DE3632799A1 - Verbrennungsmotor mit verlaengerter expansion - Google Patents

Description

Stand der Technik

Verbrennungskraftmaschinen, die als Hubkolbenmotor ausgeführt sind und nach dem Viertaktverfahren arbeiten, sind die heute am weitesten verbreiteten Kraftmaschinen. Kennzeichnend für das Viertaktverfahren ist, daß für jeden der vier Takte Ansaugen, Verdichten, Expansion und Ausschieben jeweils die volle Hublänge aufgewendet wird. Dem entsprechen zwei Umdrehungen der Kurbelwelle. In Bild 1 ist die Arbeitsweise eines Viertaktmotors im Druck- Volumen-Diagramm (p-V-Diagramm) dargestellt.

Der gewonnenen Arbeit aus dem Kreisprozeß entspricht die im Uhrzeigersinn umfahrene Fläche (schraffiert). Die für den Ladungswechsel aufzuwendende Arbeit ist gering. Die Ladungswechselschleife 1-5-1 wird im folgenden nicht weiter betrachtet. Die Wärmezufuhr erfolgt im gezeichneten Diagramm bei gleichbleibendem Druck, entsprechend dem Vergleichsprozeß für das Diesel-Verfahren (Gleichdruck-Verf.).

In der gesamten Schrift wird einheitlich der Gleichdruckprozeß (diesel) zugrunde gelegt. Dies bedeutet keine Beschränkung auf den Gleichdruckprozeß; vielmehr ist die Erfindung, von der die Rede sein wird, von der Art der Wärmezufuhr unabhängig und damit in gleicher Weise beim Gleichraumprozeß (Otto) und Grenzdruckprozeß (Seilinger) anwendbar.

Wie man aus dem Druck-Volumen-Diagramm ersehen kann, hat die Kolbenmaschine einen grundlegenden Nachteil. Die am Ende des Expansionshubes (Diagrammpunkt 4) noch vorhandene Druckenergie der Verbrennungsgase kann nicht mehr ausgenutzt werden. Bereits vor Erreichen der unteren Totlage des Kolbens werden durch Öffnen des Auslaßventils die Verbrennungsgase schlagartig auf Umgebungsdruck entspannt.

Um diesem Mangel abzuhelfen und doch noch die Druckenergie der Abgase nutzen zu können, wurden verschiedene Verfahren vorgeschlagen, von denen die wesentlichen Vertreter im folgenden kurz genannt werden.

• - Nachexpansion in Zylindern mit größerer Kolbenfläche Vorschläge in dieser Richtung konnten sich nicht durchsetzen. Nachteilig sind der größere Bauaufwand und vor allem die Vergrößerung des Motors um den Faktor 2 oder mehr. Man nimmt dann lieber gleich einen größeren Motor und betreibt diesen im Teillastbetrieb bzw. bei Nenndrehzahl, bei der auch das größte Moment zur Verfügung steht.
• - Der Abgasturbolader fand weite Verbreitung. Mit einem Abgasturbolader kann der thermische Wirkungsgrad aber nicht erhöht werden. Der Turbolader dient dazu, Drehmoment und Leistung eines Motors zu erhöhen. Da die mechanischen Verluste etwa gleich groß sind wie im Motor ohne Lader, die Leistung des Motors mit Abgasturbolader aber höher ist, wird der Gesamtwirkungsgrad (und damit gleichbedeutend der Kraftstoffverbrauch) geringfügig verbessert.
  Bei Verwendung eines Abgasturboladers schiebt der Motor die Verbrennungsgase gegen den Staudruck der Turbine aus. Der Motor saugt Luft an, welche vom Verdichter auf Ladedruck vorverdichtet wurde. In der Praxis ist der Ladedruck etwas höher als der Staudruck. Die an der Kurbelwelle zur Verfügung stehende Arbeit wird dann wieder aus einem Kreisprozeß wie für den einfachen Saugmotor ermittelt, allerdings mit erhöhtem Anfangsdruck. In Bild 2 ist der Kreisprozeß eines durch einen Abgasturbolader aufgeladenen Motors und zum Vergleich eines normalen Saugmotors dargestellt.
  Auf folgendes wird noch hingewiesen:
  Bei Umwandlung der Abgasenergie in mechanische Energie durch die Turbine und bei der Umwandlung mechanischer Energie in Druckenergie durch den Verdichter treten Verluste auf. Die Anpassung des Turboladers an den Verbrennungsmotor ist schwierig. Die aus der Druckenergie der Verbrennungsgase gewonnene Arbeit übersteigt bei höheren Drehzahlen die erforderliche Ladearbeit und kann bei einfach ausgeführten Systemen Motor - Turbolader nicht ausgenutzt werden. Man behilft sich damit, einen Teil der Verbrennungsgase vor der Turbine abzublasen.
• - Beim Verbundverfahren ist eine Abgasturbine über ein Getriebe mit der Kurbelwelle verbunden. Die gleiche oder eine weitere Turbine treibt den Verdichter an. Schwierigkeiten bereitet die Anpassung der Turbine an den Motor. Um das Drehmoment der Turbine in die Kurbelwelle einzuleiten, ist ein Getriebe mit hoher Untersetzung erforderlich. Das Verbundverfahren fand in die Serie bis jetzt auch keinen Eingang.
• - Die Aufladung mit Hilfe eines Druckwellengerätes (Comprex) erhöht den Ladedruck, wirkt also ähnlich wie der Abgasturbolader.

Beschreibung der Erfindung

Die Zielsetzung ergibt sich aus der Vermeidung der Nachteile, die den anderen Verfahren zur Ausnutzung der Abgasenergie anhaften. Das Ziel ist die Schaffung einer Verbrennungskraftmaschine, welche die in den Verbrennungsgasen am Ende der Expansion noch vorhandene Druckenergie zur weiteren unmittelbaren Arbeitsgewinnung heranzieht, also die Expansion verlängert, aber dies bei vertretbarem Bauaufwand realisiert und vor allem ohne dabei den Bauraum des Motors übermäßig zu vergrößern.

Zunächst werden nur Reihenmotore betrachtet. Die Voraussetzungen werden später verallgemeinert.
Voraussetzung für die Verwirklichung der verlängerten Expansion sind:

• - der vorliegende Motor muß nach dem Viertaktverfahren arbeiten
• - eine gerade Anzahl von Zylindern
• - gleiche Kröpfung der Kurbelwelle von je zwei Zylindern.

Motore mit diesen Kennzeichen sind heute am weitesten verbreitet.

Diesen Verbrennungskraftmaschinen mit gerader Zylinderzahl und gleicher Kurbelkröpfung von je zwei Zylindern ist die Zündfolge in der Weise vorgegeben, daß in den Zylindern mit gleicher Kurbelkröpfung die Arbeitstakte um 360° Kurbelwinkel zueinander verschoben sind.
Für eine Vierzylindermaschine sei das näher erläutert. Bild 3 zeigt die Kröpfungen der Kurbelwelle und die Kolben jeweils in oberer und unterer Totlage. Die Ziffern bezeichnen die Zylindernummern.
Jeder Zylinder führt in bekannter Weise nacheinander die vier Takte Ansaugen (A), Verdichten (V), Expansion (E) und Ausschieben (S) durch. Jeder Takt benötigt 180° Kurbelwinkel. Alle vier Takte benötigen zusammen 720° Kurbelwinkel, also zwei volle Umdrehungen, wodurch das Viertaktverfahren gekennzeichnet ist. Ein Zylinder führt während zwei Umdrehungen eine Expansionshub (entspricht einer halben Umdrehung der Kurbelwelle) aus.

Schema der Folge der vier Arbeitstakte für einen Zylinder

Die Zündfolge der skizzierten 4-Zylindermaschine lautet: 1 - 3 - 4 - 2

Für alle vier Zylinder stellt sich die Taktfolge folgendermaßen dar:

Man betrachtet nun die Arbeitsabläufe von je zwei Zylindern mit gleicher Kröpfung, also von Zylinder 1 und 4 und von Zylinder 2 und 3.
Auf den Expansionstakt (E) eines Zylinders folgt jeweils ein Ausschiebetakt (S) des selben Zylinders während beim anderen Zylinder, der die gleiche Kurbelkröpfung hat, ein Verdichtungstakt erfolgt. Die hier angesprochenen Zylinder werden im folgenden auch Zylinderpaare genannt. Diese Bezeichnung ist nicht auf 4-Zylindermaschinen beschränkt. Die Zylinder eines Paares bewegen sich synchron.

Unter dem Abschnitt "Stand der Technik" wurde bereits die verlängerte Expansion in nachgeschalteten Zylindern mit vergrößerter Kolbenfläche erwähnt.
In einem nachgeschalteten Zylinder für die verlängerte Expansion finden jeweils die Takte "verlängerte Expansion" und "Ausschieben" statt. Die Kurbelwelle führt hierfür eine Umdrehung aus. Damit ist es möglich, einem Zylinder, in dem die verlängerte Expansion stattfindet, ein Zylinderpaar, das nach dem Viertaktverfahren arbeitet, zuzuordnen.
Da für die Zylinder, in denen die verlängerte Expansion ablaufen soll, ein größeres Hubvolumen erforderlich ist, ergibt sich eine ungefähre Verdoppelung des Bauraums der Maschine, wie bereits unter "Stand der Technik" auf Seite 6 beschrieben. Dieser Vorschlag konnte sich, wie bereits angesprochen, nicht durchsetzen.

Die Aufgabe, eine Verbrennungskraftmaschine mit verlängerter Expansion ohne übermäßige Bauraumerweiterung und bei vertretbarem Aufwand herzustellen wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß für die verlängerte Expansion nicht eigene Zylinder verwendet werden, sondern die Zylinderräume eines Zylinderpaares unterhalb der Kolben hierfür herangezogen werden.
Man verschließt die Unterseite der Zylinderräume nach dem Kurbelgehäuse hin, wie das beispielsweise bei Motoren mit Kreuzkopf und Schubstange der Fall ist. Die Verbrennungsgase jeweils eines Zylinders leitet man während des Ausschiebetaktes (S) auf die Unterseite der Kolben eines Zylinderpaares, während sich die Kolben ja nach oben bewegen. Das Expansionsvolumen eines Zylinders wird damit von einem Hubvolumen auf zwei Hubvolumen abzüglich des in den Hubraum hineinragenden Volumens der beiden Schubstangen erweitert. Sobald sich die Kolben eines Zylinderpaares vom Oberen Totpunkt (OT) zum Unteren Totpunkt (UT) bewegen, also während des Ansaugtaktes (A) des einen und während des Expansionstaktes (E) des anderen Zylinders, werden die Verbrennungsgase von den abwärtsgehenden Kolben aus dem Raum unterhalb der Kolben in die Abgasleitung geschoben.

Unter Berücksichtigung der Kolbenunterseiten stellt sich die Taktfolge für ein Zylinderpaar folgendermaßen dar:

Es bedeuten:
KW Kurbelwinkel
KO Kolbenoberseite
KU Kolbenunterseite

Der in obiger Tabelle dargestellte Zusammenhang gilt natürlich für jedes Zylinderpaar einer Verbrennungskraftmaschine, die, wie vorgeschlagen, mit verlängerter Expansion arbeitet.
Gegenüber den gewöhnlichen Viertaktmaschinen hat sich folgendes geändert:
Der Ausschiebetakt wurde zum Überschiebetakt (Ük). Statt dem Ausschieben der Verbrennungsgase in die Abgasleitung findet ein Überschieben der Gase von der Oberseite eines Kolbens auf die Unterseite der beiden Kolben eines Kolbenpaares statt. Neu hinzu kommt die verlängerte Expansion (vE) auf der Unterseite der Kolben eines Zylinderpaares. Der Ausschiebetakt (S) findet jetzt auf der Kolbenunterseite statt. Die Gasfüllung eines Zylinders durchläuft jetzt die Takte Ansaugen (A), Verdichten (V), Expansion (E), Überschieben (Ü) zusammen mit verlängerter Expansion (vE) und Ausschieben (S). Der Raum auf den Kolbenunterseiten eines Zylinderpaares ist als Expansionsraum abwechselnd den beiden Zylindern des Zylinderpaares zugeordnet.

Ein Ausführungsbeispiel für eine Vierzylindermaschine zeigt die Zeichnung (die einzelnen Blätter der Zeichnung finden sich hinter den Bildern am Schluß dieser Schrift). Im Zusammenhang mit dieser Arbeit nicht interessierende Komponenten wie Kraftstoffeinspritzsystem, Luftfilter, Nebenantriebe und ähnliches wurden nicht gezeichnet.

• Bezeichnung der Bauteile  1 Kurbelwelle
   2 Pleuel
   3 Kreuzkopf
   4 Zylinder
   5 Kolben
   6 Kolbenstange
   7 Kreuzkopfführung
   8 Einlaßventil
   9 Saugleitung
  10 Überströmventil (Das Überströmventil ist beim gewöhnlichen Verbrennungsmotor ohne verlängerter Expansion das Auslaßventil.)
  11 Überströmleitungen des inneren Zylinderpaares
  12 Überströmleitungen des äußeren Zylinderpaares
  13 Auslaßventil
  14 Abgasleitung
  15 Nockenwelle
  16 Stößel
  17 Kipphebel für Einlaßventil und Überströmventil
  18 Kipphebel für Auslaßventil
  19 Stoßstangen für Einlaßventil und Überströmventil
  20 Stoßstange für Auslaßventil
  21 Stopfbuchsendichtung für die Kolbenstange
  22 Kühlölzulauf zum Kolben
  23 Kühlölrücklauf vom Kolben
  24 Drosselbohrungen für Schmierölaustritt aus dem Kolben
  25 Bohrungen für Schmierölrücklauf
  26 Kolbenringe
  27 Ölabstreifringe
  28 Platte

Die Ansaugluft (oder das Kraftstoff-Luft-Gemisch) gelangt durch die Saugleitung (9) und die Einlaßventile (8) in bekannter Weise in die Zylinder (4). Nach erfolgter Zündung und Expansion strömen die Verbrennungsgase durch das Überströmventil(10) und die Überströmleitungen (11, 12) vom Zylinderraum oberhalb des Kolbens (5) in die beiden Zylinderräume unterhalb der Kolben (5) des entsprechenden Zylinderpaares (1, 4 und 2, 3). Die Überströmleitungen (12) für die äußeren Zylinder (1 und 4) zeigt Ansicht Z. Schnitt F-F zeigt die Überströmleitungen (11) für die inneren Zylinder (2 und 3).

Durch die Aufwärtsbewegung der Kolben (5) der jeweiligen Zylinderpaare (1, 4 und 2, 3) erfolgt der mit Überschieben (Ü) und verlängerter Expansion (vE) bezeichnete Arbeitstakt. Durch Abwärtsbewegung der Kolben und Öffnen von in der Nähe der Zylinderunterseite angebrachten Auslaßventilen (13) erfolgt das Ausschieben (S) der Verbrennungsgase aus den Zylinderräumen unterhalb der Kolben (5) in die Abgassammelleitung (14). Die Querschnitte der Überströmleitungen (11, 12) sind möglichst eng gewählt, da eine Expansion der Verbrennungsgase in den Überströmleitungen keine nutzbare Arbeit bringt; den Druck und damit das Arbeitsvermögen bei der verlängerten Expansion herabsetzt. Aus dem Zahlenbeispiel im Berechnungsteil geht hervor, daß dieser Effekt vorhanden ist; aber sein Einfluß ist nicht so gravierend, daß andere Effekte vernachlässigt werden könnten. Es sei darauf hingewiesen, daß die Wahl der Leitungsquerschnitte ein Kompromiß zwischen möglichst kleinen Strömungsverlusten und kleinen volumetrischen Verlusten (Verluste durch das Volumen der Überströmleitungen) sein muß. Großzügig bemessene Krümmungsradien sollen die Strömungsverluste minimieren.

Die Auslaßventile (13), die nach der verlängerten Expansion (vE) die Verbrennungsgase in die Abgassammelleitung (14) entlassen, sind für jeden Zylinder je einmal vorgesehen und nahe der Zylinderunterseite eingebaut, um die Strömungsverluste beim Ausschieben gering zu halten.

Die Maschine besitzt Kurbelwelle (1), Pleuel (2), Kreuzkopf (3), Kolbenstange (6) und Kolben (5). Dadurch ist es möglich, die Zylinderunterseiten gegenüber dem Kurbelgehäuse mit einer einfachen Platte abzuschließen. Die Kolbenstange (6) tritt geradlinig durch diese Platte (28) hindurch und kann somit auf einfache Weise mit einer Stopfbuchse (21) abgedichet werden.

Durch die Verwendung von Kolbenstange (6) und Kreuzkopf (3) werden die Kolben (5) von Seitenkräften entlastet. Die Führungsaufgaben des Kolbens gehen damit auf die Führungen (7) für den Kreuzkopf (3) über. Dadurch kann die Bauhöhe der Kolben (5) erheblich verringert werden gegenüber Kolben von Motoren ohne Kreuzkopf. Durch günstige konstruktive Anordnung der Führungen (7) der Kreuzköpfe (3), durch Verwendung kurzer Pleuel (2) und durch niedrig bauende Kolben (5) erhöht sich das Bauvolumen von Motoren mit verlängerter Expansion nur geringfügig gegenüber heute üblichen Motoren ohne Kreuzkopf. Im Gegensatz dazu erfordert die Nachexpansion in eigenen Zylindern eine Vergrößerung um den Faktor 2 oder mehr. Der erhöhte Bauaufwand durch Kreuzkopf (3), Überströmleitungen (11, 12) und zusätzliche Ventile wird gerechtfertigt durch einen höheren Wirkungsgrad und damit eine größere Wirtschaftlichkeit des Motors. Im Berechnungsteil ist das ausführlich dargestellt.

Die für die verlängerte Expansion erforderlichen Auslaßventile (13) sind im Ausführungsbeispiel einmal je Zylinder (4) vorgesehen. Es ist aber auch möglich, je Zylinderpaar nur ein Ventil vorzusehen. Alle Ventile werden im Ausführungsbeispiel von einer gemeinsamen Nockenwelle (15) über Stößel (16) und Kipphebel (17, 18) betätigt. Da die Nockenwelle in einem Viertaktmotor mit der halben Drehzahl der Kurbelwelle umläuft, ist für die Betätigung der Auslaßventile (13), die bei jeder Abwärtsbewegung der Kolben öffnen, je Ventil ein Doppelnocken erforderlich. Ein Doppelnocken besteht aus zwei um 180° versetzten Nocken, wie in Einzelheit X der Zeichnung gezeigt. Es sind auch Ausführungen möglich, bei denen für die Auslaßventile (13) eine eigene Nockenwelle vorgesehen ist, die dann sinnvollerweise mit der Drehzahl der Kurbelwelle umläuft. Ebenso denkbar sind Ausführungen, bei denen statt Ventilen Schieber verwendet werden.

Ein Kolben (5) ist in Einzelheit Y dargestellt. Die Kühlung der Kolben erfolgt durch Umlauföl. Das Kühlöl läuft durch die Kolbenstange (6) zum Kolben (5) und wieder zurück zum Kurbelgehäuse. Das für die Schmierung des Kolbens erforderliche Öl tritt durch Drosselbohrungen (24) aus dem Kolben auf die Zylinderwand. Ölabstreifringe (27) fördern bei Aufwärtsbewegung des Kolbens das Öl durch Bohrungen (25) in den Kolben (5) und die Ölrücklaufleitung (23) zurück, da eine Berührung von Verbrennungsgasen und Öl im Zylinderraum unterhalb der Kolben möglichst vermieden werden soll. Zusätzlich kann die Verwendung eines Filters in der Abgasleitung zum Rückhalten von Ruß und Öltropfen vorgesehen werden. Möglich ist auch die katalytische Oxidation von im Abgas enthaltenem Schmieröl und unvollständig verbranntem Kraftstoff. Alternativen zur Ölkühlung der Kolben sind ungekühlte Kolben aus keramischen Werkstoffen oder wassergekühlte Kolben. Vielleicht ermöglichen es in Zukunft neuartige Werkstoffe auf Schmierung der Kolben zu verzichten.

Bei Reihenmaschinen mit mehr als sechs Zylindern gibt es eine konstruktive Besonderheit. Die Überströmleitungen für die äußeren Zylinderpaare werden bereits recht lang. Damit nehmen die volumetrischen Verluste (Verluste bedingt durch das Volumen der Überströmleitungen) und die Rohrreibungsverluste zu. Deshalb wird vorgeschlagen, je zwei benachbarte Zylinder zu einem Zylinderpaar mit gleicher Kurbelkröfung zusammenzufassen. Bild 4 zeigt die Skizze einer 8-Zylindermaschine mit herkömmlicher Kurbelkröpfung. Die Überströmleitungen sind eingezeichnet. Bild 5 zeigt eine 8-Zylindermaschine, bei der je zwei benachbarte Zylinder zu einem Paar zusammengefaßt sind. Konstruktiv vorteilhaft ist die Vermeidung langer Leitungen und deren Anhäufung in der Mitte der Längsseite des Motors.

Das Schwingungsverhalten eines Motors, bei dem je zwei benachbarte Zylinder zu einem Paar zusammengefaßt sind, dürfte dann einem 2-Takt-Motor mit halber Zylinderzahl ähneln.

Verallgemeinerung der Voraussetzungen

Im Beispiel wurde eine Vierzylinder-Reihenmaschine gezeigt. Es sind jedoch auch andere Maschinen möglich. Entscheidend ist, daß

• - nach dem Viertaktverfahren gearbeitet wird
• - eine gerade Anzahl von Zylindern vorliegt
• - die Taktfolge von je zwei Zylindern um extakt zwei Takte zuneinander verschoben ist.
• - die Zylinderunterseiten nach dem Kurbelgehäuse hin verschlossen werden

Neben Reihenmaschinen mit gerader Zylinderzahl und entsprechender Kröpfung der Kurbelwelle sind auch V-Maschinen und Boxermaschinen möglich, wenn die vorstehend gemachten Voraussetzungen gelten.

Es sei noch darauf hingewiesen, daß der Verbrennungsmotor mit verlängerter Expansion in gleicher Weise mit einem Abgasturoblader oder mit anderen Ladern kombinierbar ist, wie gewöhnliche Motore (siehe Bild 6). Die Anwendung der Ladeluftkühlung ist ebenfalls in bekannter Weise möglich.

Berechnungen Herleitung der Formeln für geleistete Arbeit und thermischen Wirkungsgrad

Es wurde bereits darauf hingewiesen, daß Vergleichsgrundlage in der gesamten Schrift der Diesel- oder Gleichdruckprozeß ist. Die verlängerte Expansion schließt sich an diesen Prozeß an. Zunächst werden die Formeln für die zugeführte Wärme, die gewinnbare Arbeit und den Wirkungsgrad beim Dieselmotor hergeleitet. Dies ist an sich bekannt; die Formeln werden aber im weiteren für die Herleitung der Formeln bei der verlängerten Expansion benötigt. Damit ist es dann leicht, die thermischen Wirkungsgrade von normalem Dieselmotor und des entsprechenden Motors mit verlängerter Expansion zu vergleichen.

Der Prozeßverlauf im Druck-Volumen-Diagramm ist für den Dieselmotor in Bild 1 dargestellt. Die gewinnbare Arbeit entspricht der vom Kurvenzug 1-2-3-4-1 eingeschlossenen Fläche. Der Wirkungsgrad η ist das Verhältnis aus gewonnener Arbeit und zugeführter Wärme. Die Ladungswechselschleife 1-5-1 braucht nicht beachtet zu werden.

von 1 nach 2: isentrope Verdichtung
von 2 nach 3: isobare Wärmezufuhr
von 3 nach 4: isentrope Expansion
von 4 nach 1: isochore Wärmeabfuhr

Definitionen:

c _p Wärmekapzität IsentropenexponentRallgemeine GaskonstanteV _h = V ₁-V ₂Hubvolumen ε = V ₁/V ₂ = (p ₂/p ₁)^1/ Verdichtungsverhältnis ν = V ₃/V ₂ = T ₃/T ₂Füllungsrad W:gewonnene Arbeit Q:zugeführte Wärme

Die Größen Druck und Volumen der Diagrammeckpunkte des Dieselprozeß (Bild 1) lassen sich durch die Kennwerte Verdichtungsverhältnis ε und Füllungsgrad ν und durch die Anfangsgrößen Druck p ₁ und Volumen V ₁ ausdrücken. p ₁ ist der Druck, der am Beginn der Verdichtung im Zylinder vorliegt. V ₁ ist das Zylindervolumen.

Die zugeführte Wärme läßt sich auf folgende Weisen darstellen.

Die gewonnene Arbeit ist die Differenz aus der bei der isobaren Wärmezufuhr (2-3) freiwerdenden Arbeit, der bei der isentropen Expansion (3-4) freiwerdenden Arbeit und der aufgewendeten Verdichtungsarbeit (1-2).

Der thermische Wirkungsgrad η _th ist das Verhältnis aus der nach dem Vergleichprozeß gewinnbaren Arbeit und der zugeführten Wärme.

Die hier hergeleiteten Formeln für die zugeführte Wärme, die gewinnbare Arbeit und den thermischen Wirkungsgrad sind an sich bekannt. Sie sind jedoch für das Verständnis der im folgenden herzuleitenden Formeln für die verlängerte Expansion erforderlich.

Arbeit und Wirkungsgrad beim Diesel-Verfahren (Gleichdruck- Prozeß) mit verlängerter Expansion ohne Berücksichtigung von Verlusten.

Dieser Kreisprozeß ist in Bild 7 dargestellt.
Der Prozeßverlauf vom Zustandspunkt 1 über die Punkte 2 und 3 zum Zustandspunkt 4 ist der des Diesel-Prozeß. Es entfällt aber die isochore Wärmeabfuhr von 4 nach 1. Neu hinzu kommen die Zustandsänderungen von 4 nach 5, 5 nach 6 und 6 nach 1.

von 4 nach 5: isentrope Expansion
von 5 nach 6: isochore Wärmeabfuhr
von 6 nach 1: isobare Ausschiebearbeit

Zu den bekannten Definitionen treten weitere hinzu:

V _E ErweiterungsvolumenV ₅ = V ₁ + V _E Volumen, das für die gesamte Expansion zur Verfügung steht ϕ = V ₅/V ₁Expansionsverhältnis

In dieser Schrift wird das Expansionsverhältnsi definiert als Quotient aus dem Volumen, das in einem Zylinderpaar für die erweiterte Expansion zur Verfügung steht (unterhalb der Kolben in oberer Totlage) und dem Volumen eines Zylinders (oberhalb des Kolbens in unterer Totlage).

Die Größen Druck und Volumen der Diagrammeckpunkte werden wieder durch die Anfangsgrößen Druck p ₁ und Volumen V ₁ und durch Kennwerte ausgedrückt. Kennwerte sind Verdichtungsverhältnis ε, Füllungsgrad ν und Expansionsverhältnis ϕ.

Die gewinnbare Arbeit aus der verlängerten Expansion ist die Differenz aus der bei der isentropen Expansion (4-5) freiwerdenen Arbeit und aus der aufzuwendenden isobaren Ausschiebearbeit (6-1).

Die gesamte gewinnbare Arbeit beim Diesel-Verfahren mit verlängerter Expansion errechnet sich wie folgt:

Der thermische Wirkungsgrad ist wieder das Verhältnis aus im Vergleichsprozeß gewinnbarer Arbeit W und zugeführter Wärme Q.

Arbeit und Wirkungsgrad beim Diesel-Verfahren (Gleichdruck- Prozeß) mit verlängerter Expansion unter Berücksichtigung der durch das Volumen der Überströmleitungen hervorgerufenen Verluste

Dieser Kreisprozeß ist in Bild 8 dargestellt.
Er läuft von Zustandspunkt 1 bis 4 wieder in bekannter Weise ab.
Nach dem Öffnen des Überströmventils erfolgt die isentrope Expansion weiter über Punkt 4 hinaus nach 4″. Im Punkt 4″ herrscht Druckgleichgewicht zwischen den aus dem Zylinder in die Überströmleitung expandierten Verbrennungsgasen und den sich vorher in der Überströmleitung befindenden Gasen. Von 4 nach 4″ und von 4″ nach 4′ wird keine Arbeit nach außen abgegeben. Die vorher in der Überströmleitung befindlichen Gase nehmen an der verlängerten Expansion teil. Das Volumen V ₄′ ist deshalb die Summe aus Zylindervolumen und Leitungsvolumen. Der Prozeßverlauf von 4′ über 5′, 6′ nach 1′ entspricht dem des Kreisprozeß ohne Berücksichtigung von Verlusten.

von 4′ nach 5′: isentrope Expansion
von 5′ nach 6′: isochore Wärmeabfuhr
von 6′ nach 1′: isobare Ausschiebearbeit

Zu den bekannten Definitionen treten weitere hinzu:

V _L Volumen der Überströmleitung eines Zylinderpaaresξ = V _L /V ₄ = V _L /V ₁Leitungsverhältnis V ₁′ = V ₄′ = V ₁ + V _L
V ₅′ = V ₁′ + V _E Volumen, das für die gesamte Expansion zur Verfügung steht

Die Definition des Expansionsverhältnis ϕ = V ₅/V ₁ wird beibehalten.
Von 1′ nach 1 wird keine Arbeit aufgewendet, da das in den Überströmleitungen verbleibende Gas ja nicht ausgeschoben wird.

Herleitung von Druck und Volumen in Punkt 4″ und 4′

Es wird folgendes Modell zugrunde gelegt: Die Verbrennungsgase schieben einen (gedachten masselosen Kolben gegen die in der Überströmleitung eingeschlossenen Gase. Der Vorgang ist beendet, wenn Druckgleichgewicht herrscht. Bild 9 zeigt das Modell vor Erreichen des Gleichgewichtsdruckes und wenn der Gleichgewichtsdruck erreicht ist.

Es bedeuten:

p ₄, V ₄Druck und Volumen der Verbrennungsgase im Zylinder im Zustandspunkt 4p _L , V _L Druck und Volumen der in der Überströmleitung befindlichen Gase (Index L für Leitung)p ₄″, V ₄″Druck und Volumen der Verbrennungsgase im Gleichgewichtszustand p _L ″, V _L ″Druck und Volumen der Gase in der Überströmleitung im Gleichgewichtszustand p ₄′, V ₄′Gleichgewichtsdruck und Volumen von Zylinder und Überströmleitung

Der Druck in der Überströmleitung ist dem Umgebungsdruck gleich. P _L = p ₁

Von 4 nach 4″ läuft eine isentrope Expansion ab.

Es gilt:

Ferner ist:

In obiger Gleichung ist der Einfluß des Leitungsvolumens (in ξ) zu erkennen. Das Leitungsvolumen soll möglichst klein sein, um den Druckabfall von p ₄ nach p ₄′ gering zu halten. Wird V _L zu Null, so wird ξ zu Null und damit p ₄′ = ν · p ₁ = p ₄.

Die Größen Druck und Volumen der Diagrammeckpunkte werden wieder durch Kennwerte und den Anfangsdruck p ₁ und das Anfangsvolumen V ₁ ausgedrückt. Kennwerte sind Verdichtungsverhältnis ε, Füllungsgrad ν, Expansionsverhältnis ϕ und Leitungsverhältnis ξ.

Die gewinnbare Arbeit aus der verlängerten Expansion ist die Differenz aus der bei der isentropen Expansion von 4′ nach 5′ freiwerdenden Arbeit und aus der aufzuwendenden isobaren Ausschiebearbeit von 6′ nach 1′.

Die gesamte gewinnbare Arbeit beim Diesel-Verfahren mit verlängerter Expansion unter Berücksichtigung der durch das Volumen der Überströmleitungen hervorgerufenen Verluste errechnet sich wie folgt:

Die aus dem Kreisprozeß gewinnbare Arbeit ist in Bild 8 durch Schraffur angedeutet.

Der thermische Wirkungsgrad ist wieder das Verhältnis aus im Vergleichsprozeß gewinnbarer Arbeit W und zugeführter Wärme Q.

Ermitteln von Zahlenwerten für den Wirkungsgrad

Um die praktischen Auswirkungen der hergeleiteten Formeln zu veranschaulichen, werden ausgehend von den Daten eines in Serie gebauten Dieselmotors folgende Wirkungsgrade ermittelt bzw. errechnet.

• - Gesamtwirkungsgrad des Serien-Motors
  - thermischer Wirkungsgrad dieses Motors
  - thermischer Wirkungsgrad des Motors mit verlängerter Expansion ohne Verluste
  - thermischer Wirkungsgrad des Motors mit verlängerter Expansion unter Berücksichtigung der durch das Volumen der Überströmleitungen hervorgerufenen Verluste
  - Gesamtwirkungsgrad der Version mit Abgasturboaufladung

Von dem in Serie gebauten Saugmotor gibt es auch eine Version mit Abgasturboaufladung. Es wird vorausgesetzt, daß der gleiche Saugmotor als Basis für die Version mit verlängerter Expansion verwendet wird.

Daten des Saugmotors

Es handelt sich um eine 6-Zylinder-Maschine, die nach dem Viertaktverfahren arbeitet:

Hubraum für 1 ZylinderV _h = 1900 cm³ Verdichtungsverhältnise = 20
V ₁ = 2000 cm³
V ₂ = 100 cm³ Drehzahln = 1500 U/min Leistung bei n = 1500 U/minP = 130 kW Kraftstoffverbrauch bei n = 1500 U/min218 g Diesel/kWh

Die angegebenen Daten beziehen sich auf das Verbrauchsoptimum.

Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades für vorliegenden Saugmotor

unterer Heizwert von Dieselkraftstoff H _u

H _u = 41660 kJ/kg = 11,572 kWh/kg
1/η _ges = 218 g/kWh · 11,572 kWh/1000 g = 2,5227
η _ges = 0,396
h _ges ist der Gesamtwirkungsgrad

Ermittlung des thermischen Wirkungsgrades für vorliegenden Saugmotor

je Stunde geleistete ArbeitW _h = 130 kWh Kraftstoffverbrauch218 g Dieselöl/kWh folglich werden je Stunde 28340 g Dieselöl verbraucht
folglich werden je Minute 472,3 g Dieselöl verbraucht
Beim Viertaktverfahren ist die Zahl der Arbeitshübe gleich der halben Drehzahl. Also werden in einer Minute 1500/2 = 750 Arbeitshübe ausgeführt.
Während einem Arbeitshub verbraucht also ein Zylinder des Motors 472,3 g / (750 · 6) = 0,105 g Dieselöl.
Die zugeführte Wärme ist:
Q = 0,105 g 41,66 kJ/g = 4,3743 kJ

Es gilt:

Der thermische Wirkungsgrad beim einfachen Dieselverfahren errechnet sich aus
dem Verdichtungsverhältnis ε
dem Füllungsgrad ν
und dem Isentropenexponenten 
ε = 20 ν = 2,885 = 1,4

Die Formel für den thermischen Wirkungsgrad des Dieselmotors lautet:

Bestimmung des thermischen Wirkungsgrades des Dieselmotors mit verlängerter Expansion ohne Berücksichtigung der Verluste durch die Überströmleitungen

Der thermische Wirkungsgrad errechnet sich hier aus
dem Verdichtungsverhältnis ε
dem Füllungsgrad ν
dem Isentropenexponenten 
und dem Expansionsverhältnis ϕ

Es wurde bereits erwähnt, daß der Motor mit verlängerter Expansion aus dem Saugmotor mit den bekannten Daten abgeleitet wird. Damit besteht eine Vergleichsgrundlage. Man hat wieder das gleiche Verdichtungsverhältnis ε, den gleichen Füllungsgrad ν und ist ohnehin konstant.
ε = 20 ν = 2,885 = 1,4 ϕ = 1,8
ϕ = V ₅/V ₁ Für V ₅ dürfte etwa gelten: V ₅ = 2 · V _H -2 · V _K V _H ist das Hubvolumen eines Zylinders; V _K ist das Volumen einer Kolbenstange, das bei Kolbenlage im oberen Totpunkt in den Zylinderraum hineinragt.
Ein Wert von 1,8 für ϕ ist daher realistisch.
Die abgeleitete Formel für den thermischen Wirkungsgrad lautet:

Bestimmung des thermischen Wirkungsgrades des Dieselmotors mit verlängerter Expansion unter Berücksichtigung der Verluste durch die Überströmleitungen

Der thermische Wirkungsgrad errechnet sich hier aus
dem Verdichtungsverhältnis ε
dem Füllungsgrad ν
dem Isentropenexponenten 
dem Expansionsverhältnis ϕ
und dem Leitungsverhältnis ξ
e =20 ν = 2,885 = 1,4 ϕ = 1,8

Das Leitungsverhältnis ξ ist das Verhältnis aus dem Volumen der Überströmleitungen und dem Volumen eines Zylinders ξ = V _L /V ₁. Für das Leitungsverhältnis ξ wurden Zahlenwerte aus den Abmessungen in der Zeichnung ermittelt. Für das innere Zylinderpaar ergibt sich der niedrigste Wert. Für die nach außen hin folgenden Zylinderpaare wird das Leitungsverhältnis ξ größer und damit ungünstiger. Die abgeleitete Formel für den thermischen Wirkungsgrad lautet:

Für das innere Zylinderpaar ist das Leitungsverhältnis: ξ = 0,25
Der thermische Wirkungsgrad ist damit: η _th = 0,667
Für das äußere Zylinderpaar einer Vierzylindermaschine ist das Leitungsverhältnis: ξ = 0,35
Der thermische Wirkungsgrad ist damit: η _th = 0,663
Für das äußere Zylinderpaar einer Sechszylindermaschine ist das Leitungsverhältnis: ξ = 0,5
Der thermische Wirkungsgrad ist damit: η _th = 0,658

Daten des Dieselmotors mit Abgasturboaufladung

Der Grundmotor ist der gleiche, wie in der Ausführung als Saugmotor.

Leistung bei n = 1500 U/minP = 164 kW Kraftstoffverbrauch bei n = 1500 U/min215 g Diesel/kWh

Die angegebenen Daten beziehen sich wieder auf das Verbrauchsoptimum.

Bestimmung des Gesamtwirkungsgrades des Dieselmotors mit Abgasturboaufladung

1/η _ges = 215 g/kWh · 11,572 kWh/1000 g = 2,488
η _ges = 0,402   11,572 kWh/kg = H _u

Gegenüberstellung der Wirkungsgrade

η _th

 thermischer Wirkungsgrad

η _ges

 Gesamtwirkungsgrad
S.M. Dieselmotor in der Version als Saugmotor
v.E.o.V. Dieselmotor mit v

erlängerter E

xpansion o

hne Berücksichtigung von V

erlusten
v.E.V.V. Dieselmotor mit v

erlängerter E

xpansion unter Berücksichtigung der durch das V

olumen der Überströmleitungen hervorgerufenen V

erluste
ATL Dieselmotor mit Abgasturbolader

Die Verbesserung des Gesamtwirkungsgrades durch Abgasturboaufladung ist gering. Das Verhältnis der Gesamtwirkungsgrade aufgeladener Motor zu Saugmotor ist

η _ges (ATL)^/η _{ges (S.M.)} = 1,015

Der Abgasturbolader bewirkt im wesentlichen eine Leistungssteigerung und keine Anhebung des Wirkungsgrades. Hierauf wurde bereits im Abschnitt "Stand der Technik" eingegangen.

Dageben wird durch die Realisierung der verlängerten Expansion in der beschriebenen Weise der thermische Wirkungsgrad von 61% auf 66% angehoben. Das bedeutet eine Verbesserung um den Faktor 1,08.

Der Gesamtwirkungsgrad müßte sich dementsprechend von 39,6% um 3,2% auf 42,8% erhöhen. Die Voraussetzungen sind jedoch günstiger.

Der Motor mit verlängerter Expansion entspricht in der Baugröße dem Saugmotor, aus dem er abgeleitet wurde. Die Reibungskräfte, die durch auf die Kolben wirkende Seitenkräfte verursacht werden, treten jetzt in den Kreuzkopfführungen auf. An bewegten Teilen neu hinzugekommen sind lediglich die Auslaßventile für die verlängerte Expansion. Ansonsten bleibt der Motor unverändert. Folglich ändert sich die mechanische Verlustleistung des Motors mit verlängerter Expansion nicht gegenüber derjenigen des Saugmotors. Von der durch die verlängerte Expansion zusätzlich gewonnenen Arbeit müssen somit keine Verluste abgezogen werden. Der Gesamtwirkungsgrad wird auf etwa

h _ges = 39,6% + 5% = 44,6%

ansteigen.

Die Zahlenwerte beziehen sich selbstverständlich immer auf den im Beispiel gewählten Motor. Sie vermitteln jedoch eine Größenordnung, in der Wirkungsgradgewinne durch die verlängerte Expansion zu erwarten sind. Dieser Wirkungsgradgewinn wird bei vertretbarem Bauaufwand erzielt und ohne dabei den Bauraum des Motors übermäßig zu vergrößern.

Bildverzeichnis

Hinter der Zusammenfassung auf Seite 34 finden sich die im Text erwähnten Bilder.

Bild 1: Druck-Volumen-Diagramm (p-V-Diagramm) eines Viertakt-Dieselmotors (Saugmotor)

Bild 2: Druck-Volumen-Diagramm eines Dieselmotors mit Abgasturbolader und eines Saugmotors

Bild 3: Vierzylindermotor (Viertakt Kröpfungen der Kurbelwelle

Bild 4: Achtzylindermotor (Viertakt) mit verlängerter Expansion
Überströmleitungen und Kröpfungen der Kurbelwelle

Bild 5: Achtzylindermotor (Viertakt) mit verlängerter Expansion und Zusammenfassung von benachbarten Zylindern zu einem Zylinderpaar
Überströmleitungen und Kröpfungen der Kurbelwelle

Bild 6: Motor kombiniert mit Abgasturbolader (Schema)

Bild 7: Druck-Volumen-Diagramm beim Dieselmotor mit verlängerter Expansion ohne Berücksichtigung von Verlusten

Bild 8: Druck-Volumen-Diagramm beim Dieselmotor mit verlängerter Expansion unter Berücksichtigung von Verlusten durch die Überströmleitungen

Bild 9: Modell zur Herleitung des Gleichgewichtsdruckes in Zylinder und Überströmleitung nach Öffnen der Überströmventile

Bild 10: Maßstäbliches Druck-Volumen-Diagramm des im Berechnungsteil zugrunde gelegten Dieselmotors (Saugmotor)

Bild 11: Maßstäbliches Druck-Volumen-Diagramm des berechneten Dieselmotors mit verlängerter Expansion ohne Berücksichtigung von Verlusten

Bild 12: Verlängerte Expansion mit vergrößertem Maßstab für den Druck

Bild 13: Verlängerte Expansion mit vergrößertem Maßstab für den Druck aber mit Berücksichtigung der Verluste durch die Überströmleitungen

Hinter den Bildern ist die Zeichnung auf einzelne Blätter aufgeteilt zu finden. Die einzelnen Blätter lassen sich zur kompletten Zeichnung zusammensetzen.
Die Bedeutung der Zahlen, die die Bauteile kennzeichnen, findet sich auf Seite 12.
Die Nummerierung der Zeichnung schließt sich fortlaufend an die Nummerierung der Bilder an.

Bild 14: Oberer Teil der Seitenansicht/des Längsschnittes des Motors

Bild 15: Unterer Teil der Seitenansicht/des Längsschnittes des Motors

Bild 16: Schnitt A-A; oberer Teil des Querschnitts

Bild 17: Schnitt A-A; unterer Teil des Querschnitts

Bild 18: Schnitt D-D; Waagerechter Schnitt durch den Zylinderkopf, Saug- und Überströmleitungen/ Lage der Abgasleitung

Bild 19: Schnitt F-F; Überströmleitungen des inneren Zylinderpaares

Bild 20: Ansicht Z; Überströmleitungen des äußeren Zylinderpaares

Bild 21: Schnitt E-E; Waagerechter Schnitt durch den unteren Teil der Zylinder und die Überströmleitungen

Bild 22: Einzelheit X; Doppelnocken

Bild 23: Einzelheit Y; Kolben

Claims (22)

1. Verbrennungsmotor ausgebildet aus Hubkolbenmotor, welcher nach dem Viertaktverfahren arbeitet, eine gerade Zylinderanzahl aufweist und wobei die Taktfolge von je zwei Zylindern um zwei Takte zueinander verschoben ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Unterseite der Zylinderräume nach dem Kurbelgehäuse hin verschlossen ist und die Verbrennungsgase eines jeden Zylinders vom Kolben durch dessen Bewegung vom unteren zum oberen Totpunkt vom Zylinderraum oberhalb des Kolbens nicht in die Abgasleitung sondern in die beiden Zylinderräume auf der Unterseite des selben Kolbens und eines weiteren, sich synchron nach oben bewegenden Kolbens, der gerade einen Verdichtungshub ausführt, geleitet werden, wodurch der Expansionsraum vergrößert wird und damit die Kolben auf ihrem Weg vom unteren zum oberen Totpunkt nutzbare Arbeit abgeben und dann, auf dem Weg vom oberen zum unteren Totpunkt, durch Abwärtsbewegung die Verbrennungsgase in die Abgasleitung ausschieben.

2. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß der Zylinderraum (4) nach dem Kurbelgehäuse hin mittels einer starren Platte (28) verschlossen ist, durch welche die Kolbenstange (6) in bekannter Weise geradlinig hindurchtritt.

3. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 2 dadurch gekennzeichnet, daß die Abdichtung der Kolbenstange (6) mit einer Stopfbuchsendichtung (21) erfolgt.

4. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 2 und 3 dadurch gekennzeichnet, daß die Umformung der hin- und hergehenden geradlinigen Bewegung des Kolbens (5) in die Drehbewegung der Kurbelwelle (1) mit Hilfe von Kreuzkopf (3) und Pleuel (2) erfolgt.

5. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase durch die bekannten Auslaßventile, jetzt Überströmventile (10) genannt, und durch Überströmleitungen (11, 12) vom Zylinderraum oberhalb des Kolbens (5) in die beiden Zylinderräume unterhalb der beiden Kolben geleitet werden.

6. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein oder mehrere Auslaßorgane für jeden Zylinder vorgesehen werden, durch welche die Verbrennungsgase aus den Zylinderräumen unterhalb der Kolben in die Abgasleitung (14) gelangen.

7. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßorgane Ventile (13) sind.

8. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 6 dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßorgane Schieber sind.

9. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß ein gemeinsames Auslaßorgan für zwei, gemäß Anspruch 1 zusammengehörende Zylinder vorgesehen ist, durch welches die Verbrennungsgase aus den Zylinderräumen unterhalb der Kolben in die Abgasleitung (14) gelangen.

10. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Auslaßorgan ein Ventil ist.

11. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und 9 dadurch gekennzeichnet, daß das gemeinsame Auslaßorgan ein Schieber ist.

12. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 6 und 7 oder nach Anspruch 1, 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß die Auslaßventile (13) mit den übrigen Ventilen von einer gemeinsamen Nockenwelle (15) angetrieben werden, wobei dann für die Auslaßventile (13) Doppelnocken vorzusehen sind.

13. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1, 6 und 7 oder nach Anspruch 1, 9 und 10 dadurch gekennzeichnet, daß für die Auslaßventile (13) eine eigene Nockenwelle verwendet wird.

14. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 13 dadurch gekennzeichnet, daß der Kolben (5) durch Umlauföl gekühlt wird, wobei für Kühlölzulauf (22) und für Kühlölrücklauf (23) je eine eigene Leitung vorgesehen ist.

15. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 13 dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle von Öl zur Kolbenkühlung Wasser verwendet wird.

16. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 13 dadurch gekennzeichnet, daß die Kolben (5) oder wenigstens deren Oberfläche aus einem Material, vorzugsweise Keramik, bestehen, das einen Verzicht auf die Kühlung der Kolben ermöglicht.

17. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 16 dadurch gekennzeichnet, daß durch Drosselbohrungen (24) Öl aus dem Kolben zur Schmierung der Kolbenringe (26) austritt und mittels Ölabstreifringen (27) das Öl durch Bohrungen (25) in den Kolben (5) und die Ölrücklaufleitung (23) zurückbefördert wird.

18. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 17 dadurch gekennzeichnet, daß die Kurbelkröpfungen von je zwei benachbarten Zylindern gleich sind, so daß sich die Kolben in den beiden Zylindern jederzeit in der gleichen Position befinden, wodurch es ermöglicht wird, jeweils zwei benachbarte Zylinder gemäß Anspruch 1 funktional zu verbinden.

19. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 18 dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem Abgasturbolader aufgeladen wird.

20. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 18 dadurch gekennzeichnet, daß er mit einem anderen Lader als einem Abgasturbolader aufgeladen wird.

21. Verbrennungsmotor nach Anspruch 1 und einem oder mehreren der Ansprüche 2 mit 20 dadurch gekennzeichnet, daß die Ladeluftkühlung zur Anwendung kommt.

22. Verbrennungsmotor, bei dem die Funktion der Zylinderräume oberhalb und unterhalb der Kolben vertauscht ist, was bedeutet, daß die Brennräume unterhalb der Kolben zum Kurbelgehäuse hin liegen und die Räume für die verlängerte Expansion oberhalb der Kolben.