierbar. Dennoch bleibt die Effizienz der Brennkraftmaschinen weiterhin niedrig in Bezug auf die Nutzung der freigesetzten Kraftstoffenergie.
Ausführungsbeispiele der Erfindung stellen Wege und Mittel bereit, welche die Extraktion von nutzbarer Energie aus der Kraftstoffverbrennung erhöhen und eine höhere Effizienz von konventionellen Maschinen erzielen können, aber auch darauf abzielen, Änderungen und Modifikationen ihrer Struktur, Konstruktion, Arbeitsweise zu minimieren, mithin das:

• Minimieren (oder Eliminieren) der Bedürfnisse des Hinzufügens neuer komplizierter Teile oder Ausrüstungen, insbesondere beweglicher Teile;
• Beschränken und Vereinfachen der identifizierten und potenziell nützlichen Modifikationen der bestehenden Komponenten, so weit wie möglich;
• Minimieren (oder vorzugsweise Eliminieren) von Beeinflussungen in den beweglichen Teilen, Mechanismen und Steuerungssystemen;
• Maximieren des positiven Effekts der Arbeitsweise der Takte der gegenwärtigen konventionellen Maschinen;
• Mit minimalen Kosten einfach in die neue Maschine einführbar sein (vorzugsweise geringere oder keine Zusatzkosten);
• Ermöglichen der Einführung in bestehende Maschinen mit minimalen Kosten;
• Erzielen höchster Effizienz; und
• Verbessern des „Umwelt”-Effekts der Automobilindustrie auf die Atmosphäre.

Ausführungsbeispiele der Erfindung modifizieren konventionelle Maschinen (sowohl Zweitakt- als auch Viertaktbrennkraftmaschinen), erhöhen die Effizienz und die Leistung dieser Maschinen signifikant und verbessern zudem insgesamt den Umwelteinfluss der Automobilindustrie auf die Umwelt.
Ausführungsbeispiele der Erfindung modifizieren die Nockenwelle, oder irgendeine alternierende Einrichtung mit der Funktion der Nockenwelle, sodass das Öffnen und Schließen der individuellen (und aller) Einlass-/Auslasszugänge (Ansaugventile) der involvierten Maschine, um die Öffnung der Ventile für eine berechnete und vorbestimmte Zeit zu verlängern (oder zu reduzieren), und ebenso das Volumen von Verbrennungskammern um einen vorbestimmten und berechneten Betrag zu verringern.
Ausführungsbeispiele der Erfindung können entweder in bestehende Maschinen eingeführt oder in neuen Maschinen umfasst werden und haben die Vorteile:

• Beibehalten aller Betriebsprinzipien der „Arbeits-Zyklus” Takte (Ansaugen, Verdichten, Arbeits- und Ausblastakt) der involvierten konventionellen oder neuen Maschinen;
• Vermeiden vom Anbau irgendwelcher neuer beweglicher Teile oder Entfernen irgendwelcher bestehender Komponenten;
• Beibehalten der bestehenden grundlegenden Konstruktion, Struktur und der Betriebsprinzipien der konventionellen Maschinen;
• Nur leichtes Unterteilen oder Erstrecken der Tätigkeit von einigen der Takte und Reorganisation ihres Betriebs und ihres Effekts in einer Weise, welche die Ausnutzung der nutzbaren Energie der verwendeten Kraftstoffe signifikant verbessert;
• Geringerer Wasser- oder Luftkühlungsbedarf;
• Keine zusätzlichen Extrakosten, um modifizierte neue Motoren zu konstruieren bzw. auszulegen und zu fertigen. Nach der Beherrschung des Designs und der Konstruktion der modifizierten Maschinen und Reduzierung der Notwendigkeit für große und kostspielige Kühlsysteme, Abgassysteme, geringer Kraftstoffverbrauch, geringerer Bedarf an Kraftstoffen mit hohen Oktanzahlen etc. können die Kosten tatsächlich geringer sein.
• Erhöhen der Effizienz und Leistung dieser Maschinen. Für Benzinmaschinen, welche den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” nutzen, wird die Effizienz von etwa 25% bis über zu 40% erhöht. Für Dieselmaschinen, welche den „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” nutzen, wird die Effizienz von etwa 38% bis zu über 48% erhöht.

Die Modifikationen, welche sich auf Austauschen der bestehenden Maschinenabdeckung (Zylinderkopf) mit einer anderen Abdeckung, welche Ausführungsformen der Erfindung aufweist, beschränken können, können bei einem akzeptablen Kostenniveau bereits fertig in gegenwärtig betriebene Maschinen eingeführt werden (verglichen mit den signifikanten Kraftstoffersparnissen und ihren Kosten).
Ausführungsformen der Erfindung können auch bei Zweitaktmaschinen angewendet werden und könnten tatsächlich die Effizienz dieses Maschinentyps mit höheren Spannen und konservativ bis über 35% erhöhen, mit enormer Verbesserung ihres Umwelteinflusses.
Ausführungsformen der Erfindung erlauben es modifizierten Maschinen (Benzin oder Diesel), mit 50% bis 60% des bei unmodifizierten Maschinen benötigten Kraftstoffes betrieben zu werden, während sie mehr als 85 bis 95% der Leistung erzielen, verglichen mit der Situation, wenn dieselbe Maschine in einem konventionellen Modus mit 100% Kraftstoff betrieben wird. Ausführungsformen der Erfindung erreichen dies durch Schaffen von den Bedingungen einer erweiterten Expansionsrate des Verbrennungsgases und anschließender Druck- und Temperaturreduzierung des Abgases von dem gegenwärtigen Niveau von über 0,55 MPa (abs) (5,5 Bar) zu weniger als 0,2 MPa (abs) (2,0 Bar) und der Abgastemperatur von dem gegenwärtigen Niveau von über 1300 K zu weniger als 1000 K.
Gemäß einem ersten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft innerhalb einer Brennkammer und eines Zylinders einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein Einlass-/Auslassportal mit geöffneten und geschlossenen Zuständen aufweist, das mit einer Luftquelle verbunden ist; und eine Brennkammer mit reduziertem Volumen aufweist; wobei das Einlass-/Auslassportal, derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist, Luft in die Kammer und den Zylinder eintreten kann und, wenn es geschlossen ist, Lufteintritt in die Kammer und den Zylinder verhindert wird, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT) innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere anwendbar bei Maschinen, in welchen Kraftstoff separat von der Luft, welche während des Ansaugtaktes in die Brennkammer und den Zylinder gesaugt wird, in die Brennkammer eingespritzt wird. Vorzugsweise schließt das Portal während des Ansaugtaktes, wenn sich der Kolbenkopf in einer Position von zwischen im Wesentlichen 40% bis im Wesentlichen 70% der Entfernung der oberen Totpunktposition zu der unteren Totpunktposition bewegt hat.
Gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft innerhalb einer Brennkammer und eines Zylinders einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein Einlass-/Auslassportal mit geöffneten und geschlossenen Zuständen aufweist, das mit einer Luftquelle verbunden ist; und eine Brennkammer mit reduziertem Volumen aufweist; wobei das Einlass-/Auslassportal derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist Luft in die Kammer und den Zylinder ein- bzw. aus der Kammer und dem Zylinder austreten kann und, wenn es geschlossen ist, Luftein- oder -austritt in die bzw. aus der Kammer und dem Zylinder verhindert wird, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT) innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere anwendbar bei Maschinen, in welchen Kraftstoff separat von der Luft, welche während des Ansaugtaktes in die Brennkammer und den Zylinder gesaugt wird, in die Brennkammer eingespritzt wird. Vorzugsweise schließt das Portal während des Verdichtungstaktes des Kolbens, wenn sich der Kolbenkopf in einer Position von zwischen im Wesentlichen 30% bis im Wesentlichen 60% der Entfernung der oberen Totpunktposition von der unteren Totpunktposition bewegt hat.
Gemäß einem dritten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft und nicht-verbranntem Kraftstoffgemisch innerhalb einer Brennkammer und eines Zylinders einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein Einlass-/Auslassportal mit geöffneten und geschlossenen Zuständen aufweist, das mit einer Quelle für Luft und einer Quelle für nicht-verbranntes Kraftstoffgemisch verbunden ist; und eine Brennkammer mit reduziertem Volumen aufweist; wobei das Einlass-/Auslassportal derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist, Luft und nicht-verbranntes Kraftstoffgemisch in die Kammer und den Zylinder eintreten können und, wenn es geschlossen ist, Luftein- oder -austritt und Ein- oder Austritt von nicht-verbranntem Kraftstoffgemisch in die bzw. aus der Kammer und dem Zylinder verhindert wird, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder befindlichem nicht-verbrannten Kraftstoffgemisch, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT) innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere anwendbar bei Maschinen, in welchen ein Luft-Kraftstoffgemisch während des Ansaugtaktes in die Brennkammer und den Zylinder gesaugt wird. Vorzugsweise schließt das Portal während des Ansaugtaktes, wenn sich der Kolbenkopf in einer Position von zwischen im Wesentlichen 40% bis im Wesentlichen 70% der Entfernung der oberen Totpunktposition zu der unteren Totpunktposition bewegt hat.
Gemäß einem vierten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft und nicht-verbranntem Kraftstoffgemisch innerhalb einer Brennkammer und eines Zylinders einer Brennkraftmaschine vorgesehen, welche ein Einlass-/Auslassportal mit geöffneten und geschlossenen Zuständen aufweist, das mit einer Quelle für Luft und einer Quelle für nicht-verbranntes Kraftstoffgemisch verbunden ist; und eine Brennkammer mit reduziertem Volumen aufweist; wobei das Einlass-/Auslassportal derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist, Luft oder nicht-verbranntes Kraftstoffgemisch in die Brennkammer und den Zylinder einzutreten und aus der Brennkammer und dem Zylinder auszutreten, und, wenn es geschlossen ist, um Luft oder nicht-verbranntes Kraftstoffgemisch vom Ein- oder Austreten in bzw. aus der Brennkammer und dem Zylinder abzuhalten, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder befindlichem nicht-verbranntem Kraftstoffgemisch, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT) innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist. Dieses Ausführungsbeispiel ist insbesondere anwendbar bei Maschinen, in welchen ein Luft-Kraftstoffgemisch während des Ansaugtaktes in die Brennkammer und den Zylinder gesaugt wird. Vorzugsweise schließt das Portal während des Verdichtungstaktes des Kolbens, wenn sich der Kolbenkopf in einer Position von zwischen im Wesentlichen 30% bis im Wesentlichen 60% der Entfernung der oberen Totpunktposition zu der unteren Totpunktposition bewegt hat.
Vorzugsweise weist das Einlass-/Auslassportal ein Einlass-/Auslassventil auf.
Gemäß einem fünften Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, aufweisend: wenigsten einen Zylinder; wenigstens einen Kolben; eine Brennkammer mit reduziertem Volumen, die mit dem oder jedem Zylinder verbunden ist; wenigstens ein Einlass-/Auslassportal für jede Brennkammer, welches geöffnete und geschlossene Zustände aufweist und mit einer Quelle für Luft oder Quellen für Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff verbunden ist; eine rotierende Nocke zum Steuern jedes Einlass-/Auslassportals; wobei die Nocke mit Bezug zu der unteren Totpunktposition des oder ihres entsprechenden Kolbens versetzt ist.
Gemäß einem sechsten Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung ist eine Brennkraftmaschine vorgesehen, aufweisend ein im Wesentlichen inkompressibles Element, welches innerhalb der Brennkammer einer Brennkraftmaschine zum Reduzieren des Volumens der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung wird nun mit Bezug zu den beiliegenden Zeichnungen beschrieben, in welchen:
1 das schematische P-V Diagramm des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” zeigt;
2 das schematische P-V Diagramm des „Luft-Standard Diesel-Kreisprozesses” zeigt;
3 das schematische P-V Diagramm des „Luft-Standard Atalla Mod. Kreisprozesses” mit Modifikationen zeigt;
4 das schematische P-V Diagramm des „Luft-Standard Atalla Mod. Kreisprozesses” für Dieselmaschinen mit Modifikationen zeigt;
5 die schematischen T-S Diagramme der Benzin-Kreisprozesse (Maschinen) zeigt;
6 die schematischen T-S Diagramme der Diesel-Kreisprozesse zeigt;
7 das schematische Diagramm, welches Komponenten des Zylinders und die Rotation der Kurbelwelle zeigt (konventional und modifiziert);
8 das schematische Diagramm, welches die erforderlichen Designmodifikationen der Nockenwelle und der Öffnungszeitpunkte des Einlass-/Auslassportals zeigt;
9 die Brennkammern, konventionelle und modifizierte Zylinder zeigt;
9a die Brennkammern, konventionelle und modifizierte Zylinder zeigt;
10 das schematische Diagramm, welches Komponenten des Zylinders und die Rotation der Kurbelwelle zeigt;
11 ein schematisches Diagramm von der Vierzylindermaschine zeigt und wie Kurbeln auf der Kurbelwelle bei 180 Winkelgraden voneinander angeordnet sind; und
12 das schematische Diagramm zeigt, welches Komponenten des Zylinders und die Rotation der Kurbelwelle (konventional und modifiziert) einer Zweitaktmaschine zeigt.
Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele der Erfindung
Bezugnehmend auf die 7, 8, 9, 9a, 10, 11 und 12 der Zeichnungen, können Ausführungsformen der Erfindung eine Maschine aufweisen, welche einen in einem Zylinder 3 untergebrachten Kolben 1 aufweist. Allerdings können Ausführungsformen der Erfindung genutzt werden, um bestehende Maschinen zu modifizieren als auch konventionelle Maschinen umzuwandeln, sodass sie entsprechend zu Ausführungsbeispielen der Erfindung arbeiten, und so ist es nicht notwendig, dass sie alle Merkmale der Maschine umfassen.
Der Kolben 1 ist in dem Zylinder 3 so untergebracht, dass der Kolben 1 sich in dem Zylinder bewegen kann. Der Kolben ist schwenkbar mit einer Hebelverbindung 5 verbunden, welche wiederum schwenkbar mit einer Kurbelwelle (nicht gezeigt) verbunden ist. Diese Verbindung des Kolbens 1 mit der Kurbelwelle wandelt Hubbewegung des Kolbens innerhalb des Zylinders in Drehbewegung der Kurbelwelle. Diese Verbindung begrenzt zudem die Bewegung des Kolbens 1 innerhalb des Zylinders zwischen einer Position, in welcher der Kolbenkopf 8 (die Fläche des Kolbens, welche dem verbrannten Kraftstoff oder Kraftstoff und Luft ausgesetzt ist) am weitesten entfernt von der Kurbelwelle ist. Diese Position ist als oberer Totpunkt (OT) bekannt. Die Position des Kolbenkopfes 8 innerhalb des Zylinders, sodass dieser am nächsten zu der Kurbelwelle ist, ist als unterer Totpunkt bekannt (UT). In Hubkolbenverbrennungsmaschinen definiert OT das Volumen der Brennkammer, und UT definiert das Volumen der Brennkammer plus das Volumen des Zylinders. Der Kolben ist frei sich vom unteren Totpunkt (UT) zum oberen Totpunkt (OT) innerhalb des Zylinders zu bewegen.
Die Dichtung zwischen dem Kolben und dem Zylinder muss ausreichend gut sein, sodass das expandierende Verbrennungsgas (während des Expansionstaktes der Maschine wenn sich der Kolben vom OT zum UT bewegt) nicht zwischen der Kolben- und Zylinderverbindung entweichen kann. Ferner muss die Dichtung zwischen Kolben und Zylinder ausreichend gut sein, so dass sie die Luft oder das Luft- und Kraftstoffgemisch in dem Zylinder halten kann, wenn dieses durch den Kolben während des Verdichtungstaktes der Maschine verdichtet wird, wenn sich der Kolben vom UT zum OT bewegt.
Der Zylinder hat ein Arbeitsvolumen, welches gleich dem Volumen ist, welches von dem Kolbenkopf vorgezeichnet wird, wenn sich der Kolbenkopf zwischen UT und OT bewegt. Daher wird das Arbeitsvolumen des Zylinders der Querschnittsbereich des Zylinders sein, zum Beispiel der Bereich eines Kreises, wenn der Zylinder einen kreisförmigen Querschnitt hat, multipliziert mit der Entfernung zwischen OT und UT. Das Volumen des Zylinders wird üblicherweise als ein Maß für die Leistung der Maschine verwendet.
Ein Ende des Zylinders 3 ist mit einer Brennkammer 7 verbunden. Die Brennkammer ist das Volumen in welches Luft oder Luft und nichtverbrannter Kraftstoff verdichtet wird, wenn der Kolben die OT Position erreicht. Die Brennkammer hat an einem Ende ein Einlass-/Auslassportal 9. Vorzugsweise weist das Einlass-/Auslassportal ein Einlass-/Auslassventil auf. Das Einlass-/Auslassportal hat geöffnete und geschlossene Zustände und ist mit einer Luftquelle- oder Quelle von Luft und nichtverbranntem Kraftstoff über eine Leitung 9, vorzugsweise eine Ansaugleitung, verbunden. Typischerweise, falls das Einlass-/Auslassportal mit einer Luft-/Kraftstoffquelle verbunden ist, wird eine Quelle für die Luft und eine andere Quelle für den Kraftstoff vorgesehen sein. Die zwei Komponenten werden dann gemischt bevor sie zu der Ansaugleitung zugeführt werden. Auch ist an einem Ende der Brennkammer ein Abgasventil 11 vorgesehen, in 7 in der geöffneten Position gezeigt, sowie eine Zündkerze 13. Das Abgasventil 11 ist mit einer Abgasleitung 15 so verbunden, dass verbranntes Gas aus der Brennkammer 7 entfernt werden kann. Üblicherweise steuern Nocken 17, die auf einer Nockenwelle 18 angeordnet sind, das Einlass-/Auslassportal 9 und das Abgasventil 11. Jedoch können jegliche andere Vorrichtungen genutzt werden, um das Öffnen und Schließen des Einlass-/Auslassportals 9 und des Abgasventils 11 zu steuern.
Ausführungsformen der Erfindung modifizieren das gegenwärtige Design und die Arbeitsweise der Hubkolben-Verbrennungsmaschinen, insbesondere Brennkraftmaschinen (2-Takt oder 4-Takt) des Kolben-und-Zylinder-Typs, betrieben mit den Prinzipien des „Luft-Standard Arbeitskreisprozesses” wie etwa dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” nach 1, oder dem „Luft-Standard Diesel-Kreisprozesses” nach 2. Die genannten Maschinen können irgendeinen Kraftstoff als die Quelle der Energie nutzen, wie etwa: Erdgas, LPG, Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff, leichten oder schweren Vakuumkraftstoff, Ersatzbrennstoff, Alkohol, Biokraftstoff, Wasserstoff, Kombinationen von Kraftstoffen oder anderen Kraftstofftypen. Diese werden als Kraftstoff bezeichnet. Die Modifikationen erlauben wiederholten Betrieb von allen Takten eines vollen Arbeitszyklus, zum Beispiel vier Takte (Abfolge von: Ansaugen, Verdichten, Arbeits- und Ausblastakt) in einer Weise, welche in der verbesserten Ausnutzung der nutzbaren Energie (thermisch und mechanisch) aus den verbrannten Kraftstoffen resultiert und daher die Effizienz und die Leistung dieses Typs von Maschinen verbessert. Um dies zu erreichen, modifizieren Ausführungsformen der Erfindung konventionelle Maschinen auf zwei Wegen.
Der Kolben und Zylinder wird üblicherweise von einem kreisförmigen Querschnitt sein, gesehen entlang der Bewegungsachse des Kolbens. Allerdings könnte irgendein geformter Kolben und Zylinder genutzt werden, zum Beispiel oval oder anders geformt.
– Modifikation Nr. 1
Ausführungsformen der Erfindung modifizieren die bestehende Nockenwelle, durch Vergrößern der Umfangs-Spannweite des Mechanismus der Nockenwelle (Metallwölbungen) oder andere alternierende Vorrichtungen mit der Funktion der Nockenwelle, in Positionen, die das Öffnen und Schließen von individuellen Einlass-/Auslasszugängen (Ansaugventilen) der involvierten Maschinen steuern. Es soll beachtet werden, dass nur die Nocken, die die Einlass-/Auslasszugänge betätigen, modifiziert werden müssen, und die Nocken, die die Abgasauslässe betätigen, unmodifiziert bleiben. Die Nocken werden normalerweise auf die Nockenwelle montiert. Die modifizierte Nockenwelle weist einen Abschnitt auf, welcher im Querschnitt im Wesentlichen oval ist. Vorzugsweise ist der Querschnitt der Nocken der eines kartesischen Ovals. Die Modifikation soll derart gestaltet sein, dass das Öffnen jedes Einlass-/Auslassportals für die Dauer der Bewegung des korrespondierenden Kolbes wie folgt erweitert wird:

a – Öffnen des Einlass-/Auslassportals, wenn der korrespondierende Kolben an dem oberen Totpunkt (OT) ist (Beginn des „Ansaugtaktes”)
b – Offenhalten des Einlass-/Auslassportals, während sich der Kolben vom OT zum unteren Totpunkt (UT) bewegt.

Diese Bewegung des Kolbens wird den genannten Zylinder mit Luft-Kraftstoffgemisch füllen, oder nur Luft in Fällen von Kraftstoffeinspritzung, und in dem Fall von druckbeaufschlagten Luft-Kraftstoffgemischen wird es das Öffnen des Einlass-/Auslassportals ermöglichen, den Zylinder mit Luft-Kraftstoffgemisch zu füllen. Die Luft wird normalerweise atmosphärische Luft aufweisen, welche bei 15 Grad Celsius und einem Atmosphärendruck eine Zusammensetzung von etwa 78% Stickstoff, 21% Sauerstoff, 0,9% Argon und weniger als 0,1% Kohlenstoffdioxid, Neon, Methan, Helium, Krypton, Wasserstoff und Xenon in Abnehmenden Volumen-Mengen hat. Jedoch können auch andere Luftzusammensetzungen genutzt werden, vorausgesetzt sie weisen wenigstens einen Anteil Sauerstoff auf,

c – Fortfahren des Offenhaltens des Einlass-/Auslassportals, während der Kolben den UT erreicht hat und dazu übergegangen ist, sich zurück zum OT zu bewegen und eine Entfernung von, idealer- aber nicht notwendigerweise, 30% bis 60% der Entfernung zwischen dem UT und OT zurücklegt.

Diese Bewegung des Kolbens wird ein proportionales Volumen von Luft-Kraftstoff oder nur Luft aus dem Zylinder durch das immer noch offene Einlass-/Auslassportal zurück in die Luft-Kraftstoff Zuführleitung verdrängen. Wenn Nocken genutzt werden, um das Einlass-/Auslassportal zu betätigen, wird dies durch Erweitern der Nocken wie in der modifizierten Nocke gemäß 8 gezeigt erreicht, sodass sie von der UT-Position des Kolbens versetzt ist. Auf diese Weise wird das Einlass-/Auslassportal so gesteuert, dass es für wenigstens einen Teil des ersten Abschnitts des Verdichtungstaktes geöffnet ist, sodass Luft oder Luft und Kraftstoffgemisch die Brennkammer und den Zylinder durch das Einlass-/Auslassportal verlässt. Wie in 8 gezeigt ist die modifizierte Nocke so erweitert, dass wenn sie im Uhrzeigersinn rotiert, die erweiterte Wölbung der Nocke, gezeigt gemäß Z, das Einlass-/Auslassportal zwingt, geöffnet zu bleiben wenn sich der Kolben vom UT zum OT bewegt, sodass etwas Luft oder Luft und Kraftstoff aus der Brennkammer und dem Zylinder entweicht. In dieser Ausführungsform öffnet die modifizierte Nocke, die das Einlass-/Auslassportal betätigt, das Einlass-/Auslassportal an einem Punkt Y in 8, bei der normalen Zeit, welche üblicherweise ist, wenn der Kolbenkopf den OT am Ende des Ausblastaktes erreicht.
Das verdrängte Luft-Kraftstoffgemisch wird keiner erkennbaren Änderung der Zusammensetzung ausgesetzt sein (wahrscheinlich mit etwas höherem CO₂ Gehalt und höherer Temperatur). Dieses Luft-Kraftstoffgemisch wird sich mit dem weiteren eintretenden frischen Gemisch mischen, welches von dem Vergaser oder einer Luftzuführleitung und einem Luftfilter empfangen wird, und wird zu den weiteren Zylindern der arbeitenden Maschine zugeführt werden, welche den Ansaugtakt (Schritt) ausführen oder ausführen werden.

d – Schließen des Einlass-/Auslassportals, wenn der Kolben die vorbestimmte Position wie unter Punkt (c) oben erreicht.

Die mechanische Modifikation der Nockenwelle (oder einer anderen Einrichtung mit der Funktion von Nocken) sollte fähig sein, das Schließen des Einlass-/Auslassportals zu dem Moment zu erzwingen, welcher der Position des Kolbens an dem Ende vom Überdecken der vorbestimmten oben beschriebenen Entfernung entspricht, die vorzugsweise etwa 30% bis 60% vom UT zum OT beträgt.
Die Wirkung des modifizierten Nockenwellenmechanismus (oder alternierender Einrichtungen) bei Betrieb auf den 4 „Takten” der involvierten Maschine ist wie folgt:

i – Erweitern der Zeit des ”Ansaug-Prozess-Taktes” eines jeden Zylinders, und für jeden Ansaugtakt, und Unterteilen dieses Taktes in zwei Schritte, welche sind:

i-1 Füllschritt (Abschnitt)
Mit Bezug zu 7 von Punkt A (OT) zu Punkt B (UT) wird das Einlass-/Auslassportal eines beliebigen Zylinders mittels des Nockenwellenmechanismus in dem Moment geöffnet, wenn dieser Zylinder den Ansaugtakt mit entsprechendem Kolben an dem oberen Totpunkt (OT) beginnt. Dann wird sich der Kolben zu dem unteren Totpunkt (UT) bewegen und den Zylinder mit Luft-Kraftstoffgemisch füllen, oder im Falle von Kraftstoffeinspritzung nur Luft, und im Falle von Druckaufladung Luft-Kraftstoffgemisch und das Öffnen des Einlass-/Auslassportals wird es ermöglichen, den Zylinder mit dem Luft-Kraftstoffgemisch zu speisen.
i-2 Verdrängungsschritt (Abschnitt):
Bezugnehmend auf 7, von B (UT) zu Punkt C, wird das Einlass-/Auslassportal weiterhin geöffnet gehalten, während der Kolben nach dem Erreichen des UT des Zylinders (gemäß Punkt c oben) dazu übergeben wird, sich in Richtung OT zubewegen und eine vorbestimmte Entfernung zurücklegt, welche idealer- aber nicht notwendigerweise etwa 30% bis 60% der Entfernung zwischen OT und UT entspricht, und ein proportionales Volumen an Luft-Kraftstoff oder nur Luft aus dem Zylinder durch das immer noch geöffneten Einlass-/Auslassportal zurück in die Luft-Kraftstoff Zuführleitung verdrängt.

ii – Unterteilen der Zeit und der Wirkung des „Verdichtungstaktes”, verglichen mit der Arbeitsweise der gegenwärtigen konventionellen Maschinen, in zwei Schritte (Abschnitte), welche sind:
ii-1 – Verdrängungsschritt (Abschnitt): 7, von Punkt B (UT) zu Punkt C, genau wie oben unter Punkt c beschrieben.
ii-2 – Verdichtungsschritt (Abschnitt): 7, von Punkt C zu Punkt A (OT),

In dem Moment, wenn die modifizierte Nockenwelle oder andere alternative Einrichtung, das Schließen des Einlass-/Auslassportals des Zylinders erzwingt (wie oben in Punkt c beschrieben), wird sich der Kolben von Punkt C in Richtung des OT weiterbewegen und Luft-Kraftstoffgemisch, oder in Einspritzmaschinen nur Luft, verdichten. Wenn der Kolben des OT des Zylinders erreicht, verdichtet der Kolben das volle Volumen an Luft-Kraftstoffgemisch, oder nur Luft, von dem Zylinder in die Brennkammer und erzielt das vorbestimmte und erforderliche „Verdichtungsverhältnis” des Luft-Kraftstoffgemisches oder nur der Luft.
Bezugnehmend auf 8 beträgt die Arbeitszeitdauer des Ansaugventils, für eine konventionelle Nockenwelle, etwa 90 Winkelgrade, während sich die Kurbelwelle 180 Winkelgrade bewegt. Für die modifizierte Nockenwelle beträgt die Arbeitszeitdauer des Einlass-/Auslassportals ungefähr 90 + 45 = 135 Winkelgrade, während sich die Kurbelwelle 270 Winkelgrade bewegt.
In dieser Weise wird erwartet, dass das Einlass-/Auslassportal für etwa 250 bis 280 Winkelgrade einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle geöffnet bleibt, was den Punkten a, b, c und d oben entspricht.
Während der übrigen Umdrehung (80 bis 110 Winkelgrade) wird das Einlass-/Auslassportal geschlossen (und das Abgasventil ist in der geschlossenen Position) und der Kolben wird den Verdichtungsschritt (Sektion) des Verdichtungstaktes ausführen. Erforderliche ökonomisches „Verdichtungsverhältnis”:

a – Für „Luft-Standard Otto-Kreisprozess”-Benzin-Maschinen: 8 bis 10
b – Für „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”-Diesel-Maschinen: 22 bis 26

Die am besten geeignete Entfernung für die Kolbenhubbewegung und zum Erzielen des gewünschten Verdichtungsverhältnisses wird durch die tatsächlichen Betriebserfahrungen optimiert werden, um die höchste Effizienz zu erzielen, welche weniger als 30% oder höher als 60% sein könnte.
iii – Erweitern der „Expansionstakte”:
In konventionellen Maschinen ist die Expansionsrate üblicherweise gleich dem Verdichtungsverhältnis, und beträgt meist:

Daher wird durch Unterteilen des Arbeitsvolumen (Länge) des Zylinders der Brennkraftmaschinen zwischen dem OT und UT in 2 Abschnitte, nämlich:

• ”Verdrängungsabschnitt”, gemäß i-1 oben,
• ”Verdichtungsabschnitt” gemäß i-2 oben,

– Für ”Benzin-Maschinen”, von 15 bis 22
– Für ”Diesel-Maschinen”, von 35 bis 50

Hoher Druck der Verbrennungsgase wird den involvierten Kolben weiter dazu zwingen, sich den vollen Takt vom OT zum UT (die Arbeitslänge des Zylinders) zu bewegen, vorzugsweise unter positivem Druck dieser Verbrennungsgase.
In der Wirklichkeit könnte die Unterteilungslinie der Verdrängungs- und Verdichtungssektionen des Zylinders der geplanten Maschinen ausgewählt werden, um Expansionsraten von über 100 bereitzustellen. Allerdings würde die praktischste Unterteilungslinie der Verdrängungs- und Verdichtungssektionen des Zylinders eine solche sein, die passende und ökonomische Expansionsraten, höchste Effizienz und zuverlässigen und sanften Betrieb der Maschine ergibt.
Wenn die Nockenwelle in der Benzin-4-Taktmaschine eine vollständige Umdrehung für alle 2 vollständigen Umdrehungen der Kurbelwelle macht, wird das Drehwinkelverhältnis dieser Wellen, bei konventionellen und modifizierten Maschinen (Fälle), für einen vollen Arbeitskreisprozess (Ansaugen, Verdichten, Arbeits-(Expansion) und Ausblastakt) eines gemäß der untenstehenden Tabelle 1 sein.

– Dies unter der Annahme, die Bewegung des Kolbens entspricht für den Verdrängungsschritt von Punkt B zu Punkt C 50% des Taktes, (gemäß Punkt ii-2 oben).

In einem weiteren Ausführungsbeispiel kann dieselbe Wirkung des Verdrängens von Luft-Kraftstoffgemisch in die Zuführleitung durch Schließen des Einlass-/Auslassportals erzielt werden, bevor der korrespondierende Kolben 40 bis 70% des UT erreicht, was dazu führen wird, dass sich der Kolben den Rest der Entfernung zu dem UT unter teilweisem Vakuum bewegt.
Solch ein Fall wird auch ein Modifizieren des Systems in einer anderen Weise umfassen. Insbesondere die Nockenwellenwölbung, welche das Öffnen und Schließen der Einlass-/Auslasszugänge steuert oder betätigt, wird eher reduziert werden als erweitert zu werden, wie oben erwähnt und wie in 8 (Alternative) gezeigt.
Auf diese Weise wird das Einlass-/Auslassportal durch Versetzen der Nockenwelle von der UT-Position des Kolbens gesteuert. Das Portal ist geschlossen, bevor der Kolben die UT-Position während des Ansaugtaktes von Luft oder Luft und Kraftstoff erreicht. Das Schließen des Portals für wenigstens einen Abschnitt des letzten Teils des Ansaugtaktes bedeutet, dass das Volumen von Luft etc., welche in die Brennkammer und den Zylinder aufgenommen wird, wenn das Ventil schließt, geringer ist als das gesamte Volumen der Brennkammer und des Zylinders, wenn der Zylinder an dem UT ist. Jedoch öffnet die modifizierte Nocke immer noch das Portal zum Beginn des Ansaugtaktes, wie an Punkt Y in 8 gezeigt.

Natürlich wird sich der Kolben weiter in Richtung der UT Position bewegen, auch wenn das Ventil geschlossen ist. Wenn der Kolben den UT erreicht, wird der Zylinder Luft oder Luft und Kraftstoff mit einem Volumen beinhalten, welches gleich dem Volumen innerhalb der Brennkammer ist, wenn der Kolben an dem unteren Totpunkt innerhalb des Zylinders ist, aber der Druck des Gases, welches in diesem Volumen aufgenommen ist, wird geringer sein, unter der Annahme, dass dies bei konstanter Enthalpie (innerer Energie) ausgeführt wird. Daher wird das Einlass-/Auslassportal gesteuert, um es Luft (oder Luft und nichtverbranntem Kraftstoff) bei einem Druck P und einer Temperatur T zu gestatten, in die Brennkammer und den Zylinder einzutreten oder ein- und auszutreten, und wenn dieser geschlossen ist, zu verhindern, dass Luft (oder Luft und nichtverbrannter Kraftstoff) in die Brennkammer und den Zylinder eintreten oder ein- und austreten. Das Volumen an Luft oder Luft und nichtverbranntem Kraftstoff, welche innerhalb der Brennkammer und dem Zylindern bei dem Druck P und der Temperatur T angeordnet sind, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist (und geschlossen bleibt), ist geringer als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, wenn der Kolben an der UT Position innerhalb des Zylinders ist.

	Beschreibung des Prozesses (Takte)	Kolbenbewegung Ref. (Fig 7)	Winkelrotation der Wellen Grad
			Konventionelle Maschinen		Modifizierte Maschinen
			Nockenwelle	Kurbelwelle	Nockenwelle	Kurbelwelle
1 –	Ansaugtakt
	a-Füllschritt	Von Punkt A zu Punkt B	90	180	90	180
	b-Verdrängungsschritt	Von Punkt B zu Punkt C	-	-	45	90
2 –	Verdichtungstakt
	a-Konventionelle Maschinen	Von Punkt B zu Punkt A	90	180
	b-Modifizierte Maschine	Von Punkt C zu Punkt A			45	90
3 –	Expansionstakt
	a-Konventionelle Maschinen	Von Punkt A zu Punkt B	90	180
	b-Modifizierte Maschinen	Von Punkt A zu Punkt B			90	180
4 –	Ausblastakt	Von Punkt B zu Punkt A	90	180	90	180
	Gesamtgrade		360 Eine volle Umdr.	2 × 360 2 volle Umdr.	360 Eine volle Umdr.	2 × 360 2 volle Umdr.

Tabelle 1

– Modifikation Nr. 2
Bezugnehmend auf die 7, 8, 9, 9a, 10, 11 und 12 der Zeichnungen ist das Volumen der Brennkammer reduziert, um das Verdichtungsverhältnis wiederherzustellen. In konventionellen Maschinen ist das Verdichtungsverhältnis das Verhältnis des Volumens von Zylinder und Brennkammer wenn der Kolben an der UT Position ist zu dem Volumen der Brennkammer wenn der Kolben an der OT Position ist.
Wenn das Volumen des Luft-Kraftstoffgemisches, welches in den Zylindern belassen wurde am Ende des Ansaug- und Verdrängungsprozess gemäß Modifikation Nr. 1 oben, reduziert wird, dann ist eine proportionale Reduktion des Volumens der zugehörigen Brennkammer notwendig. Dies stellt das vorbestimmte und effiziente Verdichtungsverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches in dem involvierten Zylinder (Maschine) wieder her. Bezugnehmend auf 9 und 9a wird dies mittels der, aber nicht beschränkt auf die, folgenden Maßnahmen erreicht:

a – Hinzufügen eines festen Tot-Volumens, eines im Wesentlichen inkompressiblen Elements 21, zu jeder Brennkammer (Zylinder C2 in 9 und 9a). Das Tot-Volumen sollte im Wesentlichen inkompressibel und hitzebeständig bei den Drücken und Temperaturen sein, die innerhalb einer Brennkraftmaschine erfahren werden, zum Beispiel bei etwa 10 bis 20 MPa und Temperaturen von bis zu 2500 K. Das Element sollte fest mit dem Inneren der Kammer verbunden sein, sodass es nicht die Betätigung des Kolbens in dem Zylinder behindert.
b – Hinzufügen eines festen Tot-Volumens, eines im Wesentlichen inkompressiblen Elements 23, zu der oberen Fläche jeden Kolbens (dem Kolbenkopf) (Zylinder C1), welches auch die Position von OT und UT (zu Al und B1) verändern kann. Dies sollte bei den Drücken und Temperaturen, die innerhalb einer Brennkraftmaschine erfahren werden, im Wesentlichen inkompressibel und hitzebeständig sein. Das Element sollte fest mit dem Kolbenkopf verbunden sein, sodass es nicht die Betätigung des Kolbens in dem Zylinder behindert.
c – Ändern der Takte der involvierten Kolben (Zylinder C1) zwischen Punkten A1 und B2, sodass der Takt über die normalen UT und OT Positionen hinaus ausgeweitet wird. Wenn der Kolben an der erweiterten OT Position ist, wird das Volumen der Brennkammer reduziert, verglichen mit der nicht erweiterten Position des Kolbens an der OT Position.
d – Kombination der obengenannten und weiteren Optionen.

Die ausgewählten Materialien sollten ein hohes Kompressionsmodul (Inkompressibilität) haben und hohen Temperaturen widerstehen. Typischerweise sind die meisten Stahlsorten adäquat und üblicherweise ist Stahl mit einem Kompressionsmodul von ~2 × 10¹¹ Pascal ausreichend inkompressibel und widersteht höheren Temperaturen. Jede dieser Optionen bietet die notwendigen Bedingungen, welche es erlauben, das benötigte und vorbestimmte Verdichtungsverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches zu erzielen, während sich der relevante Kolben um eine vorbestimmte Strecke von dem Punkt (Moment) des Schließens des Einlass-/Auslassportals (wie oben in der Modifikation Nr. 1 beschrieben) zum OT bewegt, was etwa 30% bis 60% der Entfernung zwischen UT und OT sein kann, so wie die Entfernung von Punkt C zu OT – 7 und 9.
Das Verdichtungsverhältnis des Luft-Kraftstoffgemisches ist ein sehr wichtiger Parameter im Betrieb von „Luft-Standard Kreisprozessen” und wird üblicherweise basierend auf dem Hauptziel des Erreichens der besten Effizienz (Leistung) aus dem genutzten Kraftstoff in der beabsichtigten Maschine unter vernünftigerweise akzeptablen (kontrollierten) Betriebsbedingungen ausgewählt. Die gegenwärtigen Niveaus von Verdichtungsverhältnissen sind:

a – Für den ”Luft-Standard Otto-Kreisprozess”-Benzin-Maschinen: 8 bis 10
b – Für den ”Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”-Diesel-Maschinen 22 bis 26

Die benötigte Volumenreduktion der Brennkammern für jede modifizierte Maschine sollte daher derart sein, dass, wenn irgendein Kolben den Rest der Entfernung des zugeordneten Zylinder, von der Position, wo das Einlass-/Auslassportal des Zylinders geschlossen war (wie oben beschrieben), zum OT (Verfahren etwa 40% bis 70% des vollen Taktes) verfährt, das vorbestimmte Verdichtungsverhältnis erzielt wird. Das erzielte Verdichtungsverhältnis sollte ähnlich zu dem Verdichtungsverhältnis der Arbeitsweise von konventionellen Maschinen (Luft-Standard Otto-Kreisprozessen oder Luft-Standard Diesel-Kreisprozess) sein.
Die Bestimmung der benötigten Reduktion einer spezifischen Brennkammer einer Maschine kann wie folgt bestimmt werden:
Annahme:

• Maschine ist ”Luft-Standard Otto-Kreisprozess”, (4 Zylinder und 4 Takte, Benziner),
• Maschinen-Arbeitsgröße 2000 cc (Kubikzentimeter); Jeder Zylinder hat das Arbeitsvolumen von 2000/4 = 500 cc (Kubikzentimeter),
• Das ursprünglich ausgelegte Verdichtungsverhältnis war 9,5 für volles Verfahren des Kolbens vom UT zum OT,
• Verdichtungskammergröße – Volumen (V_comp) für den konventionellen Zylinder ist: V_comp = 500 / 9.5 – 1 = 58.8 cc

Durch Schließen des Einlass-/Auslassportals bei 50% der Entfernung des entsprechenden Kolbentaktes vom UT zum OT für die modifizierte Maschine, bedeutet dies, dass die Kolben etwa 50% des Luft-Kraftstoffgemisches (oder nur Luft in Fällen von Einspritzmaschinen) von den korrespondierenden Zylindern zurück in die Zuführleitung verdrängt haben, und die Zylinder sind nur halb voll mit dem Luft-Kraftstoffgemisch. Ohne die Reduktion des Volumens der Brennkammern wird dies daher bedeuten, dass wenn der Kolben den OT des entsprechenden Zylinders erreicht hat, das erzielte Verdichtungsverhältnis nur etwa die Hälfte von dem benötigten Niveau beträgt, wie folgend: Verdichtungsverhältnis (CR) = (500 × 0.5) + 58.8 / 58.8 = 5.25
Dies ist kein gutes und effizientes Verdichtungsverhältnis zum Betreiben des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” und wird in signifikanten Energieverlusten resultieren, insbesondere bezüglich den ausgestoßenen Verbrennungsgasen.
Die physikalische Größen-Reduktion, die die Brennkammer benötigt, um das Verdichtungsverhältnis bei 9,5 für eine Maschine mit 2000 cc Größe, mit 4 Zylindern mit 500 cc Arbeitsvolumen wiederherzustellen, muss reduziert werden auf: Erforderliche Reduktion (Red.) = 500 / (9.5 – 1)/2 = 29.4 cc
Folglich wird das Verdichtungsverhältnis (CR) der modifizierten Maschine (Zylinder) wiederhergestellt werden zu: CR = 250 + 29.4 / 29.4 = 9.5
Dieses Verdichtungsverhältnis des modifizierten Zylinders wird eine korrespondierende „Expansionsrate” in demselben Zylinder vom OT zum UT des Zylinders wie folgt ergeben: Modifizierte Expansionsrate = 500 + 29.4 / 29.4 = 18
Dies ist eine signifikante Erhöhung in der Expansionsrate und wird geeignete Betriebsbedingungen bereitstellen, um eine signifikante Menge zusätzlicher Energie (mechanisch oder thermisch) aus einem solchen „Arbeitskreisprozess” zu entnehmen.
Um eine noch höhere Expansionsrate der arbeitenden Maschinen zu erzielen, wird es erforderlich sein, proportional und physikalisch die Größe der Brennkammer und das Volumen des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches in dem Zylinder zu reduzieren.
Zum Beispiel, falls es erforderlich ist eine Expansionsrate von 22 für den oben genannten Zylinder zu haben, wird die erforderliche physikalische Reduktion des Volumens der Brennkammer (V_c) abgeschätzt werden als:

V_c: – ist das erforderliche Volumen der Brennkammer V_c = 23.8 cc

Weitere erforderliche Reduktion der Brennkammergröße: 29.4 – 23.8 = 5.6 cc
Das Volumen des arbeitenden Luft-Kraftstoffgemisches, um ein Verdichtungsverhältnis von 9,5 in dieser Brennkammer zu erzielen wird nach der folgenden Gleichung berechnet:

V_af: – ist das Arbeitsvolumen von Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder, V_af = 202.3 cc

Diese Menge Luft-Kraftstoffgemisch wird nur sein = 202.3 / 500 × 100 = 40.5% Von der vollen Zylindergröße (Volumen), wenn auf dem konventionellen Betriebsmodus betrieben (ohne Modifikationen)
Durch das Wiederherstellen des Verdichtungsverhältnisses des Gas-Kraftstoffgemisches in Benzinmaschinen – sprich bis 9,5 für nur die halbe Entfernung der Kolbenbewegung zwischen dem UT und OT und die Hälfte des Arbeitsvolumen des Luft-Kraftstoffgemisches, wird es den Verbrennungsgasen ermöglichen, eine erweiterte Expansionsrate von 18 bis 19 zu erzielen, und den Kolben durch positiven Druck der Verbrennungsgase für eine viel längere Entfernung (Zeit) zu betreiben (bewegen), verglichen mit den gegenwärtigen Maschinen, wie folgt:

i. Der Kolben wird den konventionellen Teil des Arbeitskreisprozesses ausführen, während er die Hälfte der Zylinderentfernung zwischen dem OT und UT verfährt. Diese Sektion des Arbeitszyklus wird mit denselben Betriebsbedingungen und in derselben Weise ausgeführt, wie gegenwärtige konventionelle Maschinen mit dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” im Sinne von:
– Erzielen der Expansionsrate von etwa 9,5,
– Der Verbrennungsgasdruck wird von über 7,5 MPa (75 Bar) auf etwa oder wenig oberhalb von 0,45 MPa (4,5 Bar) verringert,
– Die Verbrennungsgastemperatur wird von über 2400 K auf etwa 1250 K (wahrscheinlich etwa (1400 K) verringert.

Die Betriebsbedingungen an diesem Betriebspunkt der modifizierten Maschine (wenn der Kolben an dem mittleren Abschnitt des Zylinders ist), entsprechen dem Betriebspunkt der konventionellen Maschinen, wenn der Kolben den UT des Zylinders erreicht und das Abgasventil zum Ausstoßen der Verbrennungsgase öffnet.

ii. Wenn jedoch der Kolben etwa in der Mitte des Zylinders ist, wird er weiter um die andere Hälfte des Zylinders bis zu dem UT verfahren, auch unter der fortgesetzten Einwirkung von hohem Druck der Verbrennungsgase (sehr günstige Bedingungen), welche ferner bei einem anderen Expansionsverhältnis von etwa 8,5 bis 9,5 (oder auch 12) expandieren. Dies wird helfen, eine signifikante Menge an zusätzlicher nutzbarer mechanischer Energie aus den Verbrennungsgasen zu extrahieren und die Gesamteffizienz der Maschine und die Leistung verbessern.

Druck- und Temperaturbedingungen der Verbrennungsgase am Beginn und am Ende dieses Abschnitts des Expansionstaktes werden erwartungsgemäß sein:

– Druck, Beginn: über 0,45 MPa, Ende: runter bis etwa 0,15 MPa,
– Beginn, wahrscheinlich über 0,6 MPa
– Temperatur, Beginn: über 1250 K Ende: runter bis etwa 950 K,
– Beginn, wahrscheinlich über 1400 K

Daher wird die Maschine mit nur 50% bis 60% der ausgelegten Menge des Kraftstoffs arbeiten, während sie in der Lage sein könnte 85% bis 95% der ausgelegten Pferdestärken derselben Maschine bei gleicher Drehzahl zu erreichen (wenn gemäß dem konventionellen Arbeitskreisprozess gearbeitet würde). Dies bedeutet, dass die Maschine in der Lage sein wird, den Wagen, für den sie entworfen wurde, für eine längere Strecke pro Liter des verwendeten Kraftstoffs (mehr km) bewegen zu können. Ausführungsformen der Erfindung verbessern die Effizienz der Maschine um mehr als 30% gegenüber der gegenwärtigen Arbeitsweise (angenommen die Referenz-Effizienz der gegenwärtigen Benzinmaschinen ist 100%, wie im Beispiel gezeigt werden wird).
Eine Einführung dieser Modifikation Nr. 2 (Physische Reduktion des Brennkammervolumens) in sowohl bestehende als auch zukünftige Maschinen kann wie folgt erreicht werden:
– Modifikation von bestehenden Fahrzeugen,
Die Modifikationen werden in die bestehenden Fahrzeuge eingeführt mittels:

a – Erhöhen des Kolbenhubs, 9 Zylinder C1. Es ist sehr schwierig (und könnte sehr teuer sein), die Hublänge von bestehenden und arbeitenden Maschinen, für welche das Verfahren (Hub) des korrespondierenden Kolbens bereits ausgelegt wurde, in einer Weise zu modifizieren, um das erforderliche Verdichtungsverhältnis von 9,5 bereitstellen zu können.
b – Hinzufügen eines passenden Tot-Volumens zu der oberen Fläche von jedem Kolben, was durch tatsächliches Ersetzen der Kolben 9 Zylinder C1 möglich sein könnte. Diese Maßnahme kann auch aufgrund der gegenwärtigen konstruktiven Restriktionen und der vernachlässigbar geringen Lücke zwischen dem OT und der Maschinenabdeckung (Zylinderkopf) nicht so einfach eingeführt werden.
c – Anstatt dessen: Reduzieren der Brennkammergröße (über dem Kolben, wenn dieser den OT erreicht) durch Hinzufügen von Tot-Volumen zu dem bestehenden Volumen jedes involvierten Zylinders, 9 Zylinder C2. Es wird angenommen, dass diese Maßnahme keine sehr schwierige oder sehr teure Übung sein wird, während erwartet wird, dass die Leistung der Maschine (des Wagens) signifikant verbessert wird (wie unten gezeigt werden wird). Position und Form des Tot-Volumens, wie etwa ein Stück aus massivem Metall, könnte innerhalb der Brennkammer in einer ausgewählten geeigneten Position befestigt werden.
d – Kombination von irgendwelchen dieser Optionen, wo angebracht;
e – Ersetzen der bestehenden Maschinenabdeckung (Zylinderkopf) durch Neue mit reduziertem Brennkammervolumen.

– Modifikation der neuen Automobilmaschinen,
Die Modifikationsaspekte werden einfacher und gradliniger sein. Sie können mit ausgefeilten ingenieursmäßigen Konstruktionen und Maßnahmen umgesetzt werden.
Es ist wichtig zu erwähnen, dass sich die meisten der erforderlichen Modifikationen auf die Abdeckung (Zylinderkopf) der Maschine beschränken können, umfassend die Nockenwellenmodifikationen. Es ist möglich, nur den Zylinderkopf des bestehenden Fahrzeugs zu entfernen und die notwendigen Modifikationen auszuführen, oder diesen einfach mit einem identischen und bereits modifizierten Zylinderkopf zu ersetzen, und die modifizierte Automobilmaschine kann dann mit signifikant verbesserter Effizienz betrieben werden.
Für Kraftstoffeinspritz-Maschinen ist eine Modifikation des Einspritzmechanismus erforderlich, um die Kraftstoffeinspritzung gemäß der modifizierten Arbeitsweise der Luft in den Brennkammern anzupassen.
Ausführungsformen der Erfindung, die gegenwärtig betriebene Maschinen (so wie Benzin- oder Diesel-Maschinen) modifizieren, sind nicht kompliziert, sondern eher einfach und:

• Behalten die Gesamtmaschinengröße beim bestehenden Niveau bei
• Behalten Zylinderbohrung und -hub der bestehenden Maschinen bei,
• Reduzieren die Größe der Brennkammern (Tot-Volumen) proportional, ohne andere Komponenten der Maschine zu beeinflussen,
• Reduzieren das Volumen des arbeitenden Luft-Kraftstoffgemisches in dem Zylinder (idealer- aber nicht notwendigerweise um 30% bis 60%), bei gleichzeitigem Beibehalten des Verdichtungsverhältnisses des Luft-Kraftstoffgemisches bei den gegenwärtigen Niveaus,
• Nutzen die volle Zylindergröße für den Expansionstakt (Verbrennungsgasexpansion) und vergrößern daher signifikant die Expansionsrate des Verbrennungsgases.

Theoretisch könnte die Expansionsrate sehr hoch gemacht werden und so hoch wie 100. Praktisch, allerdings sollte sie so optimiert werden, dass die involvierte Maschine die höchsten mechanischen und thermischen Effizienzen und Leistungen produziert und so den sanften Betrieb der Maschine beibehält.
Entsprechend den verfügbaren theoretischen Informationen sind die ökonomischsten Expansionsraten angenommen:

– Für Benzinmaschinen 15 bis 22
– Für Dieselmaschinen 35 bis 50

• Extrahieren signifikanter zusätzlicher nutzbarer Energie (wahrscheinlich über 15%) aus der freigesetzten Energie des Kraftstoffs (in den Verbrennungsgases), was die extrahierte nutzbare Netto-Energie (mechanische Effizienz) von gegenwärtigen Niveaus erhöhen kann: Für Benzinmaschinen, von aktuell 22% bis 28%, auf über 40%, Für Dieselmaschinen, von aktuell 36% bis 42%, auf über 50%,

– Vergleich mit bestehenden konventionellen Maschinen
Um die neue Idee gründlich zu erklären und zu zeigen, wie die Verbesserung der Effizienz und der Leistung des involvierten „Luft-Standard Kreisprozesses” erreicht wird, ist eine detaillierte Analyse und Erklärung von Komponenten und der Arbeitsweise eines vollen „Arbeitszyklus” (zum Beispiel für eine 4-Takt Benzinmaschine) gemäß den folgenden Schritten erforderlich:

i. Beschreibe und analysiere die Betriebsweise des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses”, welcher auf die bestehenden konventionellen Benzinmaschinen angewendet wird (ohne Modifikation),
– Die Hauptprinzipien sind auch auf den „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” anwendbar
ii. Beschreibe die Modifikationen an der konventionellen Maschine in tatsächlich physikalischen Begriffen und beschreibe die Arbeitsweise der modifizierten Maschine,
iii. Analysiere die Arbeitsweise und Leistung der Modifikationen an dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses”
iv. Vergleiche die Ergebnisse des Betriebs von beiden „Luft-Standard Arbeitskreisprozessen”

– Beschreibung und Analyse der Arbeitsweise der bestehenden Benzinmaschinen:
Bezugnehmend auf die 1, 2 und 5 bis 12, soll betont, dass die Beschreibung der 4-Takt Benzinmaschinen, Vergasertyp, welche gemäß dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” arbeiten, in der Automobilindustrie wohlbekannt ist und die folgende Beschreibung hauptsächlich dem notwendigen Vergleich zwischen dem Betrieb der konventionellen Maschinen und dem Betrieb derselben Maschinen mit den Modifikationen dient.
Jede Funktion der 4 (vier) Takte der konventionellen Maschine ist üblicherweise während eines vollen Kolbenhubes (Bewegung des Kolbens von einem Ende des Zylinders – sprich dem OT zu dem anderen Ende UT) abgeschlossen. Diese Takte sind:
a – Ansaugtakt (Einlasstakt):
Ansaugen von frischem Luft-Kraftstoffgemisch in den Zylinder, wenn sich der Kolben vom OT zu dem UT bewegt (oder hineingeladen ist, in dem Fall von Turbo- und Kompressoraufladung),
b – Verdichtungstakt:
Verdichtung des Luft-Kraftstoffgemisches (oder nur der Luft in den Einspritzmaschinen) wird ausgeführt, um bevorzugte Bedingungen in den Arbeitszyklus zu induzieren, welche es unterstützen die höchste Menge an nutzbarer Energie aus dem verbrannten Kraftstoff zu extrahieren und beste Effizienz zu erzielen. Dieser Takt wird ausgeführt während sich der Kolben vom UT zum OT bewegt.
c – Expansionstakt:
Dies ist der wichtigste Schritt des „Luft-Standard Arbeitskreisprozesses”, welcher die thermische Energie der Luft-Kraftstoffgemischverbrennung in die nutzbare mechanische Arbeit wandelt. Er wird von einem Punkt aus ausgeführt, wenn der Kolben ideal an dem OT platziert ist und sowohl das Einlass-/Auslassportal und die Abgasventile geschlossen sind,
d – Ausblastakt:
Dies ist ein notwendiger Schritt, um die Verbrennungsgase aus dem Zylinder zu verdrängen, das Einbringen von frischem Luft-Kraftstoffgemisch zu erlauben und den nächsten Zyklus auszuführen. Dieser Zyklus wird ausgeführt, während der Kolben an dem UT ankommt, das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist und das Abgasventil in einer Position geöffnet wird, während der Kolben den UT erreicht, um zu erlauben, dass die Verbrennungsgase (welche signifikant expandieren wenn das Abgasventil öffnet) für eine ausreichende Zeit mit der geringsten Menge an Energie ausgestoßen werden.
Daher wird, wenn der Kolben den OT am Ende des Ausblastaktes erreicht, der vollständige Arbeitszyklus vervollständigt sein und ein weiterer Zyklus wird direkt und in derselben Weise beginnen, wie oben in den Schritten a bis d beschrieben. Die Zyklen werden sich ständig wiederholen während des Betriebs der Maschine und können manchmal für Tage oder gar Jahre andauern.
– Effizienz der konventionellen Maschinen:
Aufgrund vieler Betriebsfaktoren des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” und des „Luft-Standard Diesel-Kreisprozesses”, und insbesondere den sehr hohen Temperaturen der Verbrennungsgase beim Beginn und während des „Leistungstaktes”, welche (kurzzeitig) mehr als 2300°C (2600 K) erreichen können, führt dies zu signifikanten Verlusten der freigesetzten thermischen Energie der Kraftstoffverbrennung. Im Allgemeinen wird die freigesetzte thermische Energie des Kraftstoffs in zwei Hauptteile untergliedert, die sind:

• Die nutzbare Energie (Energie, die für die Zwecke genutzt wird, für die die Maschine genutzt wird, wie etwa Fahrzeugbewegung, Pumpen von Fluiden etc.).
• Die Verlustenergie (nicht für die die Zwecke genutzt, für die die Maschine genutzt wird)

Das Verhältnis der genutzten nutzbaren Energie E_u zu der gesamten freigesetzten Energie E_t drückt den Netto-Wirkungsgrad der Maschine wie folgt aus: η = E_u/E_t (Gl. 1)
Wobei:

η: – der thermische Wirkungsgrad der Maschine ist
E_u: – die nutzbare thermische Energie ist, welche zum Durchführen der erforderlichen Arbeit genutzt werden kann,
E_t: – die gesamte von der Kraftstoffverbrennung freigesetzte thermische Energie ist.

Gegenwärtige Niveaus der Wirkungsgrade (η) konventioneller „Luft-Standard Arbeitskreisprozesse”, betrieben unter günstigen Bedingungen, sind:

• „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” – in dem Bereich von 22 bis 28%
• „Luft-Standard Diesel-Kreisprozesses” – in dem Bereich von 36 bis 42%

Das bedeutet, dass ein signifikanter Anteil der Kraftstoffenergie (tatsächlich der größere Anteil) während des Betriebs der gegenwärtigen konventionellen Benzin- und Dieselmaschinen verloren wird, und nicht (zum Beispiel) zum Bewegen des beabsichtigten Fahrzeugs genutzt werden kann, und üblicherweise verloren wird in Form von:

a – Thermischer Restenergie in den ausgestoßenen Verbrennungsgasen,
b – Thermischer Energie, die an das Kühlwasser oder die Kühlluft abgegeben wird,
c – Mechanischer Verluste, beim Betreiben von Maschinenteilen und -komponenten,

Ein angenähertes Herunterbrechen (Verteilen) der freigesetzten Energie auf die Abgänge (Komponenten) im Betrieb der konventionellen Maschinen, ist üblicherweise wie folgt:

	Benzin-Maschinen	Diesel-Maschinen
– Nutzbare Energie um ein Auto zu bewegen	22–28%	34–40%

– Verlust aufgrund ausgestoßener Verbrennungsgase	44–48%	36–40%
– Verlust aufgrund des Kühlwassers	23–25%	18–21%
– Mechanische Verluste	5%	6%
Gesamt	100%	100%

Die obenstehende Tabelle zeigt, dass der Großteil der freigesetzten Energie an das Abgas und das Kühlwasser verlorengeht. Mittelgroße Benzin-Automobilmaschinen (mit 1600 cc bis 2200 cc) erzielen selten mehr als 10 bis 14 km pro Liter, während dieselbe Größe bei Dieselfahrzeugen mehr als 15 bis 17 km pro Liter erzielen können. Unter idealen Bedingungen kann es sein, dass die Hersteller eine etwas bessere Leistung angeben. Folglich wird eine Energiemenge, die einer Menge entspricht, mit der dasselbe Fahrzeug bei etwa 35 bis 40 km pro Liter bewegt werden kann, hauptsächlich an die Atmosphäre verloren gehen (Verbrennungsgas und Kühlwasser).
– Wie höhere Effizienz und Leistung in der modifizierten Maschine erzielt wird, verglichen mit den konventionellen Maschinen:
Um die erwarteten beanspruchten Verbesserungen der Maschineneffizienz und -leistung zu zeigen, zu erklären und zu begründen, erfordert der Fall eine Analyse der involvierten Thermodynamik der Arbeits- und Betriebsprinzipien von sowohl dem konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” als auch dem modifizierten „Luft-Standard Kreisprozess”, sowie die Erklärung der Modifikationen und den Vergleich der erzielten Resultate.
Demgemäß umfasst und zeigt die folgende Beschreibung:

i – Erklärung der Expansionstakte und Resultate unter den gegenwärtigen konventionellen Bedingungen,
ii – Erklärung derselben Expansionstakte und Resultate mit den Modifikationen,
iii – Vergleich der Resultate,

– Analyse des Betriebs des konventionellen ”Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” und Vergleich mit dem Betrieb des modifizierten ”Luft-Standard Arbeitskreisprozesses” (Maschine).
Bezugnehmend auf die Figuren Nr. Fig. 1, Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6
– Betriebsschritte und Thermodynamik:
Es wird angenommen, dass das Verdichtungsverhältnis für den Betrieb der gegenwärtigen und zukünftigen „Luft-Standard Kreisprozesses” (Benzinmaschinen) bei 9,5 liegt (was ein geeignetes und ökonomisches Verhältnis ist).
Der Vergleich von jedem Takt der involvierten Maschine erklärt sich wie folgt:
– Ansaugtakt (Einlasstakt),

A-1 Für konventionelle Maschinen des ”Luft-Standard Otto-Kreisprozesses”, von OT zum UT 7, und Punkt A auf 1, 2, 3, 4, 5 und 6: Dieser Takt wird ausgeführt, um den Zylinder mit frischem Luft-Kraftstoffgemisch zu füllen, und wird als ein Takt betrachtet, der sehr wenig Energie im Betrieb benötigt und als neutraler Takt in Bezug auf den Energiebedarf oder die -freisetzung betrachtet wird.
B-1 Für die modifizierte Maschine, von OT zum BT und zurück zum Punkt C 7, und Punkt A in 1, 2, 3, 4, 5 und 6:
– Für die modifizierten Maschinen sind dieselben Prinzipien der Luft-Kraftstoffgemischansaugung (Einlass) in den Zylinder vom OT zum BT anwendbar. Es gibt keinen signifikanten Unterschied im Energiebedarf.
– Wenn der Kolben allerdings den UT erreicht, wird er dazu übergeben, sich zurück zum OT zu bewegen, während das Einlass-/Auslassportal geöffnet bleibt. Daher wird, wenn sich der Kolben in Richtung OT bewegt, ein proportionaler Anteil an Luft-Kraftstoffgemisch aus dem Zylinder zurück in die Zuführleitung verdrängt, bis zu dem Punkt, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist und zu welcher Zeit der Kolben die vorbestimmte Entfernung von etwa 30% bis 50% des Entfernung zwischen UT und OT überdeckt haben wird.
– Angenommen der Kolben ist mit 50% der gesamten Arbeitsgröße (Hub) gefüllt.
– Auch dieser Betrieb benötigt nicht viel Energie und wird vernachlässigt.

– Verdichtungstakt:
Die Prinzipien der Luft-Kraftstoffgemischverdichtung zu dem erforderlichen Verdichtungsverhältnis sind sowohl auf konventionelle Maschinen als auch auf Maschinen mit den Modifikationen anwendbar.

A-1 Bei konventionellen Maschinen bewegt sich der Kolben vom UT zum OT 7, was in Figuren Nr. 1, 2, 3, 4, 5 und 6 von Punkt A zu B ist. Der Kolben bewegt sich und führt den Verdichtungstakt aus, während sowohl das Ansaug- als auch das Abgasventil geschlossen sind.
B-1 Bei der modifizierten Maschine bewegt sich der Kolben von Punkt C zum OT 7, was in den 1, 2, 3, 4, 5 und 6 von Punkt A zu Punkt B ist. Die Modifikation unterteilt den Zylinder selbst in zwei unterschiedliche Abschnitte der Kolbenaktion (Bewegung) während des Verdichtungstaktes, welche da sind:
i – Verdrängungssektion: Während sich der Kolben vom UT zum Punkt C (etwa 30% bis 60% des Hubes – unterer Teil des Zylinders) bewegt, führt er das Verdrängen eines Teils des Luft-Kraftstoffgemisches aus dem Zylinder zurück in die Luft-Kraftstoffbereitstellung (Zuführsystem) aus, und das Einlass-/Auslassportal ist während dieser Sektion immer noch geöffnet und schließt am Ende dieser Sektion.
ii – Verdichtungsabschnitt: Der Kolben bewegt sich vom Punkt C (die oben beschriebene Position) zum OT (oberer Teil des Zylinder) und führt den Verdichtungstakt aus; während sowohl das Einlass-/Auslassventil als auch das Abgasventil geschlossen sind. Eine Menge an Luft-Kraftstoffgemisch in dem Zylinder ist etwa 50% der gesamten Zylinderarbeitsgröße (Hub).

Thermodynamik des Verdichtungstaktes,
A – ”Luft-Standard Otto-Kreisprozess” – konventionelle Maschinen:
Für den Betrieb der konventionellen Maschinen findet die Verdichtung des Luft-Kraftstoffgemisches durch die Bewegung des relevanten Kolbens vom UT statt und wenn der Kolben den OT erreicht, wird er den Verdichtungstakt abschließen und die gesamte Menge des Luft-Kraftstoffgemisches, oder nur Luft, in die Brennkammer drücken. Dieser Prozess benötigt eine signifikante Menge an Energie und verursacht den adiabatischen Anstieg von Temperatur und Duck. Theoretisch wird die Druckerhöhung entsprechend der folgenden Formel sein:
Wobei:

P₁: – Der Druck des Luft-Kraftstoffgemisches am Ende des Ansaugtaktes und am Beginn des Verdichtungstaktes ist, und ideal (üblich) 0,1 MPa (1 bar) ist,
P₂: – Der Druck des Luft-Kraftstoffgemisches am Ende des Verdichtungstaktes und am Beginn des Expansionstaktes (vor der Zündung des Kraftstoffes) ist
V₁: – Das Volumen des Luft-Kraftstoffgemisches am Ende des Ansaugtaktes und am Beginn des Verdichtungstaktes (gesamtes Volumen des Zylinders und der Brennkammer) ist,
V₂: – Das Volumen des Luft-Kraftstoffgemisches am Ende des Verdichtungstaktes und am Beginn des Expansionstaktes (gesamtes Volumen der Brennkammer) ist,
K: – Eine Konstante ist und C_p/C_v, ausdrückt und für Luft: K = 1.4
C_p: – Die Spezifische Wärme von Luft unter konstantem Druck ist,
C_v: – Die Spezifische Wärme von Luft unter konstantem Volumen ist,

Für einen „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” mit einem Verdichtungsverhältnis von 9,5 ist daher der am Ende des Verdichtungstaktes entwickelte Druck und Temperatur des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches:

Druck P₂:
P₂ = 2,33 MPa (23,3 Bar)
Die Temperatur des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches wird sich auch adiabatisch erhöhen und wird sich entsprechend der folgenden Gleichung erhöhen:
Wobei:

T1: – Die Temperatur des Luft-Kraftstoffgemisches (atmosphärische Luft) am Ende des Ansaugtaktes und am Beginn des Verdichtungstaktes ist,
T2: – Die Temperatur des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches am Ende des Verdichtungstaktes und am Beginn des Expansionstaktes (und vor der Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches) ist,

Angenommen, die Ansaugtemperatur (atmosphärische Temperatur) beträgt 15°C (288 K), dann ist die theoretische Temperatur am Ende des Verdichtungstaktes:

T2 = 710 K
Wie erkennbar ist, benötigt dieser Takt eine signifikante Menge an mechanischer Energie, um den Druck und die Temperatur des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches zu erhöhen. Die benötigte Leistung wird üblicherweise von dem Expansionstakt eines anderen Zylinders (oder Schwungrades) bereitgestellt, wird aber dann als Teil der freigesetzten Arbeit während des nachfolgenden Expansionstaktes des Zylinders wieder freigesetzt, was in einer ausgeglichenen Situation resultiert, abgesehen von geringen Verlusten.
B – Modifizierter „Luft-Standard Arbeitskreisprozess” – Modifizierte Maschine:
Der Verdichtungstakt (Prozess) wird bei Maschinen mit den Modifikationen in derselben Weise ausgeführt werden, wie für den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” mit den beschriebenen entsprechenden Energiebedarfen und Druck- und Temperaturerhöhungen ausgeführt werden.
Der Hauptunterschied liegt in dem tatsächlichen Volumen des Luft-Kraftstoffgemisches in Zylindern von exakt demselben Hub und derselben Bohrung (dieselbe Größe). Wie mit Bezug zum Ansaugtakt erwähnt (Einlass-/Auslasstakt), wird der Zylinder nur zu etwa 50% des vollen Arbeitshubes plus Brennkammer mit Luft-Kraftstoffgemisch gefüllt sein.
Folglich ist, wenn das Volumen des Luft-Kraftstoffgemisches in dem konventionellen Zylinder das Zweifache des Luft-Kraftstoffgemisches des modifizierten Zylinders beträgt und sie zu demselben Verdichtungsverhältnis verdichtet werden, die zum Ausführen des Verdichtungsverhältnisses benötigte Energie offensichtlich ebenfalls das Zweifache für die konventionelle Maschine. Allerdings wird es leichte Differenzen in den Nettoenergiebedürfnissen geben, da das meiste der zu Verdichtung ausgegeben Energie während des nachfolgenden Expansionstaktes (Expansionstaktes) ausgegeben wird. Für den Druck und die Temperatur am Ende der Verdichtungssektion werden sie zu dem Druck und der Temperatur des konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” gleich sein. wie folg (falls dasselbe Verdichtungsverhältnis angelegt wird):

– Druck 2,33 MPa (23,3 Bar)
– Temperatur 710 K

– Expansionstakt:

• Für konventionelle Maschinen, von Punkt B zu Punkt C und endet in Punk D auf den Figuren Nr. 1, 2, 3, 4, 5 und 6,
• Für die modifizierten Maschinen, auch von Punkt B zu Punkt C zu Punkt D und endet in Punkt e auf den 3, 4 und 6,

Während dieses Taktes finden zwei simultane Prozesse statt, sowohl für die konventionellen als auch für die modifizierte Maschine, nämlich:
Einführung der thermischen Energie der Kraftstoffzündung und der Verbrennung des Kraftstoffes,

• Von Punkt B zu Punkt C für den ”Luft-Standard Otto-Kreisprozess”, 1,
• Von Punkt B zu Punkt C für den ”Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”, 2

Allerdings sind die Hauptunterscheide zwischen dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” und dem „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”:

a – Sehr hoher Verbrennungsdruck des „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”, aufgrund des viel höheren Verdichtungsverhältnisses,
b – Selbstzündung des Luft-Kraftstoffgemisches in dem „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”, während der „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” ein elektrisches Zündsystem hat,
c – Bei den Kraftstoffeinführungs-(Einspritz-)Dieselmaschinen kann die Kraftstoffeinspritzung in einer Weise gesteuert werden, dass nahezu ein konstanter und vorbestimmter Druck aufrechterhalten bleibt (nahe zu dem Verdichtungsdruck), während sich der Kolben für etwa 20 bis 30% der Entfernung vom OT zum BT bewegt.
d – Dieser Prozess unterstützt dabei die Extraktion von mehr nutzbarer Energie aus den Verbrennungsgasen und erhöht die Effizienz des Zyklus.

Die Menge des genutzten Kraftstoffes (zugeführt zu der Maschine) für den normalen Betrieb von „Brennkraftmaschinen” (für Geschwindigkeiten von 70 bis 100 km/h) ist derart gewählt, um etwa 2300 bis 3260 Joule (550 bis 780 cal) pro Liter Luft zu produzieren, um ein Luft-zu-Kraftstoffverhältnis von etwa 16,5 bis 19 zu erzielen.
A – Für den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” – konventionelle Maschine:
Für die Analyse dieses „Arbeitskreisprozesses”, wird angenommen:

a-1 Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches wird durch Betätigung der Nockenwelle und der Zündkerze initiiert,
a-2 Zündung (Verbrennung) des Luft-Kraftstoffgemisches und Freisetzen der Energie ist ein verzögerungsfreier Prozess,
a-3 Der obige Prozess findet bei konstantem Volumen statt (innerhalb des Brennkammervolumens),
a-4 Die spezifische Wärme des Verbrennungsgases liegt bei 1,15 Joule (0,275 cal) pro Gramm pro ein Grad K bei einer Temperatur von 750 K plus,
a-5 Die Dichte des Luft-Kraftstoffgemisches (Gase) liegt bei 1,14 g/Liter,
a-6 Der Heizwert des zugeführten Kraftstoffes liegt bei 46872 Joule (11200 cal) pro Gramm,
a-7 Die zugeführte Energie liegt bei 2720 Joule (650 cal) pro Liter Luft bei normalen Bedingungen,

Diese der beabsichtigten Maschine zugeführte Energie liegt normalerweise bezogen auf das Gewichtsverhältnis von Luft zu Kohlenwasserstoff im Kraftstoffgemisch bei: Luft/Kraftstoff = (46,872/2720) × 1.14 / 1 = 19.64 / 1
Dieses Verhältnis ist relativ hoch verglichen mit dem idealen Verhältnis von Luft zu Kraftstoff von:
(16,0 bis 16,5)/1; und führt zu:

• Besseren ökonomischen Verbrennungsbedingungen des Kraftstoffverbrauchs
• Überschüssiger Sauerstoff in dem Abgas bei etwa 2 bis 4% und
• Bessere Bedingungen der Kraftstoffverbrennung

Ferner wird das hohe Verhältnis von Luft zu Kraftstoff (19,64/1) signifikante Energieverluste verursachen, da es bedeutet, dass zusätzliche Mengen an Luft – mehr als 15 bis 20% über dem idealen Verhältnis – von 288 K auf über 1200 K erhitzt und zu der Atmosphäre abgegeben werden müssen.
Die zugeführte thermische Energie, angenommen bei 2720 Joule (650 cal) pro Liter, wird die Temperatur der verdichteten (und verbrannten) Gase in der Brennkammer sofort und sehr scharf anheben. Eine theoretische Temperaturerhöhung von der Kraftstoffverbrennung in der Brennkammer (T_icrease), bei angenommenem sofortigen Freisetzen der Energie, wird sein: T_increase = 2720/(1,150 joule/g·K × 1,14 g/l) = 2075 K
Wobei:
1,150 Die spezifische Wärme von Luft ist joule/g·K.
1.14 Die Dichte der Luft ist bei 298 K
Insgesamt wird die (theoretische) Temperatur der Verbrennungsgase am Ende der gesamten Verbrennung des Kraftstoffes T_{th com}, bei angenommenen idealen Bedingungen, sein: T_{th com} = 710 + 2075 = 2785 K
Beachte: Die theoretische ideale Temperatur (T_{th id}) unter Bedingungen eines idealen Luft-zu-Kraftstoffverhältnisses von 16 wird signifikant höher und über 3200 K sein.
Die Temperaturerhöhung der Verbrennungsgase in der Brennkammer wird in einer Druckerhöhung resultieren, über die ideale Gasgleichung, unter konstantem Volumen V: P₂/P₃ = T₂/T₃, (Gl. 4)
Wobei:

P₃: – der Druck des Verbrennungsgases nach Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches und Übergang der gesamten theoretisch freigesetzten Wärme zu diesen Gasen ist,
T₃: – die Temperatur des Verbrennungsgases nach Zündung des Luft-Kraftstoffgemisches und Übergang der gesamten theoretisch freigesetzten Wärme zu diesen Gasen ist

2,33/P₃ = 710/2785

₃

Der theoretische Druck und die theoretische Temperatur nach der Kraftstoffzündung und dem Beginn des „Expansionstaktes” des konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” werden daher sein:

i. Druck 9,13 MPa
ii. Temperatur 2785 K

Aus der praktischen Erfahrung des Betriebs von „Brennkraftmaschinen” heraus, sind allerdings sowohl die Verbrennungsgastemperatur als auch der -druck signifikant niedriger als diese Niveaus, wegen:

i – Exakter Taktung (Einstellung) des Zündmomentes (vorzugsweise kurz bevor der Kolben den OT erreicht) ist schwierig effektiv aufrechtzuerhalten,
ii – Benötigter Zeit, um die Kraftstoffverbrennung zu vervollständigen (vorzugsweise sehr schnell und während der Kolben gerade den OT überschritten hat und beginnt sich zum UT zu bewegen),
iii – Wärmeübertragung von den sehr heißen Gasen (Temperatur über 2400 K) zu den Zylinderwänden (Metall) und dem Kühlwasser oder der Kühlluft
– Dies ist ein unvermeidbarer Faktor, und alle Bemühungen gehen dahin, die Wärmeverluste zu minimieren, während der effiziente und sanfte Betrieb der Maschine (Arbeitskreisprozess) aufrechterhalten werden, anstatt diese zu eliminieren etc.

Die aktuell höchsten Betriebstemperaturen und -drücke der Benzinmaschinen könnten um bis zu 15 bis 25% niedriger sein als die theoretisch höchsten Werte (über dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess”),
B – Modifizierter „Luft-Standard Arbeitskreisprozess” – Modifizierte Maschine:
Luft-Kraftstoffzündung (oder Selbstzündung im Fall von Dieselmaschinen), Energiefreisetzung und Druckerhöhung, wie zuvor für den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” beschrieben, wird ebenso in derselben Weise bei Maschinen mit den Modifikationen ausgeführt.
Wiederum liegt der Hauptunterschied in dem tatsächlichen Volumen von Luft-Kraftstoffgemisch in Zylindern von exakt demselben Hub und derselben Bohrung (dieselbe Größe). Wie zuvor erwähnt wird der Zylinder nur etwa zu 50% des gesamten Hubes plus der Brennkammer mit Luft-Kraftstoffgemisch gefüllt sein.
Dem Druck und die Temperatur nach der Kraftstoffzündung und dem Beginn des „Arbeitskreisprozesses” werden gleich dem Druck und der Temperatur des konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” sein:

– Druck 9,13 MPa
– Temperatur 2783 K

– Expansion des Verbrennungsgases (Expansionstakt):

– Für konventionelle Maschinen von Punkt C zu Punkt D auf den 1, 2, 3, 4, 5 und 6
– Für die modifizierte Maschine von Punkt C zu Punkt D und zu Punkt E auf den 3, 4, 5 und 6

Der thermodynamische Hauptunterschied zwischen dem Betrieb der konventionellen und der modifizierten Maschinen tritt in dem Expansionstakt wie folgt auf.
Die Expansion des Verbrennungsgases bei beiden der konventionellen und der modifizierten Maschine beginnt sofort nachdem der Kolben den OT passiert hat und sich Richtung UT bewegt. Die Expansion des Verbrennungsgases wird auch adiabatisch gemäß Gleichung 2 stattfinden (wie zuvor erwähnt).

– Es wird angenommen, die tatsächliche Temperatur beim Beginn des Expansionstaktes beträgt 2400 K
– Es wird angenommen der tatsächliche Druck beim Beginn des Expansionstaktes beträgt 7,5 MPa (75 Bar),

A – „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” konventionelle Maschine: Von Punkt C zu Punkt D auf 1, 2, 3, 4, 5 und 6,
– die Temperatur am Ende des Expansionstaktes (UT) wird betragen:
A-1 Theoretische Temperatur (T_th) am Ende des Expansionstaktes (UT) wird betragen:
T_th = 1132 K
A-2 Allerdings wird die erwartete Temperatur (T_e) am Ende des Expansionstaktes (UT) mit der angenommenen Temperatur am Beginn des Expansionstaktes (OT) bei 2400 K, sein:
T_e = 975 K

In der Realität ist die tatsächliche Temperatur am Ende des Expansionstaktes und am Beginn des Ausblastaktes signifikant höher (um bis zu 15 bis 30%) als beide dieser Temperaturen, aufgrund der Tatsache, dass die Verbrennung des Luft-Kraftstoffgemisches immer noch stattfinden kann, während der Kolben nahe dem UT ist.
Annahme: Die Abgastemperatur des Verbrennungsgases beträgt etwa 1250°K

Abgasenergie (E_ex) des Verbrennungsgases wird betragen: E_ex = (1250 – 288) × 1,150 joule/g·K = 1106 Joule/g (265 cal/g)
Beachte: Die spezifische Wärme des verbrannten Gases wird bei höheren Temperaturen als etwas erhöht angenommen, Prozent ausgestoßener Energie = (1106/(2720/1.14)) × 100 = 46.35%
Dies ist ein sehr wesentlicher Energieanteil, der mit den Abgasen verloren geht.

A-3 Der theoretische Druck am Ende des Expansionstaktes am Punkt E (P_E) bei der konventionellen Maschine wird betragen:
P_E = 9,13/23,4 = 0,391 MPa
A-4 Der Druck am Ende des Expansionstaktes am Punkt E (P_E) mit dem angenommenen Druck von 7,5 MPa (75 Bar) am Beginn des Expansionstaktes (konventionelle Maschine) wird gemäß Gl. 2 betragen:
P_E = 7,5/23,4 = 0,321 MPa (Bar 3,21 Bar)

Allerdings wird der tatsächliche Druck am Ende des Expansionstaktes P_D aufgrund der sehr hohen Temperatur des Verbrennungsgases am Ende des Expansionstaktes signifikant höher sein, und wird betragen: P_D = 1250/288 = 0,43 MPa (4,3 Bar)
Dies ist wiederum ein sehr hoher Druck und könnte proportionale mechanische Arbeit leisten, falls er günstig genutzt werden kann, insbesondere da er auf das gesamte Volumen der Verbrennungsgase in dem Zylinder wirkt.
Die Modifikation der Maschine adressiert genau dieses Problem und versucht das Meiste dieser verfügbaren (aber gegenwärtig verlorenen) mechanischen Arbeit (Energie) zu nutzen, bevor die Verbrennungsgase an die Atmosphäre ausgestoßen werden, wie unten erklärt.
B – Luft-Standard „Arbeitskreisprozess” – Modifizierte Maschine:
Punkte C bis D dann bis E in Fig. 3, Fig. 4, Fig. 5 und Fig. 6,
Die Verbrennungsgase expandieren weiter adiabatisch unter kontrollierten Bedingungen um das weitere 9,5-fache der Größe der Brennkammer (von Punkt D zu Punkt E in den 3 und 4), beginnend vom Endpunkt der Expansionssektion des konventionellen Kreisprozesses. Dies wird das Vervollständigen des Verbrennungsprozesses des eingeführten Kraftstoffes und die Abgastemperatur unterstützen, wie nachfolgend gezeigt:

B-1 Die theoretische Temperatur am Ende des Expansionstaktes T_thmod, wird betragen:
T_thmod = 857 K
B-2 Die erwartete Temperatur (T_EXmod) am Ende des Expansionstaktes mit der angenommenen Initialtemperatur von 2400 K, wird betragen:
T_EXmod = 739 K

Die reale Abgastemperatur allerdings wird aufgrund der viel längeren Verbrennungszeit leicht höher sein und könnte (konservativ) bei etwa 850 bis 1000 K liegen.
Dies ist eine sehr deutliche Reduktion der Abgastemperatur der ausgestoßenen Gase und der entsprechenden thermischen Energie. Mit den Modifikationen wird die mit den Verbrennungsgasen ausgestoßene Energie betragen (die Abgastemperatur bei hohen 950 K angenommen): E_EXMod = (950 – 288) × 1,150 j/g·K = 761 Joule/g (182 cal/g) Prozent der ausgestoßenen Energie = (761/(2720/1,14)) × 100 = 31,89%
Gesparte Menge der thermischen Energie wird betragen: 46,35 – 31,89 = 14,46%
Bei allen Maßnahmen und Berücksichtigungen ist dies eine sehr signifikante Reduktion der ausgestoßenen thermischen Energie und könnte nützlich genutzt werden, um die beabsichtigten Fahrzeuge zu bewegen.

B-3 Der theoretische Druck P_th,mod am Ende des modifizierten (adiabatischen) Expansionstaktes wird betragen:
P_thmod = 0,146 Pa (1,46 Bar)
B-4 Der erwartete Druck P_mod am Ende des modifizierten (adiabatischen) Expansionstaktes mit der angenommenen Initialtemperatur am Beginn des Expansionstaktes von 2400 K, wird betragen:
P_mod = 0,119 MPa (1,19 Bar)

Allerdings wird der tatsächliche Druck P_a am Ende des Expansionstaktes abhängig von der Abgastemperatur aufgrund der höheren Abgastemperatur etwas höher sein als beide dieser Drücke, und könnte konservativ bei etwa 0,14 bis 0,17 MPa (1,4 bis 1,7 Bar) liegen.
In den 3 und 4 repräsentiert der Bereich von Punkt D zu Punkt E zu Punkt F zu unkt A und zurück zu Punkt D die zusätzliche nutzbare Energie, welche zu der nutzbaren Energie der konventionellen Maschine zwischen Punkt A zu Punkt B zu Punkt C zu Punkt D und zurück zu Punkt A hinzugefügt wird. Dieser Bereich könnte einen Hauptinput repräsentieren und wird die Betriebseffizienz und die Betriebsparameter des Fahrzeugs signifikant verbessern.

Beachte: Bei Einspritzfahrzeugen wird der Einspritzkraftstoff mit den Modifikationen der tatsächlichen Luftmenge zum Füllen von 30% bis 60% der Zylindergröße angepasst werden müssen:
Zusammenfassung der Temperatur und des Druckes für die zwei „Arbeitskreisprozesse” am Ende des Expansionstaktes:

	Otto-Prozess	Modifizierter Prozess
i – Temperatur K
• Theoretisch	1132	856
• Mit angenommener Temperatur am Beginn des Expansionstaktes	975	739
• Angenommen im Betrieb	1250	950
ii – Druck MPa
• Theoretisch	0,391	0,146
• Mit angenommenem Druck am Beginn des Expansionstaktes	0,321	0,119
• Angenommen im Betrieb	0,43	0,15
iii – Abgestoßene Wärme mit Verbrennungsgas Joule
• Mit angenommener Abgastemperatur	1106	761

Die obenstehenden Daten zeigen eine signifikante Verbesserung (Reduktion) in der Temperatur und dem Druck der Verbrennungsgase am Ende des Expansionstaktes und am Beginn des Ausblastaktes.
– Ausblastakt:

A – Bei konventionellen Maschinen des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” bewegt sich der Kolben vom UT zum OT 7 und von Punkt D zu Punkt A auf den 1, 2, 3, 4, 5 und 6.

Dieser Takt wird ausgeführt, um die Verbrennungsgase aus dem Zylinder zu der äußeren Umwelt auszustoßen und diesen Zylinder für den nächsten Zyklus vorzubereiten. Dieser Takt erfordert bei niedrigen Maschinengeschwindigkeiten (Kurbelwelle) von weniger als 1600 Umdrehungen pro Minute (U/min) keinen hohen Energiebedarf und hängt ebenfalls von der Größe der Abgasventile ab. Wenn sich allerdings die Maschinengeschwindigkeit mit erhöhter Energieeingabe in die Maschine erhöht und die daraus resultierende signifikante Erhöhung des Restdrucks und der Resttemperatur der Verbrennungsgase am Ende des Expansionstaktes (Verbrennungsgasexpansion), nehmen die Energieanforderungen zum Ausstoßen der Verbrennungsgase aus dem Zylinder heraus zu. Es wird erwartet, dass zu dem Zeitpunkt, wenn die Maschinengeschwindigkeit etwa 3000 U/min erreicht, der Ausstoßprozess der Verbrennungsgase bis zu 0,1 MPa (über 1,0 Bar) Druck von dem Kolben und der Kurbelwelle benötigen kann.

B-1 Bei der modifizierten Maschine bewegt sich der Kolben auch vom UT zum OT 7 und von Punkt D zu Punkt E auf 3, 4, 5 und 6.
– Aufgrund der signifikanten Reduktion des Volumens von frischem Luft-Kraftstoffgemisch in den Zylindern und der daraus resultierenden signifikanten Reduktion der Restdrücke und -temperaturen am Ende des Expansionstaktes (Verbrennungsgasexpansion) der modifizierten Maschine, wird der Energiebedarf zum Ausstoßen der Verbrennungsgase auch bei Maschinengeschwindigkeiten (Kurbelwelle) von mehr als 6000 U/min vernachlässigbar sein.

– Eine Gesamtzusammenfassung der Betriebsergebnisse (Daten) der zwei Arbeitskreisprozesse ist in der Tabelle 2 unten gezeigt.

	Beschreibung Benzinmaschine, 4-Takt	Einheiten	Konventionelle Maschine	Modif. Maschine

1 –	Verdichtungsverhältnis		9,5	19
2 –	Temperatur am Ende des Verdichtungstaktes	K	710	710
3 –	Druck am Ende des Verdichtungstaktes	MPa	2,33	2,33
4 –	Eingebrachte Energie Joule/Liter Luft	Joule	2720	2720
5 –	Temperatur am Ende der Kraftstoffverbrennung (angenommen)	K
		Theoretisch	2783	2783
		Angenommen	2400	2400
6 –	Temperatur am Ende des Expansionstaktes
	Theoretisch	K	1132	856
	Mit angenommener Initialtemperatur	K	975	739
	Angenommen	K	1250	950
7 –	Druck am Ende des Expansionstaktes	MPa
	Theoretisch		0,391	0,138
	Mit angenommener Initial-Expansionstemperatur von 2400 K		0,321	0,119
	Mit angenommener Abgastemperatur		0,43	0,15
8 –	Mit Verbrennungsgas ausgestoßene Energie	Joule/Liter	1106	761

9 –	Thermische Effizienz	%	53,64	68,1

Die Tabelle zeigt eine signifikante Erhöhung der thermischen Effizienz der modifizierten Maschine auf 68,1% verglichen mit der Effizienz der konventionellen Maschine von 53,64%, mit einer Erhöhung von etwa 14%. Die um mehr als 200 K reduzierte Temperatur des Maschinenbetriebs wird wiederum den Energieverlust durch Kühlwasser um einige Prozent (wahrscheinlich mehr als 5%) reduzieren und wird in eine Gesamtverbesserung des Benzinmaschinen-Betriebswirkungsgrades um über 19% (des Nettoenergieinput) resultieren, verglichen mit dem gegenwärtigen Betrieb des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses”. Eine nahezu ebensolche Verbesserung der Effizienz kann auch im Betrieb des „Luft-Standard Diesel-Kreisprozesses” erwartet werden.
(Die könnte in der tatsächlichen Erfahrung getestet und weiter verbessert werden).

Untenstehend ist der Vergleich der Verteilung der freigesetzten Energie zwischen den Hauptabgängen (Komponenten) im Betrieb der konventionellen Maschinen und die erwartet Verteilung aus dem Betrieb der Modifikation ist wie folgt in Tabelle 3.

	Energieabgänge	Benzinmaschinen		Dieselmaschinen
	Energieabgänge	Konventioneller Betrieb %	Mit Modifikation %	Konventioneller Betrieb %	Mit Modifikation %
1 –	Nutzbare Energie um das Auto zu bewegen	22 bis 28	40 bis 48	34 bis 40	45 bis 55
2 –	Mit ausgestoßenen Verbrennungsgasen	44 bis 48	26 bis 32	36 bis 40	21 bis 28
3 –	Mit Kühlwasser	23 bis 25	20 bis 25	18 bis 21	18 bis 21
4 –	Mechanischer Verlust	5	5	6	6
	Gesamt	100	100	100	100

Tabelle 3 Vergleich der Verteilung der freigesetzten Energie.

Beachte: Diese Darstellungen sind nur geschätzt und können in der tatsächlichen Praxis unterschiedlich sein. Es wird erwartet, dass die Änderungen positiv sind.
Die Modifikationen erhöhen die Effizienz und die Leistung der involvierten Maschine signifikant (sogar viel höher als die in der obenstehenden Tabelle gezeigte) und erhöhen danach die km pro Liter für die Automobilindustrie. Die Modifikationen sind sehr nützlich im Betrieb größerer Maschinen, so wie die Dieselkraftwerke, welche auf leichtem und schwerem Vakuumgasöl (Schiffsmaschinen) betrieben werden, mit Zylinderbohrungen und -hüben von mehr als 300 mm. Es wird erwartet, dass die reduzierte Temperatur der Abgase und der erweiterte Expansionstakt die Maschineneffizienz und -leistung merklich verbessern, hinsichtlich:

– Signifikanter Reduktion der Abgastemperaturen (wahrscheinlich mehr als 300 K, von – sprich 1250 K auf unter 950 K);
– geringerer Wärmeverluste an das Kühlwasser oder Kühlluft aufgrund der insgesamt signifikant reduzierten Betriebstemperatur während aufrechterhalten und verbessern der Hauptbetriebsparameter verglichen mit der konventionellen Maschine,
– Auch für Maschinen mit 2000 cc Größe könnte belegt werden, dass bloße Luftkühlung ausreicht;
– geringerer mechanischer Verluste durch Begrenzen der sehr hohen Drücke und Temperaturen auf das obere Viertel des Hubes (sanftere Betriebsbedingungen);
– geringerer Anforderungen an Kühlwasser oder Kühlluft, durch Wandeln von mehr thermischer Energie in die nutzbare mechanische Arbeit;
– weniger schwieriger Bedingungen in dem Abgasrohr aufgrund der reduzierten Menge an Verbrennungsgas (wahrscheinlich um mehr als 40%) und geringerer Temperaturen wie in Punkt Nr. 1 oben erwähnt, für dieselbe Brutto-Pferdestärke;
– für einen sanfteren Betrieb der involvierten Maschinen kann für die zukünftige 4-Zylinder Maschine die Kurbelanordnung auf der Kurbelwelle bei 90 Winkelgraden zueinander angeordnet werden, verglichen mit der gegenwärtig bevorzugten Anordnung von 180 Winkelgraden zueinander (11).

Umwelt:

– Sehr signifikante Reduktion in der CO₂ Emission und anderen Schadstoffen an die Atmosphäre durch die erhöhten Wirkungsgrade der Brennkraftmaschinen, welche viel weniger Kraftstoff für dieselbe Netto „Break Horse Power” (Maschinenleistung) benötigen sollten,
– Signifikant geringere Emission von schädlichen und unvollständig verbrannten Materialen (Quantität und Qualität) an die Atmosphäre durch Erlauben von viel mehr Zeit zum Vervollständigen der Kraftstoffverbrennung in dem Zylinder selbst und unter höheren Temperaturbedingungen,
– Daher günstigere und signifikant verbesserte Umweltbedingungen aus dem Betrieb solcher Maschinen.

Die Modifikationen (wenn in bestehende Fahrzeuge eingeführt) können die Maschinenleistung leicht ändern, insbesondere beim Erzielen von sehr hohen Geschwindigkeiten, von beispielsweise über 120 km/h. Allerdings mag das ein kleiner aufzubringender Preis sein, verglichen mit den signifikanten erwarteten Ersparnissen in dem Erwerb von Kraftstoffen (LPG, Benzin, Diesel etc.). Auch größere Schwungräder könnten erforderlich sein, um einen kontinuierlichen Maschinenbetrieb bei geringen Lehrlaufumdrehungen, beispielsweise von etwa 750 U/min, sicherzustellen.
Das Problem der ausreichenden Leistung (höhere Kraft und Geschwindigkeitsanforderungen) für die neue Maschine kann direkt bei der Konstruktion berücksichtigt werden und sollte für Konstruktions-Experten kein Problem darstellen.
– Fall: Zylinder beim Beginn des Verdichtungstaktes zu 60% gefüllt:
Um den Einfluss eines niedrigeren Falles des Verdichtungsverhältnisses zu zeigen, wird dieselbe obige Analyse für einen Fall ausgeführt, wenn der Zylinder beim Beginn des Verdichtungstaktes zu 60% gefüllt ist.
Mit 60% des Zylinders mit Luft-Kraftstoffgemisch beim Beginn des Verdichtungstaktes gefüllt, wird das neue Verdichtungsverhältnis betragen: Verdichtungsverhältnis = 9,5 + (9,5 × 0,6) = 15,2
Temperatur und Druck am Ende des Verdichtungstaktes werden betragen:
T_mod = 808 K
Die reale Abgastemperatur könnte (konservativ) etwa 920 bis 1000°C betragen.
Dies ist eine sehr signifikante Reduktion der Abgastemperatur der ausgestoßenen Gase und der damit verbundenen thermischen Energie. Die mit den Modifikationen mit den Verbrennungsgasen ausgestoßene Energie wird betragen: E_ExMod = (1000 – 288) × 1,150 joule/g·K = 820 Joule/g (196 cal/g)
In Prozent wird die ausgestoßene Energie betragen: E_ExMod = (820/(2720/1,14)) × 100 = 34,37%
Die gesparte Energiemenge wird betragen: 46,35 – 34,37 = 11,65%
Durch alle Maßnahmen und Berücksichtigungen ist dies ebenfalls eine sehr signifikante Reduktion und könnte nützlich genutzt werden, um die beabsichtigten Fahrzeuge zu bewegen.
Der theoretische Duck P_mod wird am Ende des modifizierten (adiabatischen) Expansionstaktes betragen:
P_mod = 0,167 MPa (1,67) Bar
Dieser Druck ist ebenfalls signifikant geringer als die im konventionellen Betrieb des „Luft-Standard Otto-Kreisprozesses” (Benzinmaschinen) erfahrenen Drücke.
Wie aus den 3 und 4 ersichtlich ist, sich eine weitere Energieextraktion (mechanisch) aus den Verbrennungsgasen (hinter einem Verdichtungsverhältnis von 20) innerhalb des Zylinders als vernachlässigbar oder kostspiele darstellen, wenn der Druck des Abgases tatsächlich auf weniger als 0,12 MPa absolut (1,2 bar) mit Verdichtungsverhältnissen von 19 bis 22 verringert werden kann.
Tatsächliche Erfahrungen werden gegebenenfalls bestätigen, dass dieser Restüberdruck erforderlich sein wird, was gerade genug ist, um das Entstehen eines Vakuums innerhalb des Zylinders bei geringen Drehzahlen (Lehrlaufbedingungen) zu verhindern.
Diese Analyse zeigt, dass eine signifikante Menge an zusätzlicher Energie aus den Verbrennungsgasen extrahiert und genutzt werden könnte, um nützliche mechanische Arbeit (zum Bewegen des Fahrzeugs) auszuführen, wie in dem erweiterten Expansionstakt auf den PV Diagrammen 3 und 4 gezeigt.
– Neuer Arbeitskreisprozess:
Der in den 3 und 4 gezeigte „Arbeitskreisprozess” ist ein neuer Typ des „Luft-Standard Arbeitskreisprozesses”, welcher den Expansionstakt dieses Arbeitskreisprozesses signifikant über die beiden konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” und „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” hinaus erweitern kann und von diesen beiden wesentlich verschieden ist.
Der neue Arbeitskreisprozess reorganisiert und legt den Betrieb der Maschine wie folgt neu aus:

i – Er spaltet den konventionellen Ansaugtakt in:
a – Füllphase, Der sich vom OT zum UT bewegende Kolben wird die Zylinder mit Luft-Kraftstoffgemisch füllen (Einlass-/Auslassportal geöffnet)
b – Ausblasphase, Wenn der Kolben den UT erreicht und den Zylinder mit Luft-Kraftstoffgemisch wie unter Phase a- oben füllt, wird der Koben umkehren und beginnen sich Richtung OT zu bewegen und legt eine vorbestimmte Entfernung von etwa 30% bis 60% der Entfernung zwischen UT und OT zurück, wobei das Einlass-/Auslassportal während dieses Abschnittes immer noch geöffnet ist. Während dieser Phase wird der Kolben einen proportionalen Anteil von Luft-Kraftstoffgemisch zurück in die Kraftstoffbereitstellungsleitung (Zuführung) ausstoßen. Das Einlass-/Auslassportal wird an der Kolbenposition geschlossen werden, die mit dem Ende der vorbestimmten Entfernung von 30% bis 60% der vollen Entfernung zwischen dem UT und dem OT entspricht.
ii – Er spaltet den konventionellen Verdichtungstakt in:
a – Ausblasphase, während sich der Kolben vom UT bewegt und eine vorbestimmte Entfernung zwischen UT und OT gemäß Punkt i-b oben überdeckt,
b – Verdichtungsphase, während der Kolben sich von der vorbestimmten Entfernung (wie oben in Punkt a beschrieben) aus weiterbewegt und sich zu dem OT des korrespondierenden Zylinders in bewegt (den oberen Halbteil des Zylinders durchquert)
iii – Erweitern des Expansionstaktes:
a. Signifikantes Erweitern des Expansionstaktes des Arbeitskreisprozesses und entsprechend der Expansionsrate der Verbrennungsgase, über diejenige des beiden konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” und des „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” hinaus.
– Tatsächlich bietet das die Möglichkeit, die Expansionsrate für die beabsichtigte Maschine auszuwählen, um die höchste Effizienz für diese Maschine zu erzielen.
iv – Verbessern der Bedingungen des Ausblastaktes:
a – Der Ausblastakt gleicht demjenigen des konventionellen Betriebs der involvierten Maschine und wird ausgeführt, während sich der korrespondierende Kolben vom UT zum OT bewegt. Allerdings liegt der Hauptunterschied in der tatsächlichen Menge der ausgeblasenen Verbrennungsgase, welche in den modifizierten Maschinen viel geringer bei geringerem Druck und Temperatur ist. Daher werden Leistungsanforderungen zum Ausstoßen der Verbrennungsgase aus den Zylindern heraus viel geringer (vernachlässigbar) sein.

Wie sich herausgestellt hat, ist der neue Arbeitskreisprozess wesentlich verschieden von sowohl dem konventionellen „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” als auch dem „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess”. Er hat seine eigenen analytischen Charakteristiken und Ansätze, und von besonderer Bedeutung ist die Bereitstellung von hoher Flexibilität der Expansionsrate der Verbrennungsgase. Die Steuerung des Systems und der Mechanismen (Nockenwelle) kann ebenfalls weiter angepasst und gesteuert werden, um niedrigere Expansionsraten bei niedrigen U/min der „Kurbelwelle” und höhere Expansionsraten bei höheren U/min zu haben und auch, um den Abgasdruck gerade oberhalb des Atmosphärendrucks zu steuern.
Er wird auf den Betrieb der Hubbewegung der „Brennkraftmaschinen”, welche einige oder alle der Modifikationen in ihre Konstruktion eingeführt haben, angewendet und wird Betriebsbedingungen mit höherer Effizienz und Leistung für diese Maschinen bereitstellen, 3, 4, 5 und 6.
Es ist nur gerecht, dass dieser neu angewendete „Arbeitskreisprozess” der „modifizierte Luft-Standard Atalla-Kreisprozess” genannt wird.
Maschinen, die auf diesem „modifizierten Luft-Standard Atalla-Kreisprozess” betrieben werden, könnten in der tatsächlichen Praxis kategorisiert und ausgedrückt werden als:

– Atalla Mod 30 – Die Zylinder werden mit 70% der Gesamtgröße gefüllt,
– Atalla Mod 40 – Die Zylinder werden mit 60% der Gesamtgröße gefüllt,
– Atalla Mod 50 – Die Zylinder werden mit 50% der Gesamtgröße gefüllt,
– Atalla Mod 60 – Die Zylinder werden mit 40% der Gesamtgröße gefüllt,

Und alle anderen ausgewählten Füllungen der Zylinder als:
Atalla Mod 35, Atalla Mod 38, oder Atalla Mod 42, oder Atalla Mod 45, etc.
– Zweitaktmaschinen:
Diese sind üblicherweise Maschinen eines kleinen Typs und in Motorrädern (schnell fahrende Fahrzeuge) eingesetzt. Die Modifikationen können allerdings auch erfolgreich auf die Zweitaktmaschinen angewendet werden und verbessern deren Effizienz, Leistung und die mit diesen Typen von Maschinen verbundenen Umwelteinflüsse.
Die Modifikationen für den „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” oder den „Luft-Standard Diesel-Kreisprozess” können auch auf die Zweitaktmaschinen angewendet werden. Die Modifikationen umfassen auch den Mechanismus auf der Nockenwelle oder jeder anderen alternativen Einrichtung mit der gleichen Funktion wie die Nockenwelle, welche das Öffnen und Schließen eines Einlass-/Auslassportals steuert, sowie die erforderliche Größenreduktion der Brennkammern.
Allerdings, aufgrund des unterschiedlichen Betriebsmodus der Zweitaktmaschine, welche charakterisiert werden kann durch: 12,

a. werden alle vier Betriebstakte während einer vollen Umdrehung der Kurbelwelle ausgeführt,
b. gibt es kein Abgasventil,
c. findet Ausblasen der Verbrennungsgase durch einen länglichen Schlitz in dem unteren Abschnitt von jedem Zylinder statt,
d. ist das Luft-Kraftstoffgemisch wenig verdichtet und unter Überdruck dem Zylinder zugeführt,
e. führt das in den Zylinder zugeführte Luft-Kraftstoffgemisch auch das Ausstoßen der Verbrennungsgase aus (Ausblasprozess – Takt),
f. ist die Effizienz dieser Maschinen üblicherweise sehr gering.

Daher müssen die Modifikationen fachmännisch und vorsichtig vorgenommen werden, um die erwarteten Verbesserungen zu realisieren. Die Modifikationen des Mechanismus, der das Öffnen und Schließen des Einlass-/Auslassportals steuert, sollte in einer Weise vorgenommen (eingeführt) werden, so dass der gesamte Arbeitskreisprozess (2 Takte – für jede volle Umdrehung der Kurbelwelle) verglichen mit dem konventionellen Betrieb sanft und auch störungsfrei laufen kann und die Effizienz der involvierten Maschine verbessert wird.
Die Erhöhung der Effizienz der Zweitaktmaschine kann anhand der Betriebstakte der modifizierten Maschine verglichen mit der konventionellen Maschine wie folgt erklärt werden:

– Für jede volle Umdrehung der Kurbelwelle (360 Winkelgrade), beginnend von Punkt A (12) werden die zwei Takte der modifizierten Maschine, verglichen mit der konventionellen Maschine, ausgeführt wie folgt:

• Angenommen der Arbeitskreisprozess beginnt mit dem Expansionstakt:

– Expansionstakt: (Expansionstakt)
– Konventionelle Maschine:

– Der Kolben wird sich vom OT zu Punkt C (12a) und von Punkt A zu Punkt C (12b) bewegen.

Die Zündung des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches wird eingeleitet und Temperatur und Druck der Verbrennungsgase steigen signifikant an, das Gemisch wird schnell expandieren und die Kolben vom OT herunter zu Punkt C (12a) drücken, oder Punkt A zu Punkt C auf dem Winkelpfad der Kurbelwelle (12b),
Expansionsrate: 8 bis 9
B – Modifizierte Maschine:

– Der Kolben wird sich vom OT zu Punkt C (12a) und von Punkt A zu Punkt C (12c) bewegen

Die Zündung des verdichteten Luft-Kraftstoffgemisches wird eingeleitet und Temperatur und Druck der Verbrennungsgase steigen signifikant an, die schnell expandieren werden und die Kolben runter vom OT zu Punkt C (12a) drücken, oder Punkt A zu Punkt C auf dem Winkelpfad der Kurbelwelle (12),
Expansionsrate: 16 bis 18
– Ausblastakt:
A – Konventionelle Maschine:

– Der Kolben wird sich Punkt C zum UT und zurück zu Punkt C (12a) und von Punkt C zu Punkt D¹ (12b) bewegen,

Wenn der Kolben Punkt C erreicht und überschreitet, wird er auch die Oberlinie (Kante) des Abgasschlitzes überschreiten und die Verbrennungsgase, immer noch unter hohem Druck und bei sehr hoher Temperatur, beginnen den entsprechenden Zylinder in Richtung der Abgasröhre zu verlassen (mit sehr hoher Geschwindigkeit) und dann in die äußere Atmosphäre. Dieser Prozess wird andauern, während sich der Kolben bewegt und den UT (Punkt D auf 12a) erreicht und umkehrt, um sich zurück Richtung OT zu bewegen, und erreicht Punkt D¹ (12a), an welchem Punkt der Kolben die Oberkante des Abgasschlitzes passiert und den Ausblasprozess (Takt) vervollständigt.
1. Modifizierte Maschine:

– Der Kolben wird sich auch von Punkt C zum UT und zurück zu Punkt C (12a) und von Punkt C zu Punkt D¹ (12c) bewegen.

Wenn der Kolben Punkt C erreicht und überschreitet, wird er auch die Oberlinie (Kante) des Abgasschlitzes überschreiten und die Verbrennungsgase, immer noch unter hohem Druck und sehr hoher Temperatur, beginnen den entsprechenden Zylinder zu verlassen (mit sehr hoher Geschwindigkeit) in die Abgasröhre und dann zu der äußeren Atmosphäre. Allerdings sind der Ausgangsdruck und -temperatur der Verbrennungsgase signifikant niedriger als die derselben konventionellen Zweitaktmaschinen. Dieser Prozess wird andauern, während sich der Kolben bewegt und den UT (Punkt D auf 12a) erreicht und umkehrt, um sich zurück Richtung OT zu bewegen, und erreicht Punkt D¹ (12a), an welchem Punkt der Kolben die Oberkante des Abgasschlitzes passiert und den Ausblasprozess (Takt) vervollständigt.
– Gleichstrom-Aufladung (Ansaug-)Takt:
A – Konventionelle Maschine:

– Der Kolben wird sich auch von Punkt C zum UT und zurück zu Punkt C (12a) und von Punkt C zu Punkt D¹ (12b) bewegen.

– Wenn der Kolben den UT erreicht, Punkt D (12b), öffnet sich das Ladeventil (Ansaugventil).

Luft-Kraftstoffgemisch wird unter Überdruck in den Zylinder geladen und drückt die Verbrennungsgase durch den Abgasschlitz in die Abgasröhre und nach draußen. Dieser Prozess wird andauern, bis der Kolben Punkt C (12a) Punkt D¹ (12b) erreicht. Auch wenn der Ersatz des Verbrennungsgases nicht vollständig ist, wird dennoch angenommen, dass das Meiste des Verbrennungsgases aus dem Zylinder heraus gedrückt wird.

– Wenn der Kolben Punkt C (12a) erreicht wird das Ladeventil geschlossen,
– Der Zylinder wird bis zu Punkt C (12a) mit frischem Luft-Kraftstoffgemisch gefüllt.

B – Modifizierte Maschine:

– Der Kolben wird sich auch von Punkt C zum UT und zurück zu Punkt C (12a) und von Punkt C zu Punkt D¹ (12c) bewegen

– Wenn der Kolben den UT erreicht, Punkt D (12a und 12c), öffnet sich das Ladeventil (Ansaugventil).

Luft-Kraftstoffgemisch wird unter Überdruck in den Zylinder geladen und drückt die Verbrennungsgase durch den Abgasschlitz in die Abgasröhre und nach draußen. Dieser Prozess wird andauern bis der Kolben Punkt C (12a) Punkt D¹ (12c) erreicht. Auch wenn der Ersatz des Verbrennungsgases nicht vollständig ist, wird dennoch angenommen, dass das Meiste des Verbrennungsgases aus dem Zylinder heraus gedrückt wird.

– Wenn der Kolben Punkt C (12a) erreicht wird das Ladeventil (Einlass-/Auslassventil) weiterhin geöffnet sein und wird geschlossen, wenn der Kolben Punkt E (12c) erreicht.

Dies wird es dem Kolben erlauben, etwas des Luft-Kraftstoffgemisches aus dem involvierten Zylinder von Punkt C zu Punkt C¹ (12a) auszustoßen (von Punkt D¹ zu Punkt E, 12c).

– Der Zylinder wird vom OT bis zu Punkt C¹ (12a) mit frischem Luft-Kraftstoffgemisch (40% bis 60% der Arbeitsgröße des konventionellen Zylinders) gefüllt.

– Verdichtungstakt:
A – Konventionelle Maschine:

– Der Kolben wird sich von Punkt C zum UT (12a) und von Punkt D¹ zum OT Punkt A (12b) bewegen,

Der Kolben wird das Luft-Kraftstoffgemisch in die Brennkammer verdichten und das erforderliche Verdichtungsverhältnis von 8 bis 10 erzielen,
B – Modifizierte Maschine:

– Der Kolben wird sich von Punkt C¹ zum UT (12a) und von Punkt D¹ zu OT Punkt A (OT) (12c) bewegen,

Der Kolben wird das Luft-Kraftstoffgemisch (etwa 40% bis 60% des Arbeitsvolumens des konventionellen Zylinders) in die Brennkammer verdichten und das erforderliche Verdichtungsverhältnis von 8 bis 9 erzielen (mit dem reduzierten Volumen der Brennkammer),

Durch Einführen der Modifikationen, wird sich die Arbeitsweise derselben Umdrehung leicht ändern, aber sie werden erwartet die Maschineneffizienz und -leistung signifikant zu verbessern. Daher für jede volle Umdrehung der Kurbelwelle (360 Winkelgrade), beginnend von Punkt A (12b), die zwei Takte der modifizierten Maschine, verglichen mit zwei Takten der konventionellen Maschine, wie in Tabelle 4 gezeigt.
Ausführungsformen der Erfindung verbessern den Betrieb der Zweitaktmaschinen signifikant, und in gleicher Weise wie die modifizierte 4-Takt-Maschine, hinsichtlich

– Signifikante Reduktion der Verbrennungsgastemperatur (wahrscheinlich um mehr als 400 K, beispielsweise von 1400 K auf unter 1000 K),
– Weniger Wärmeverluste an die Kühlluft aufgrund der insgesamt signifikant reduzierten Betriebstemperatur, dennoch Aufrechterhalten und Verbessern der Hauptbetriebsparameter, verglichen mit der konventionellen Maschine.
– Geringere mechanische Verluste durch Begrenzen der sehr hohen Drücke und Temperaturen auf das obere Viertel des Hubes (sanftere Betriebsbedingungen),
– Weniger schwierige Bedingungen in dem Abgasrohr aufgrund der reduzierten Menge an Verbrennungsgas (wahrscheinlich um mehr als 40%) und geringerer Temperaturen wie in Punkt Nr. 1 oben erwähnt, für dieselbe Brutto-Pferdestärke,

Umwelt:

– Sehr signifikante Reduktion in der CO₂ Emission an die Atmosphäre durch die erhöhten Effizienzen der Brennkraftmaschinen, welche viel weniger Kraftstoff für dieselbe Netto „Break Horse Power” (Maschinenleistung) benötigen sollten,
– Signifikant geringere Emission von schädlichen und unvollständig verbrannten Materialen (Quantität und Qualität) an die Atmosphäre durch Erlauben von viel mehr Zeit zum Vervollständigen der Kraftstoffverbrennung in dem Zylinder selbst und unter höheren Temperaturbedingungen,
– Signifikante Reduktion des Maschinengeräusches, als ein Resultat des stark reduzierten Abgasdruckes,

Ironischerweise kann der Wirkungsgrad einer 2-Takt-Maschine sogar um eine höhere Spanne verbessert werden als die der 4-Takt-Maschinen und auch die Umweltaspekte des Betriebs der 2-Takt-Maschinen können signifikant verbessert werden, hinsichtlich des stark reduzierten Lärms und Emission von CO₂ und giftigen Gasen.
– Beispiel:
Vergleich der Leistung einer konventionellen Maschine betrieben mit dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” und derselben Maschine modifiziert und betrieben mit dem „modifizierten Luft-Standard Atalla-Kreisprozess” gemäß dem Folgenden:

– Angenommen wird eine 4-Takt-Benzinmaschine mit 2000 cc Größe,
– Angenommen wird, dass die Maschine bei 2400 U/min läuft,
– Verdichtungsverhältnis 9,5
– Kraftstoffzuführung 2720 Joule (650 cal) pro Liter.

A – Für konventionelle Maschinen: „Luft-Standard Otto-Kreisprozess”

– Die angenommene Maschineneffizienz liegt bei 25%

Hauptbetriebsparameter:

Freigesetzte Energie pro Sekunde = 2400/2* / 60 s/min × 2 Liter × 2720 = 108800 Joule/s

Wobei 2* die vollen 2 Umdrehungen der Kurbelwelle repräsentieren, um einen vollen Arbeitskreisprozess zu vervollständigen, Nutzbare Energie pro Sekunde = 108800 × 25 / 100 = 27200 joule/s Entwickelte Pferdestärken = 27200 / 10 × 1/75 (kg/s) = 36,26 PS
Wobei 10 der Überführungsfaktor zwischen der thermischen und der mechanischen Energie ist.
Kg·m = 10 joule (2.39 cal)
B – Maschine mit Modifikationen: „Luft-Standard modifizierter Atalla-Kreisprozess”

– Dieselbe Benzinmaschine (die aktive Betriebskraft wird bei 1000 cc liegen)
– Verdichtungsverhältnis 19,
– Effizienz bei 40%,

Freigesetzte Energie pro Sekunde = 2400/2 / 60 × 1 Liter × 2720 = 54400/s Nutzbare Energie pro Sekunde = 54400 × 40 / 100 = 21760 Joule/s Entwickelte Pferdestärken = 21760 / 10 × 1/75 = 29,00 PS

Diese Pferdestärken werden mit Nutzung von nur 50% des Kraftstoffes verglichen mit dem „Luft-Standard Otto-Kreisprozess” entwickelt.
Daher kann die verbesserte Leistung als die erzielte Leistung in zwei „Arbeitskreisprozessen” mit einer gleichgroßen physikalischen Maschine ausgedrückt werden, für dieselbe Menge an Kraftstoff, Verbesserung beträgt = 29,00 × 2 / 36,26 × 100 = 160%
Dies ist ein sehr vielversprechendes Resultat, und es wird davon ausgegangen, dass es in der Praxis erzielbar ist weiter mit Entwicklung und Auswahl der passenden Konstruktionsplänen und Betriebsbedingungen oder sogar verbessert werden kann
Die Verbesserung könnte gezeigt werden: Falls ein gegenwärtiges konventionelles Fahrzeug sprich 10 km pro Liter Kraftstoff macht, dann wird dasselbe Fahrzeug mit den Modifikationen etwa machen: 1,6 × 10 = 16 km pro Liter Kraftstoff
Dieselbe Maschine (Fahrzeug) mit Modifikation wird ebenfalls 36,26 Pferdestärken (PS) entwickeln, durch Erhöhen der U/min von den angenommenen 2400 U/min – in dem Beispiel – zu: (nur beispielhaft) U/min (ungefähr) = 36,26 / 29,00 × 2400 = 3000
Dieselbe Maschine kann auch 36,36 Pferdestärken (PS) entwickeln, durch Erhöhen der Füllung des Arbeitsvolumens mit Luft-Kraftstoffgemisch – in dem Beispiel – zu: (nur beispielhaft)

Luft-Kraftstoffgemisch Arbeitsvolumen (WV) in den involvierten Zylindern: WV = Effizienz der konventionellen Maschine 0,25 / Effizienz der modifizierten Maschine 0,40 × 100 = 62,5%
Die folgenden nummerierten Klauseln werden hiermit einbezogen, um eine weitere Beschreibung von Ausführungsformen der Erfindung zu geben.

1. Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft oder einem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff in einer Brennkammer und einem Zylinder einer Brennkraftmaschine, aufweisend:
(a) ein Einlass-/Auslassportal mit geöffneten und geschlossenen Zuständen, das mit einer Quelle für Luft oder mit Quellen für Luft und nicht-verbrannten Kraftstoff verbunden ist; und
(b) eine Brennkammer mit reduziertem Volumen; wobei das Einlass-/Auslassportal derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist, Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff in die Brennkammer und den Zylinder eintreten können oder in die Brennkammer und den Zylinder eintreten und aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten können, und, wenn es geschlossen ist, um Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff vom Ein- oder Austreten in die bzw. aus der Brennkammer und dem Zylinder abzuhalten, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder befindlichem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT) innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein im Wesentlichen inkompressibles Element, welches innerhalb der Brennkammer zum Reduzieren des Volumens der Brennkammer angeordnet ist.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend ein im Wesentlichen inkompressibles Element, welches an dem Kolbenkopf zum Reduzieren des Volumens der Brennkammer angebracht ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend das Erweitern des Hubs des Kolbens über die untere Totpunktposition und obere Totpunktposition (OT) hinweg, um das Volumen der Brennkammer zu reduzieren.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einlass-/Auslassportal für wenigstens einen Teil eines Verdichtungstaktes geöffnet bleibt, wenn sich ein Kolben von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt, wobei Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten kann.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 wobei das Einlass-/Auslassportal für wenigstens einen Teil des Ansaugtaktes geschlossen ist, wenn sich ein Kolben von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt, wobei Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff gehindert wird, in die Brennkammer und den Zylinder einzutreten.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Nocke zum Öffnen des Einlass-/Auslassportals und eine Feder zum Schließen des Portals.
8. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Nocke relativ zu der unteren Totpunktposition des Kolbens versetzt ist.
9. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Nocke und das Ventil so angeordnet sind, dass das Einlass-/Auslassportal während des Verdichtungstaktes des Kolbens schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 30% bis im Wesentlichen 60% der Distanz von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt hat.
10. Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Nocke und das Ventil so angeordnet sind, dass das Einlass-/Auslassportal während des Ansaugtaktes schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 40% bis im Wesentlichen 70% der Distanz von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt hat.
11. Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Kraftstoff einen oder mehrere aus der Liste bestehend aus: Erdgas, LPG, Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff, leichtes oder schweres Gasöl, Ersatzbrennstoff, Alkohol, Ethanol, Biokraftstoff, Wasserstoff aufweist.
12. Brennkraftmaschine, aufweisend:
(a) wenigstens einen Zylinder;
(b) wenigestens einen Kolben;
(c) eine mit dem oder jedem Zylinder verbundene Brennkammer mit reduziertem Volumen;
(d) zumindest ein Einlass-/Auslassportal für jede Brennkammer, welches geöffnete und geschlossene Zustände aufweist, und mit einer Quelle für Luft oder mit Quellen für Luft und nicht-verbrannten Kraftstoff verbunden ist;
(e) eine rotierbare Nocke zum Steuern jedes Einlass-/Auslassportals; wobei die Nocke mit Bezug zu der unteren Totpunktposition des oder ihres entsprechenden Kolbens versetzt ist.
13. Brennkraftmaschine nach Anspruch 12, ferner aufweisend ein im Wesentlichen inkompressibles Element, welches innerhalb der Brennkammer angeordnet ist.
14. Brennkraft-Maschine, aufweisend ein im Wesentlichen inkompressibles Element, welches innerhalb der Brennkammer einer Brennkraftmaschine zum Reduzieren des Volumens innerhalb der Brennkraftmaschine angeordnet ist.
15. Verfahren zum Steuern des Volumens für Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbrannten Kraftstoff innerhalb eines Zylinders und einer Brennkammer mit reduziertem Volumen, die zu einer Brennkraftmaschine gehören, umfassend die Schritte:
(a) Steuern eines Einlass-/Auslassportals, welches geöffnete und geschlossene Zustände hat und mit einer Quelle für Luft oder Quellen für Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff verbunden ist; wobei das Einlass-/Auslassportal derart gesteuert wird dass, wenn es geöffnet ist, Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff in die Brennkammer und den Zylinder eintreten können oder in die Brennkammer und den Zylinder eintreten und aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten können, und, wenn es geschlossen ist, um Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff vom Ein- oder Austreten in die bzw. aus der Brennkammer und dem Zylinder abzuhalten, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder befindlichem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff, wenn das Einlass-/Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-/Auslassportal geschlossen ist.
16. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Einlass-/Auslassportal für wenigstens einen Teil eines Verdichtungstaktes geöffnet bleibt, wenn sich ein Kolben von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt, wobei Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff aus der Brennkammer und dem Zylinder auszutreten kann.
17. Verfahren nach Anspruch 15, wobei das Einlass-/Auslassportal für wenigstens einen Teil des Ansaugtaktes geschlossen wird, wenn sich ein Kolben von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt, wobei Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff gehindert wird, in die Brennkammer und den Zylinder einzutreten.
18. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Nocke und das Ventil zum Steuern des Portals so angeordnet sind, dass das Einlass-/Auslassportal während des Verdichtungstaktes des Kolbens schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 30% bis im Wesentlichen 60% der Distanz von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt hat.
19. Verfahren nach Anspruch 15, wobei die Nocke und das Ventil zum Steuern des Portals so angeordnet sind, dass das Einlass-/Auslassportal während des Ansaugtaktes schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 40% bis im Wesentlichen 70% der Distanz von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt hat.
20. Verfahren, im Wesentlichen wie hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.
21. Vorrichtung, im Wesentlichen wie hierin unter Bezugnahme auf die beigefügten Figuren beschrieben.

Bezugszeichenliste

1: Kolben
3: Zylinder
5: Hebelverbindung zu Kurbelwelle
7: Brennkammer
7a: Brennkammer mit hinzugefügtem Tot-Volumen
7b: konventionelle Brennkammer
8: Kolbenkopf
9: Einlass-/Auslassventil
11: Abgasventil
13: Zündkerze
15: Abgasrohr
17: Nockenwelle
21: Tot-Volumen in Brennkammer
23: Tot-Volumen auf der Stirnfläche des Kolbens
25: Ansaugrohr
27: Ausblastakt im Fortschritt
29: Schließpunkt des Einlass-/Auslassportals
31: bevorzugtes Schließsegment des Einlass-/Auslassportals
33: Einlass-/Auslassportal Öffnungssegment auf der Kurbelwelle
35: Einlass-/Auslassportal Schließsegment auf der Kurbelwelle
37: Funktions-(Steuerungs-)Wölbungen auf der Nockenwelle
39: konventionelle Nockenwelle
41: modifizierte Nockenwelle
43: alternative modifizierte Nockenwelle
45: Zylinderabdeckkörper
47: Ende des Ausblastaktes
49: Ende Ausblas.
51: Ende des Expansionstaktes
53: Ende Arbeit
55: Ende des Verdichtungstaktes
57: Ende Verdicht.
59: Ansaugtakt im Fortschritt
61: Ende Ansaug
63: Zylinder Nr. 1
65: Zylinder Nr. 2
67: Zylinder Nr. 3
69: Zylinder Nr. 4
71: Einlass-/Auslassportal wird geschlossen
73: geschlossen 50%
75: Ansaugtakt, Ansaugen in Fortschritt
77: Ausblastakt in Fortschritt
79: Expansionstakt in Fortschritt
81: Ende und partiell Ausstoßen
83: C1 – geschlossen, Op – geöffnet
85: Ansaugtakt
87: Verdichtungstakt
89: Ausblastakt
91: Arbeitstakt
93: Kurbelwelle Winkel zwischen den Takten bei 180 Grad
95: Kurbelwelle mit Winkel zwischen den Takten bei 90 Grad
97: Einlass-/Auslass (Lade-)portalssteuerung
99: Druckluftkammer
101: Verbrennungsgase Abgasschlitz
103: Zylinderschema
105: Einlass-/Auslassportal Schließpunkt für die modifizierte Maschine
107: Einlass-/Auslassportal schließt
109: Schema der Winkelrotation der Kurbelwelle konventionelle Maschine
111: Schema der Winkelrotation der Kurbelwelle modifizierte Maschine
C1: Zylinder 1
C2: Zylinder 2
OT: obere Totpunktposition
UT: untere Totpunktposition

Claims

Vorrichtung zum Steuern des Volumens von Luft oder einem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff innerhalb einer Brennkammer (7) und einem Zylinder (3) einer Brennkraftmaschine, aufweisend: (a) ein Einlass-Auslassportal (9) mit geöffneten und geschlossenen Zuständen, das mit einer Quelle für Luft oder mit Quellen für Luft und nicht-verbrannten Kraftstoff verbunden ist; (b) eine Brennkammer; (c) einen in dem Zylinder untergebrachten Kolben (1); und (d) ein im Wesentlichen inkompressibles Element (21), welches fest mit dem Inneren der Brennkammer verbunden ist oder ein im Wesentlichen inkompressibles Element (23), welches fest mit einer oberen Oberfläche des Kolbens verbunden ist, wobei das Volumen des inkompressiblen Elements so ist, dass die Maschine eine feste Expansionsrate ausgewählt aus dem Bereich von 15 bis 22 oder 35 bis 50 aufweist; wobei das Einlass-Auslassportal derart gesteuert wird, dass, wenn es geöffnet ist, Luft oder einem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff in die Brennkammer und den Zylinder eintreten kann oder in die Brennkammer und den Zylinder eintreten und aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten kann, und, wenn es geschlossen ist, Luft oder ein Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff vom Ein- oder Austreten in bzw. aus der Brennkammer und dem Zylinder abgehalten wird, wobei das Volumen von in der Kammer und dem Zylinder befindlicher Luft oder von befindlichem Gemisch aus Luft und nicht-verbranntem Kraftstoff, wenn das Einlass-Auslassportal schließt, geringer ist als das Volumen der Brennkammer und des Zylinders, welches durch den Kolben an der unteren Totpunktposition (UT), innerhalb des Zylinders definiert wird, wenn das Einlass-Auslassportal geschlossen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das inkompressible Element ein Volumen hat, welches die Expansionsrate von 8 bis 10 oder 22 bis 26 auf 15 bis 22 oder 35 bis 50 erhöht.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschine ein Verdichtungsverhältnis von 8 bis 10 oder 22 bis 26 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Maschine eine Expansionsrate von 18 aufweist, und insbesondere wobei die Maschine eine Kompressionsrate von 9,5 aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher das Einlass-Auslassportal für wenigstens einen Teil eines Verdichtungstaktes geöffnet bleibt, wenn sich ein Kolben von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt, wobei Luft oder Luft und Kraftstoff erlaubt wird, aus der Brennkammer und dem Zylinder austreten kann.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung das Einlass-Auslassportal schließt, nachdem die Kurbelwelle (5) um 250 bis 280 Winkelgrade vom Beginn des Einlasstaktes aus rotiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Einlass-Auslassportal für wenigstens einen Teil des Ansaugtaktes geschlossen ist, wenn sich der Kolben von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt, wobei verhindert wird, dass Luft oder Kraftstoff und Luft in die Brennkammer eintreten.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung das Einlass-Auslassportal schließt, nachdem die Kurbelwelle (5) um 80 bis 110 Winkelgrade vom Beginn des Einlasstaktes aus rotiert ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, ferner aufweisend eine Nocke zum Öffnen des Einlass-Auslassportals und eine Feder zum Schließen des Portals.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Nocke mit Bezug zu der unteren Totpunktposition des Kolbens versetzt ist.
Vorrichtung nach Anspruch 9 wobei die Nocke und das Ventil so angeordnet sind, dass das Einlass-Auslassportal während des Ansaugtaktes schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 40% bis im Wesentlichen 70% der Entfernung von der oberen Totpunktposition in Richtung der unteren Totpunktposition bewegt hat.
Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die Nocke und das Ventil so angeordnet sind, dass das Einlass-Auslassportal während des Verdichtungstaktes des Kolbens schließt, wenn sich der Kolbenkopf zu einer Position zwischen im Wesentlichen 30% bis im Wesentlichen 60% der Entfernung von der unteren Totpunktposition in Richtung der oberen Totpunktposition bewegt hat.
Vorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, in welcher der Kraftstoff irgendeinen oder mehrere ausgewählt aus einer Liste von: Erdgas, LPG, Benzin, Kerosin, Dieselkraftstoff, leichtes oder schweres Gasöl, Ersatzbrennstoff, Alkohol, Ethanol, Biokraftstoff, Wasserstoff aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Steuerungsvorrichtung das Einlass-Auslassportal so steuert, dass die Schließzeit des Einlass-Auslassportals während allen Zyklen der Maschine im Wesentlichen konstant ist.