WO2007012938A1 - Wärmekraftmotor - Google Patents

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WO2007012938A1
WO2007012938A1 PCT/IB2006/001997 IB2006001997W WO2007012938A1 WO 2007012938 A1 WO2007012938 A1 WO 2007012938A1 IB 2006001997 W IB2006001997 W IB 2006001997W WO 2007012938 A1 WO2007012938 A1 WO 2007012938A1
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gas
pressure
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Alfons Lemm
Bernhard Philberth
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Bernhard Philberth
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    • F01L1/38—Valve-gear or valve arrangements, e.g. lift-valve gear peculiar to machines or engines of specific type other than four-stroke cycle for engines with other than four-stroke cycle, e.g. with two-stroke cycle
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    • Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
    • Y02T10/00—Road transport of goods or passengers
    • Y02T10/10—Internal combustion engine [ICE] based vehicles
    • Y02T10/12—Improving ICE efficiencies

Definitions

  • the Process Chamber Motor PKM is difficult in concept, but in terms of realization and operation problem-free and very easy.
  • the PKM to Philberth is a piston engine with a ProcessKammer PK.
  • the PK is from the PressRaum PR, that is the space above the piston enclosed by the cylinder wall ZW, separated by a dense dividing wall TW in which a valve Ve is embedded.
  • the PR is the combustion chamber BR, and flows through Ve the transit stream PK / BR (gas from PK in BR or BR in PK), above the valve is the PK enclosed by the heat wall WW, as porous pore wall PW.
  • the WW is pressure-retaining enclosed by the pressure wall DW.
  • Multi-cylinder engines (3, 5, 7, ...) advantageously have a common PK and WW.
  • the fuel flows as K-flow into the PK, where it processes to ProhuntGas PK gas: with over bilayer gas flowing into the PK.
  • This is less-redundant BR gas from the BR and / or higher-überbilantes ProcessGas PC gas.
  • the PC gas is derived from the BR; via a derivative volume Va.
  • the PC gas flows into the PK as a pore stream and evt as adding current.
  • the pore-current P-current is concretely wall-current W-current through the WW.
  • the pore flow of PKM prevents KTH, the deposition of coke / tar / resin.
  • the P-flow - from the pores into the PK - oxidizes smoke and gas soot at the WW.
  • the PK gas (the PKM fuel) burns on opening in the BR; by
  • Transit current PK - BR in advance, before & after in next boost after culmination.
  • Phases Pxz from position Px to Pz. Phases Pzx from Pz to Px (over P ⁇ Po).
  • the PK can be classified as a pre-chamber, it deviates considerably from the conventional prechambers.
  • the PK sums up considerably more fuel than for a cycle (about 5 to 50) fuel processed to PK gas.
  • the PK In its interior, the PK is permanently at high pressure and high temperature (about 170 ⁇ pK / bar ⁇ 250, 400 ⁇ TK / 0 C ⁇ 1200): constant, little fluctuating.
  • the überbilante, processing gas is PC gas and evt ReturSchub.
  • the PC gas can be created in any manner (for example from V3T via derivation Va with backstop).
  • the PK gas, the PKM fuel can contain steam, smoke, gas soot, is continuously generated in the process and consumed abruptly via valve openings.
  • PK gas comes into the BR gas for combustion. Because ever even hotter than auto-ignition temperature, PK reacts with BR gas without delay, without spark ignition; never flame front, supersonic blast, burst detonation. It is always a smooth reaction, even if there is still such a large amount of exhaust gas in the intake (eg at 99% as at 0%). Therefore, PKM has no problem with cooling.
  • the PKM is as a two-stroke with 50% exhaust gas proportion of the four-stroke adequate, on conventional exhaust and Switzerlandas valve, the PKM would also be a four-stroke engine.
  • the PKM is a two-stroke engine: Alternate exhaust gas removal & supply air supply via ZW slots released in Psi.
  • the PKM two-stroke engine requires only a single valve Ve. It opened for the transit current the transit current resistance TSw. At low TSw there is hardly any pressure drop in the transit: equalization of the BR pressure to the PK pressure pK, which fluctuates little (practically persistent constant about 200 bar, gives quiet running).
  • the opening of the valve is in the range of culmination of the piston (about shortly before until some after P3).
  • the function is not critical, no timing problem.
  • the OtM designed by Otto & Langen as a city gas engine in the 19th century: as a portable gas source "gasification” of vaporizable petroleum components, which Benz successfully eliminated (mole aliphatic "gasoline”, aromatic "benzene”).
  • the OtM compresses a homogeneous fuel-air mixture & ignites this shortly after culmination with ignition spark: optimal ignition torque is difficult to achieve. Higher effective densities require "knocking" (compression ignition before culmination) of the addition of lead or aromatic: problematic.
  • the OtM is used occasionally (eg for light motorcycles or passenger cars) as a two-stroke engine. However, the Of / W two-stroke engine always has fresh gas losses.
  • the DsM Designed by Diesel in the 19th century: It compresses air so hot that liquid fuel injected after culmination ignites "diesel".
  • the cold diesel oil must be heated, evaporated, mixed, cracked & then ignited by local ignition points. This chain is delayed & not totally everywhere. Oil adhering to the walls remains too cool to ignite. Heavy oil molecules diffuse too slowly from the wall into the hot, turbulent firing range. The mixing remains deficient, that in the combustion chamber CO & H2 aorts arise, in addition to NxOz & 03 elsewhere; remaining in the expansive cooling.
  • the DsM still has high consumption and pollutant emissions. Only a small fraction of petroleum (with special molecules) is DsM-usable. The DsM works occasionally (mostly for slow large engines) as a two-stroke engine. This if longer duration is given for the combustion. Two-stroke engine for DsM with shares of exhaust gas in the train would be cheaper in power and temperature than four-stroke. But with DsM it is too slow ignition & slow combustion.
  • P2G Preload Strongest Exothermic Reaction: Hot, subcutaneous PK gas flows over the piston and burns in the train (in BR); ever hotter than auto-ignition temperature. Remnants of still liquid fuel evaporate already at the valve. In the preliminary shot: ideal combustion of most substance.
  • PG3 ReturSchub Exothermic reaction in the PK The piston presses into the PK partially burned-overlying BR gas, which reacts with the subcutaneous PK gas. In PG3, the PK temperature TK increases. PK pressure pK is almost constant at p3. Without ReturSchub PK overpressure occurs (pK> p3).
  • P42 The fuel reacts continuously underneath in the PK gas. If ReturSchub, the PK balance and temperature drops a bit. Fuel flow and pore flow affect TK and pK; but inevitably the same final balance.
  • V1T / V2T compression due to PK-volume only effective over some Zyclen.
  • VG3 / VGT ReturSchub Volume reduction, with the BR gas pushed into PK
  • the beginning of valve lift is defined, inter alia, by seating the spring spirals or spring plates in P2; convenient sitting together as a stable cylinder.
  • valve Ve In the valve bed of the TW is movable-adapted the valve body.
  • the valve body has a cylindrical valve neck Hs with about a kegelfömigen valve head.
  • the TW has openings TO in the Ve bed, close to the cone approach. The pressure of the valve closes the openings, with the cone of the Ve head.
  • the lifting of the valve opens the openings, in the rise of a cone gap above the Ve bed: in the pre-shoot shoots or in NachSchub pushes PK gas into the BR gas; in the ReturSchub, BR gas pushes into the PK gas.
  • the fast forward and overbearing ReturSchub bring no deposit.
  • the pre-discharge starts with a pressure gradient about 3 times the compression pressure. It first increases approximately parabolically and smoothly (with equalization pR to pK), whereby the TSw becomes small: The transit into the ReturSchub starts.
  • P2 can be moved closer to P3 (eg 10 ° to 5 °) than P4 (eg 10 ° to 20 °): Pre-shot from just before P3, which begins to glide, becomes approximately at P3 , & (without ReturSchub) goes to NachSchub until P4. This is - freely constructible - a moderate combustion achievable, more on and behind the culmination.
  • the PK pressure pK inevitably adapts to any lifting function, whereby their device is not critical. Tiny diagonal grooves on the valve edge cause a slight rotation of the valve.
  • Proportional VK / V03 is the mean process duration Dp of the fuel in PK.
  • Proportional VK / V03 is - after power change - the setting duration Ds to steady state operation (approximate reciprocal exponential, eg to 3Ds to about 1/20).
  • PKM-specific is the "cycle number" Zz: for how many cycles the PK stores at K-flow (fuel / cycle) as PK gas; Zz depends on the PK balance sheet.
  • Multi-cylinder Common PK requires only a little larger PK than a single cylinder: fewer cycles achieve steady operation (only one starter). Together: channel room, supply line, pumps. But V ⁇ T derivative with backstop (R-valves, taps) from each cylinder.
  • the discharges are in the supply line: countercurrent heat exchange (heat transfer: cold pump & high gas density).
  • PK balance The PKM works with fuel of any viscosity and density. Pore Power & ReturSchub affects the PK balance and thus the PC temperature TK. The ReturSchub changes twice with ßG3 (function 1-cos is approximately square) The VG3 & V3T giving heights (specifically 1 & 4 mm) are not a serious problem.
  • This KopfWand KW flows through the K-stream. as part of the valve flow. And: Very good is also flow of V-current over the valve neck: as H-stream in the sliding clearance, and - with the valve raised - in the lower valve neck and the suspension (against the ingress of PK- & BR- Gas in the valve neck). Under certain circumstances uses an S-current, as a PC gas via the valve gap in the PK.
  • This V-current is PC gas that pumps the P-pump or its own valve-current pump (V-pump). It is introduced into the valve approximately via a ring groove in the cylindrical valve bed.
  • PC gas is derived from V3T.
  • Multi-cylinders have each cylinder own derivative of V3T with its own backstop; with charge (about> 0.8 pK) of the pre-chamber of the P-pump, which pumps the PC gas to overpressure (about 1.2 pK): for P-power, and possibly V-power and possibly A-power.
  • the balance sheet default is simple & persistent for PKM.
  • a synchronous pump (rotates proportional to the crankshaft) allows fixed adjustment of the volume of K-flow (fuel / cycle).
  • the supply air is adjustable in alternation P5i; about for normal balance. This requires only the simplest technology.
  • the K-flow (fuel delivery) is favorably metered with the D-pump: an isobaric gear pump presented to the pushing F-pump.
  • the K-flow can also be metered with a flow restrictor (evt pump) protruding or shunted by the F-pump.
  • PC gas as adding current (A current) into the supply line to PK is advantageously fed to the K flow behind the F pump. If Windkessel & gear pump, PC-gas of the F-pump can be supplied laterally.
  • a cam-driven piston pump can be freely optimized; eg: in P14 from tank over lower slot taking and pressing in P41 into the supply line to PK.
  • the input substance goes exactly; in the case of PKM, it integrates over several cycles (less with smaller PK). Constant balance is adjustable with always O2 supply proportional to the fuel supply; for fast changes in performance as possible at each cycle: uncritical, because setting in low Zyclen. Forcible adjustment of all states is in wide scope of the wearable.
  • Reduction of the 02 feed is advantageous with leaving exhaust gas in the feed.
  • the PKM has no difficulty with that; in contrast to the DsM: even with half exhaust gas in the train, the PKM is mechanically, acoustically and thermally better; even if the release of exhaust gas for thermal relief during operation should be necessary. For a short time (minutes) the PKM can double its performance. This eliminates the main argument for buying over-motorized cars.
  • Fuel balance The PKM works with all residue-free combustible liquids, as long as the pump and lines can handle the viscosity at all. Permanently adjusted, each gear pump per cycle always conveys the same volume. Similar oxygen mass [g] per fuel volume [mL]: Diesel approx. 2.7; Hexane 2.33; Octane 2.47; Decane 2.55; Done 2.69; Benzene 2.71; Toluene 2.71.
  • the PKM continues to work with all currently used fuels; this with consistently easy-adjusted balance sheet.
  • the refineries can thus process all eligible or recoverable hydrocarbons for optimal balance with useful viscosity. Easy refining because only the pump required sufficient viscosity.
  • Idle Run Fuel throttling controlled by the idle-tour number. This regulates to such a low temperature that high overbalance possible without pollutants. The start-up usually goes into idle. If starting detonator system: this is just in advance applicable, with still unstressed battery voltage.
  • the PK temperature TK can be optimally adjusted with the ReturSchub and / or P-current; within wide limits 200 ° C ⁇ T ⁇ ⁇ 1400 ° C.
  • the PR temperatures are more favorable for the PKM - despite the power stroke in each cycle - than for the DsM. It has not been possible to achieve full efficiency in piston engines by using maximum combustion temperature.
  • the PKM can leave the optimal exhaust gas content for the train and thus fully exploit the two-stroke cycle: the PKM is not dependent on higher efficiency than the DsM, on cooling cavities in the TW and heat-resistant coverings on the TW and pistons.
  • the PKM allows some improvement with the volume Va (possibly a derivation from V3T): Only shortly after P4 (gas withdrawal from Va to the PR) is the default balance completed. Until P4 the full substance is not yet active or is still some under balance: until P4 smaller TK allows higher energy expenditure.
  • PW ceramics are suitable; for Ve high-temperature superalloys with Fe, Co, Ni, Cr, W or Nb, stable up to 1000 0 C. Cermet for extreme conditions. If the valve neck is without gas flow, the valve is at virtually TW temperature.
  • the PW heat conduction is so low that only heat per thousand would flow off:
  • the pore stream carries heat in countercurrent back into the PK and prevents KTH.
  • the channels supplying the pore current to the PW are at or in the PW: if the pore stream arrives cool, the channels at the pressure wall are DW; if hot, part of the PW is between the channels and the DW.
  • valve piston at the end of the valve stem
  • the valve With valve piston (at the end of the valve stem) in a cylinder, the valve is liftable; about with hydraulics. Short pressure reversal in PA (after lifting) is good to close the valve safely.
  • the slip flow gives self-adjustment of the piston for lifting from the closed position; Filling of the space under the piston with fuel for hydraulic lifting of the valve (eg with piezo or magnetic electrics).
  • Slip on the valve piston fuel + evt gas
  • the cylinder valve has a hollow valve cylinder VZ of cross-section 0V which terminates at the bottom with the valve cone sealing in the TW and which slides in the DW.
  • the DW sliding guide is covered with the WW for the PK and extends down to nearly the lifting height via the tapered shoulder.
  • the VZ narrows up to the on-cylinder AZ of cross-section 0A, which slides in the DW.
  • the DW closes above the constriction an annulus RR of cross-section 0V-0A, in which gas with pressure pL. With pressure pA> p ⁇ flows A-stream through the AZ in the VZ (down to blow holes).
  • the low acceleration at a short lifting height makes it easy to sit on.
  • the fuel is introduced via a ring groove in the DW at the VZ. Along the VZ it flows (eg in diagonally downwardly leading grooves) to the cone seal in front of blowholes, from which it is blown from the A-stream into the PK.
  • the A-flow cools the valve and cool. It is operable with very high TK.
  • PC-Gas-Svsteme Suitable for single cylinder, favorable for three-cylinder, for
  • the PC gas is derived from V3T by discharge Va via check valve or semi-rotating slotted shaft. These discharges from the cylinders together charge about half of the teeth hatches of a P-pump, which promotes several times as necessary for the T ⁇ setpoint. The excess flows back through a flow restrictor to the input of the P-pump.
  • the throttle has a DSw with which the P-pump always delivers to a pressure> p ⁇ (possibly for P, V, A current). With an adjustable throttling is - over variable return flow - a T ⁇ Ste or lung or regulation.
  • PC gas flows - as H flow - via TW ring groove through valve neck in BR.
  • valve Ve or the backstop can be a common
  • the PKM works in every situation; “top-down” is for description only.
  • the PKM is particularly suitable for use in systems with hybrid drive.
  • the process begins in a widened end of the fuel supply line, surrounded by a portion of the pore wall. Cumbersome is the running maintenance of the process (even if A-stream, which does not normally process in the supply line).
  • the piston To lift the valve, the piston with its contact surface sits on the valve foot; at about a few meters / second. Its ascending speed drops reciprocally-quadratically with the distance from P3. The piston opens the valve against the PK pressure (p "> 200 bar). These are only percentages of the PR pressure pR on the piston pressure surface, so that no problems arise from it.
  • the contact surface and / or the valve is buffered or sprung.
  • the suspension is appropriate a spring-loaded valve neck, with common springs. Suitable for this purpose is a valve with a cylindrical valve neck which is moved in a cylindrical valve bed of the TW with a narrow clearance; and above, a conical head which effects the seal in a conical valve bed of the TW.
  • the spring neck of such a valve can be constructed in variety; among others:
  • the spring neck consists of Teller superimposed plate springs.
  • the spring neck is a spiral spring; one, two or three courses.
  • the spring neck is a horizontally slotted cylinder: each 2 slots per plane extends over ⁇ 180 ° of the circumference; several pairs of slots always offset 90 ° from each other. There are also more than two slots per level possible.
  • the position PH, in which the piston sits on the valve, is symmetrical P4, rather than the piston begins to lift the valve head is higher than P ⁇ .
  • the valve neck is compressed (shortened by P2-PH); for example, to cylinder, the piston the spring-neck together (about until the spring sits together): at P2, the valve-neck (shortened by P2-Pv) compressed; about to cylinder, (possibly smooth, dense), which slides in the cylindrical valve bed of the TW with close clearance.
  • the high PK gas pressure pK keeps the valve pressed in the valve bed: the cone seals.
  • the piston raises the valve head: at the latest when the spring is sitting together, against any PK pressure. At low pK (power reduction), a strong spring raises without impact even before sitting together.
  • the current resistance of TW openings in the valve bed to the PR through the TW (at and above the cone shoulder) is so small that practically only the cone gap determines the transit current resistance (reciprocal quadratic of the boost). Fast flow in the gap causes cooling and negative pressure.
  • the contact surface of the piston is federbar. However, the contact surface is better suited to adjust the positions - such as P ⁇ , PG, P3 - easily and accurately: can be used with the appropriate thickness.
  • the spring-neck drastically reduces the impact acceleration to only the lowest part of the valve foot, the mass of which is low in durability.
  • the rest of the spring mass is accelerated by the spring forces, which are absorbed by the already applied piston. Only the uplift of the head when sitting together gives one more stroke. This is small, because until then small climb speed.
  • a too-slender-compressed spring-neck (with close clearance in the cylindrical valve bed) has high current resistance compared to the transit current resistance TSw. This hardly flows PK gas or BR gas to the cylindrical valve bed (practically no burning reaction there). If the upper part of the valve neck is a smooth cylindrical surface (without slots), PK gas hardly flows to the cylindrical valve bed even when the valve is stretched.
  • the valve pushed into the valve bed belonging to the dividing wall TW during about 8/9 of the cycle has hardly higher temperature than the TW and the ZW; despite the low heat capacity of the valve and its suspension.
  • the valve temperature is only slightly dependent on the temperature TK in the process chamber PK. Because of the pore flow and high-temperature-resistant ceramics, there is hardly a technical limit for TK. Although it will aim for about 800 0 C. But in itself could even be coped with 2000 0 C without a problem. Consequences:
  • Exhaust gas recirculation is due to a proportion of exhaust gas in the gas. Reclassed is überbilantes to little undercuts, possibly normalbilantes exhaust. This does not prevent the burning reactions because the BR gas and the PK gas are hotter than auto-ignition temperature, thus reacting with each other even on contact; even with the lowest combustible proportions.
  • the fast flow (about 100 m / s) of the valve gap is therein a cooling. This is favorable for the valve temperature, without affecting the reactivity: the braking when entering the other gas, brings the auto-ignition temperature and responsiveness back (the energy is retained, only the entropy is higher).
  • PC gas always contains CO2 & H2O: by evt ReturSchub (with CO2 & H2O) and / or by discharge from V3T (never completely without CO2 & H2O) and / or by exhaust gas recycled into the supply (as always, this into the PC Gas passes). Regardless of origin, consider two quantities of CO2 & H2O in PC gas:
  • ⁇ TK temperature increase
  • the temperature increase ⁇ TK builds on the inlet temperature (temperature of the process substances already at their inlet).
  • the ReturSchub gets hot into the PK and / or the PC gas transfers heat from V3T to the PK (if via countercurrent heat exchanger).
  • the real PK temperature TK can be much higher than the temperature increase ⁇ TK with only reaction heat Q / Fv. - It is with TK:> 800 ° C beginning,> 1 100 ° C intensive shift to methane, cyan and CO.
  • TK > 800 ° C beginning,> 1 100 ° C intensive shift to methane, cyan and CO.
  • PK gas with only 5% balance gives ⁇ TK> 600 ° C, which - with favorably arranged inlet temperature - gives good PK temperature.
  • the flow dose (fuel supplied to the PK per cycle) is set from full to zero by a D-pump. It precisely meters the volume at each viscosity. It is ideally controllable. Only frictional energy is required to turn it; advantageous quasi-synchronous: from 1 to 0 variably reduced crank rotation.
  • the other pumps are synchronous: that is, fixedly coupled to the crankshaft, rotating with constant proportionality (possibly constant reduction).
  • the PKM is suitable for synchronous pumps; In concrete terms, every slip of the F-pump is balanced with the influx via the HD cannula.
  • Each PC gas pump always has to pump the same amount of PC gas / cycle; even at a reduced flow dose (for reduced output with the same balance sheet specification), because the amount of added gas is compensated by increased recirculation of exhaust gas.
  • the balance sheet specification and exhaust gas recirculation requires some development. This is simply compared to the DsM or OtM necessary.
  • the PKM has hardly any problems with sputtering, ignition, timing.
  • the balance sheet specification gives the PKM the inevitable setting of all operating states. For full performance should be given as normal balance. For underperformance, over-balance hardly forms any more nitrogen oxides. The gas delivery of the pumps is therefore not critical. With deviations, however, changed PK temperatures, which allows simple T ⁇ control.
  • the PKM operates with each fraction of exhaust gas in the train, which is thus optimized for each level of performance.
  • the free parameters allow to set almost every reaction function.
  • two-stroke appropriate eg: decreasing flow dose from full to 10%, with supply air in the train of 80% to 10% (even only 1% fuel in the PK gas with 1% supply air in the train reacts immediately when coming together).
  • the PKM two-stroke engine with the eg 20% exhaust gas share is still considerably more effective than the four-stroke engine because it works in every cycle. With such a high fate of flue gas when changing (Psi), is no problem with cooling.
  • the delivery of the fuel can be continuous & should be precisely metered; at any viscosity of any fuel (if any). Delivery must be from normal pressure (1 bar) to the pressure of the ProcessChamber; eg: to almost constant the maximum pressure of the PressRaum (eg 200 bar).
  • Gear pumps are well suited. However, their delivery volume XFv is reduced by the slip-back flow: on the inside, the teeth do not intermesh ideally with each other and, in addition, do not glide ideally tight.
  • the slip reflux depends on the viscosity and increases with the pumped pressure gradient. The slip reflux becomes almost negligibly small at low pressure gradient.
  • Perfect fuel flow pumping is in two stages, expedient as gear pumps: at the fuel inlet with D-pump and its subsequent F-pump; where: The FFv of the F-pump is several times the DFv of the D-pump.
  • the fuel metered by the D pump presses the F pump into the PK.
  • the HD cannula (behind D pump) opens, which leads from a low-pressure gas space.
  • the F pump anticipates the fuel flow delivered by the D pump. With a larger FFv than DFv, the F-pump also draws gas from the HD cannula, making the pressure behind the D-pump equal to the pressure in the HD cannula.
  • the fuel flow is precisely adjustable; equal at each viscosity.
  • the small D-pumping results in simple electronic control of the speed. Changes are instantaneous (tooth gaps always full).
  • the HD cannula removes vaporized lubricant from the crankcase.
  • FFv 3-DFv is sufficient deduction if lubrication with continuous fuel import: hardly any lubricant in the exhaust pipe.
  • AddierStrom as ProcessGas branches only the PC gas flow in the PK, which does not change the PK and engine balance.
  • a stream eg: from backstop via its own A-pump (gearwheel), which only has to provide the additional pressure; or from a common P-pump, behind which (over respective current resistance) different PC-streams continue to flow; or branched off from V-current via current throttle.
  • Raising In order to make favorable advising of the increase in power sufficiently fast: Shortening of the Zz-related set-up time to the new steady state by excessive fuel supply (for example via the HD cannula). Shortening of the setting time of the PC gas (eg from V3T), by direct charging (without air chamber) of about half of the toothed hatches in the inlet of the P-pump.
  • Lubrication is with lubricant: lubricating oil or fuel containing it. Lubrication is to reduce wear due to sliding friction. Other causes of wear are to be eliminated independently: Thermal stresses in two-stroke engines are avoided with supply air at the same temperature as the exhaust gas. This is easy to implement with countercurrent heat exchangers. In connection with turbocharger - which brings benefits anyway - are good opportunities for realization. All piston engines require a thin lubricant layer between sliding surfaces. The old system of lubrication shows the problem:
  • Liquid lubricant (usually lubricating oil) is at the bottom of the crankcase in a pool.
  • the crank joint sprays a little bit of the lubricant.
  • the spray spray lubricates the sliding surfaces of bearings, pistons and cylinders by wetting.
  • Examinations decades ago proved the main wear of the engines in the first few minutes after the event: because it lasts until the lubricant blurs sufficiently over the sliding surfaces.
  • a synthetic oil is more persistently viscous & adherent: the film is not always completely new to create.
  • New systems use a pump to transfer the lubricant.
  • the lubricant is introduced to the cylinder wall through entry points, which are small openings in the ZW; advantageous from narrow cannulas, which lead steeply down in the ZW.
  • the entry points are located below - best in the crank plane - in PH4, and in P51 above the piston rings which slide over them.
  • lower ring import for import of lubricant under the piston rings in the space between piston & cylinder wall. The import is smeared up and down on the sliding surfaces, then wiped into the pool (if necessary, sucked).
  • over-ring import for import of lubricant through the piston rings; mostly smeared over the sliding surfaces; a little burned up as a fuel.
  • Pressure of a few bar is enough to introduce lubricant through the import points.
  • the PKM does not require a lubricant pump.
  • the fuel containing the lubricating oil is derived, for example, after the F-pump - before the adder supply line, if applicable: in supply lines to the import points.
  • the distribution of the flow to the individual import points is adjustable. This can be with common derivation of high flow resistance with the following branching.
  • the lubricant reaches in each case those cylinders in which there is currently the lowest counterpressure; ie in PH4 or Psi.
  • a good entry between the piston and the cylinder wall causes, on the right and the left side of the piston, a vertical groove in the piston surface to which the entry point concerned has access as long as the lowermost piston ring slides above the point of entry.
  • the vertical groove extends from near the bottom piston ring to just above the bottom of the piston. The narrow groove does not significantly reduce the sliding surface. It is covered in the whole cycle by the cylinder wall; at the exhaust and supply air slot from the center bar. Lowering the pressure in the groove to that in the crankcase causes a hole leading from the groove to the interior of the piston, which at the same time leads excess & evaporated lubricant via the connecting rod into the crankcase, lubricating the crank joints and the bearing.
  • the lower ring import is: on the pressure side only in the groove; on the split side also (out of the groove) in the gap.
  • the transition into the gap is supported kinematically, for example by meandering of the grooves and about points of entry, each with a pair of v ⁇ cv : ⁇ ebenley openings.
  • the import channels through the cylinder wall steeply sloping down (wall wetting).
  • the pressure required for importation can be applied with about a gear pump that delivers a defined volume of lubricant, inevitably requiring the pressure required by the flow resistances.
  • the flow resistances of the supply lines determine the distribution. Low flow resistance increases the effect of the back pressure of the PR gas (if necessary, until the lubricant returns to the supply line). Lower flow resistances reduce the override import (if necessary until disappearance) and increase the lower ring import. Presumably, periodic penetration of exhaust gas into supply lines is not harmful and can certainly be avoided with backstop. For the construction, the expediency of the distribution is crucial. In multi-cylinder lubricant flows at low flow resistance more in the cylinder, in which each of the lower back pressure. With single cylinders always constant volume of delivery. However - averaged - there is also disproportionation between the imports on the right and the left side of the cylinder wall. Conveniently, smaller flow resistance brings more lubricant to the expansion pressure side (left in clockwise rotation).
  • the import is practicable with lubricant circulation: via a circulation pump from the pool to the import points and the piston back into the pool.
  • the loss cover is favorable over addition of fuel, in which lubricating oil is contained.
  • a small amount of lubricating oil in the fuel suffices because the operation enriches the lubricating oil in the pool by evaporating it less.
  • an addition of the replacing fuel before the circulation pump Constant addition is possible, if extraction of the spray spray, because it rises suddenly with little increase in the mirror, which stabilizes the mirror stable.
  • the new double pump system has two gear pumps with the same or similar delivery volume: import pump E-pump + transfer pump U-pump.
  • the lubrication is with lubricant from a pool at the bottom of the crankcase.
  • the E-pump carries the lubricant to the point of entry via supply lines with suitable flow resistance. This lubricant lubricates the sliding surfaces, leaving the non-lost part in the pool.
  • the U-pump will drain lubricant from the pool and / or gas from above the pool.
  • the U-pump delivers this vent to the input of the E-pump, into a junction with a supply line from the fuel tank.
  • the entire lubricant delivered by the U-pump is accepted by the E-pump and transported to the import points.
  • gas supplied by the U-pump is not accepted by the E-pump but is separated; before or at the merger, the gas bubbles around into the supply line coming from the fuel tank.
  • the delivered volume of liquid is reduced by the gas volume of the gas supplied by the U-pump.
  • the full liquid volume assuming E-pump thus inevitably takes the deficit from the fuel supply line; So: exactly what has been lost to lubricant in the lubrication, takes the electric pump as refilling fuel from the tank.
  • the double pump system is a circulation of the Lachen lubricant, with stabilization of the Lachenaciouss to a setpoint, which determines the height of the trigger channel from the lower Kubelgeophuse.
  • Lubricant loss is replenished with fuel containing lubricating oil.
  • the convergence of the mirror setpoint always integrates the same over many cycles; even if the U-pump takes long only liquid or only gas. Laughter movements are no problem.
  • the lubricating oil in the pool continuously enriches that primarily the more volatile components of the fuel are conducted into the K-flow. This introduction is via the HD cannula, which attaches in the upper crankcase and only peels off gas and spray.
  • the K-flow is not a discontinuity problem.
  • the double pump system has an ideal effect: It is always - from the first cycle - the same amount of lubricant imported into the import points; equal at each level of the salary mirror (even if under the trigger); equal to each import quantity (whether EFv & UFv equal to 1% or 9% of the DFv, if necessary minimum); equal to each share of lubricating oil in the fuel (whether 1% or 50%, because enriching).
  • the PKM which can contain any oils that are liquid, flammable and processable. Crude oil would just about desulphurise. It is incomparably practical: acts immediately, even at low temperature and after longest interruptions; no requirement for the fuel; to refuel no lubricating oil; ongoing self-renewal, without change and maintenance. Start ignition and temperature control with the PKZ
  • the ProcessKammerZuender PKZ a Peltier current controlled blocking oscillator.
  • the PKM ignites thus already the first Zyclen, with extremely low tempering work.
  • the PKM thus regulates its TK, closely by an adjustable setpoint (eg 800 0 C).
  • the thermal contact projecting into the PC is heated by the PK gas and by the blocking vibrations which become rare when approaching the target temperature. If, for example, the pore stream is designed to descend with less frequent blocking oscillations, this results in a controller loop with which the PC temperature TK adjusts.
  • Control of the TC by PKZ with the frequency of the blocking oscillations, by control power approximately from bridge rectifier of the primary winding.
  • thermocouple is advantageous, which is designed as a canned tube: about every half in Ni + CrNi longitudinally split tube, which narrows to the contact head.
  • the PKM works with all liquid fuels; regardless of their viscosity and vapor. Only one pump has to transport the fuel into the process chamber: for evaporation and processing at higher temperatures. But it is to create a safe for all liquids start ignition; eg: Above the middle of the process chamber dome, a split tube protrudes through the thick pore wall into the mixture to be ignited. At the end of the controlled over ignition temperature Therm ⁇ title; suitable inter alia thermocouple chrome nickel / nickel:
  • the split tube ignites as an annealing head. Heated-flowing air ignites better. Some of the air pumped through the pore wall flows through the can, which conically narrows with a thin air channel ⁇ ⁇ A mm) towards the thermal contact. 1 mg / s of air is heated from ⁇ % watt to> 800 ° C; always sure firing.
  • the can is in the secondary circuit of the transformer of a blocking oscillator, with feedback RK via the inductance of the transformer. If its core is saturated higher than a threshold, the RK is stable; otherwise the RK is unstable.
  • the Peltierstrom JP drives the core into working saturation.
  • the countercurrent JG desaturates - after completion of the process - approximately sliding to the threshold. If JG does not move to the threshold, the system remains stable in retirement. If JG pushes over the threshold, the system sounds unstable to the trace: to saturation. At this is regular envelope from the trace in Herlauf: to work saturation. At this is regular conclusion with sliding of the counterflow JG to the value of the control current Js. In the back and forth, power is transformed into the secondary circuit.
  • the blocking oscillator may lock in the counter saturation: to the dead band. For example, this triggers a current pulse - from c-discharge - to run: via a resistor r a capacitor loads c until a thyristor t ignites (in itself or with ignition varistor). Charging current ⁇ extinguishing current of the thyristor t.
  • the blocking oscillator has higher power than necessary for heating to nominal value (eg 800 ° C): for rapid heating (eg 5 W): for ignition in first compressions.
  • the current operation is intermittent, with durations several times the duration.
  • the Peltier pair head must be sufficiently temperature-resistant and deliver at the temperature to be regulated so high Peltierstrom that magnetized so that the core material so high in saturation that current changes induce sufficiently low voltage: core material of high permeability and sharp kink.
  • Transformer core with 0.15 mm E-cuts, yoke-semi-open layered: Vacoperm 100.
  • Width 30 mm window 7 mm; Middle leg 6 mm; Outer leg 5 mm.
  • Effective voltage at W > 10 V; for transformation to H at 25 mV.
  • Duration of round trip duration 6 ms (adequate frequency Ve kHz).
  • variable resistor R G sets with V ⁇ in T ** const actuating current Js, which discharges C * for a short time (30 ⁇ s). With R * C * delayed (90 ⁇ s), T * takes the current Js until TY takes current Js. If J ⁇ Js, U "- rising from -4V - comes to rest at ca OV If Js> J ⁇ starts the declamation.
  • the PKZ is shown concretely for starting ignition & availability of engines.
  • the given guideline values are to be determined experimentally-varying.
  • the number of oscillations is representative of the room temperature, which is adjustable with it.
  • the PKZ is suitable for a lot with any performance; from milliwatts to kilowatts.
  • FIGS 1 to 9 are only schematically for explaining the principle. No works drawings. For clarity, not to scale.
  • the DW includes the PW and PK: keeps the PK pressure TW dividing wall lower TW surface as always upper press space boundary ZW cylinder wall with ZW-I nnenf lache, which limits the PressRaum PR press space enclosed by ZW, TW and piston Pressure surface Piston pressure surface (PR limit): as long as open, PR as combustion chamber BR Valve Ve Seal head in valve bed; Lift for transit flow PK / BR openings TO in the dividing wall TW; via Ve-Spalt: Transit flow PK / BR Valve sliding surface as -Hals in TW valve bed or as cylinder in DW Fuel line from tank to pump (fuel or lubricant Pmp) Fuel feed into the PK (approx : via valve edge or in DW ring groove) Discharge of

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Abstract

Der ProcessKammerMotor PKM ist ein Verbrennungs-Kolbenmotor mit einer ProcessKammer, als neuartiger Vorkammer: in die flüssiger Kraftstoff kontinuierlich einflieβt und darin über viele Zyclen zum PKM- B rennstoff prozessiert. über dem PressRaum - durch eine dichte TrennWand getrennt - liegt eine ProcessKammer PK, in welche Kraftstoff langphasig (Zahnradpumpe) gedrückt wird, darin verdampft und mit dazu eingedrücktem, sauerstoff-überbilantem Gas zu Brennstoff processiert: zu Gas evt mit Qualm und Ruβ. Die PK faβt für wenigstens 2 Zyclen Brennstoff, permanent auf angenahert Maximal-Druck über dem Kolben und permanent auf Process-Temperatur (zB 80O°C). Der im jeweiligen Zyclus zu verbrennende Brennstoff stromt Über ein im Kulminations-Bereich geöffnetes Ventil (etwa pneumatisch getatigtes Zylinderventil) in den BrennRaum. Die ProcessKammer ist von einer DruckWand umschlossen, der eine PorenWand einliegt, durch deren Poren ein sauerstoff-überbilanter PorenStrom in den lnnenraum der ProcessKammer stromt (Druckhaltung ohne Warme und Warmehaltung ohne Druck). Weiteres : Doppelpumpen-Systeme für Kraftstoff bzw Schmierung; dazu Peltierstrom-gesteuerter Start-Züder mit Temperatur-Regler.

Description

WÄRMEKRAFTMOTOR ( ProcessKammerMotor PKM )
Der ProcessKammerMotor PKM ist im Konzept schwierig, aber in Realisation und Wirkungsweise unproblematisch und allereinfachst.
Der PKM nach Philberth ist ein Kolben-Motor mit einer ProcessKammer PK. Die PK ist vom PressRaum PR, das ist der von der ZylinderWand ZW umschlossene Raum über dem Kolben, getrennt durch eine dichte TrennWand TW in welche ein Ventil Ve eingebettet ist. Solange Öffnung des Ve, ist der PR der BrennRaum BR, und strömt durch Ve der Transitstrom PK/BR (Gas von PK in BR oder BR in PK), über dem Ventil ist die PK umschlossen von der WaermeWand WW, als poröse PorenWand PW. Die WW ist druckhaltend umschlossen von der DruckWand DW. Mehrzylindermotore (3, 5, 7, ...) haben vorteilhaft eine gemeinsame PK und WW.
Der Kraftstoff fließt als K-Fluss in die PK, wo er zu ProkammerGas PK-Gas processiert: mit ϋberbilantem Gas, das in die PK strömt. Dieses ist weniger-über- bilantes BR-Gas aus dem BR und/oder höher-überbilantes ProcessGas PC-Gas. Regulär ist das PC-Gas aus dem BR abgeleitet; über ein Ableitungs-Volumen Va .
Das PC-Gas strömt in die PK als PorenStrom und evt als AddierStrom .
> Der AddierStrom A-Strom ist dem K-Fluss in die PK-Zuleitung zugeführt.
> Der PorenStrom P-Strom ist konkret WandStrom W-Strom durch die WW. Der PorenStrom des PKM verhindert KTH , die Abagerung von Koks/Teer/Harz . Der P-Strom - aus den Poren in die PK - oxidiert Qualm und Gasruß an der WW.
Das PK-Gas (Der PKM-Brennstoff) verbrennt bei Ve-öffnung im BR; durch
Transitstrom PK--BR : im VorSchuss vor, & im NachSchub nach der Kulmination.
Dazwischen ist evt der ReturSchub, in dem der Kolben BR-Gas in die PK schiebt.
Q Bei vom Kolben gehobenen Ventil : evt SpaltStrom S-Strom als PC-Gas durch Ve-Spalt ; evt HalsStrom H-Strom als PC-Gas über den Ve-HaIs in den BR; evt KopfStrom K-Strom durch die KopfWand (poröse Wand, PK-seitig auf dem Ve).
8 Der S- & der H- & der K-Strom sind dem Ve als VentilStrom V-Strom zugeführt.
3 Nur der H-Strom ist PC-Gas, das rezycliert . Alles andere PC-Gas processiert.
Positionen Pn der Kolben-Druckfläche Aufwärts Po - Pi - PH - P2 - PG - P3 .
P3 zuhöchst (Kulmination) Abwärts P3 - P4 - Ps - Pβ (Pe --Po).
Phasen Pxz von Position Px bis Pz . Phasen Pzx von Pz bis Px (über Pβ = Po).
. P12 Kompression ; P24 Brennen ; P45 Expansion ; Psi Wechsel . Temperatur TK in der PK ; TR im PR ; Tn bei Pn ; Txz in Pxz Druck pK in der PK ; pR im PR ; pn bei Pn ; pxz in Pxz
Volumen VK der PK ; Vxz zwischen Px & Pz ; VxT zwischen Px & TW PKM-E\ genschaften und -Operationen. Konkrete Konstruktionen und Vorschläge :
< Was an Atomen eingeht, geht auch ab; nur molekular umstrukturiert (evt integrierend über einige Zyclen). Konsequent stellen sich alle Zustände in der PK (ua die TK) zwangsläufig mit der Bilanz-Vorgabe ein: funktions- & materialgerecht bei unkritischen PK-Bilanzen. Der PKM hat kaum Einstell-Probleme; sehr einfach.
< Der PKM operiert perfekt mit jedem Kraftstoff (jeder Oktan- & Cetan-Zahl). K-Fluss ist jederart in die PK führbar ; günstig kontinuierlich mit Zahnradpumpe.
< Die PK ist zwar als "Vorkammer" klassifizierbar, weicht aber wesentlich ab von den herkömmlichen Vorkammern. Die PK faßt beträchtlich mehr als für einen Zyclus (etwa 5 bis 50) Brennstoff, als zu PK-Gas fertig processiertem Kraftstoff. Die PK ist in ihrem Innenraum permanent auf hohem Druck & hoher Temperatur (etwa 170< pK /bar <250 ; 400 < TK /0C <1200) : konstant, wenig schwankend.
< Das überbilante, processierende Gas ist PC-Gas und evt ReturSchub. Das PC-Gas ist jederart erstellbar (etwa aus V3T über Ableitung Va mit Rücksperre).
< Das PK-Gas, der PKM- Brennstoff, kann Dampf, Qualm, Gasruß enthalten, wird im Process laufend erzeugt und über Ventil-Öffnungen stoßartig verbraucht.
< über das geöffnete Ventil kommt PK-Gas zur Verbrennung in das BR-Gas. Weil je selbst heißer als Selbstzünd-Temperatur, reagiert PK- mit BR-Gas ohne Verzug, ohne Fremdzündung; nie Flammeπfront, Überschallknall, Stoßdetonation. Immer ist glatte Reaktion, auch falls im Zugas noch so großer Anteil an Abgas (zB bei 99% wie bei 0%). Deshalb existiert beim PKM kein Problem mit Spühlung. Der PKM ist als Zweitakter schon mit 50% Abgas-Anteil dem Viertakter adäquat, über konventionelles Abgas- und Zugas-Ventil wäre der PKM auch als Viertakter.
< Günstig ist der PKM als Zweitakter: Wechsel Abgas-Abfuhr & Zuluft-Zufuhr, über in Psi freigegebene ZW-Schlitze. Vorteilhaft sind Abgas-Schlitze senkrecht und Zuluft-Schlitze möglichst parallel zur ZW. Ab Pi ist: Zuluft -i-Abgas = Zugas.
< Der PKM-Zweitakter erfordert nur ein einziges Ventil Ve . Geöffnet hat es für den Transitstrom den Transit-Stromwiderstand TSw. Bei kleinem TSw ist im Transit kaum Druckabfall : Angleichung des BR-Druck an den PK-Druck pK , der wenig schwankt (praktisch persistent konstant etwa 200 bar ; gibt ruhigen Lauf).
< Die Öffnung des Ventils ist im Bereich der Kulmination des Kolbens (etwa kurz vor bis einiges nach P3 ). Die Funktion ist unkritisch, kein Timing-Problem.
< Der PKM arbeitet mit jederart Öffnung; zB : (/) Hebung mit dem Kolben, worauf die vorliegende PK/W-Beschreibung freigewählt basiert wird (Federventil). (//) Hebung mit Piezo- oder Magnet-Hydraulik auf den Ventil-Fuß (mit darunter von PR trennender TW), aber auch Ventil-Öffnung mit Hahn- Welle oder Schieber. (///) Öffnung von außen; zB mit Nocke getätigt. Aussichtsreich ist mit Pneumatik, etwa auf Durchführung mit Piezo- oder Magnet-Elektrik getätigt (Zylinderveπtil). Vergleiche Die über ein Jahrhundert herkömmlichen Verbrennungsmotoren sind: OfM "Otto-Motor" : Homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch ist Fuπken-gezündet. DsM "Diesel-Motor": Eingestoßener Kraftstoff entzündet in komprimierter Luft. Der OtM zündet lokal bzw der DsM injiziert kalt : der Brennprozeß, der in ca 1 ms ablaufen sollte, muß weiterzündend die Brennsubstanz durchlaufen. Dies erfordert perfekte Spühlung. Deshalb sind die OfM wie DsM zumeist Viertakter.
Der OtM ; im 19. Jahrhundert von Otto & Langen als Stadtgas-Motor konzipiert: Als mitführbare Gasquelle "Vergasung" von verdunstbaren Erdöl-Komponenten, die Benz erfolgreich eliminierte (Mole aliphatisch "Benzin", aromatisch "Benzol").
Der OtM verdichtet ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch & zündet dies kurz nach Kulmination mit Zündfunken : optimaler Zündmoment ist schwer erzielbar. Höhereffektive Verdichtungen bedürfen gegen "Klopfen" (Kompressions-Zündung vor der Kulmination) des Zusatzes von Bleialkülen oder Aromaten: problematisch.
Es ist, trotz raffinierter Elektronik, noch nicht befriedigend gelungen, unter allen Umständen immer das optimale Gas-Verhältnis (schwach überbilant) zu erzielen. Nur ein kleiner Fraktionsanteil des Erdöls (spezielle Moleküle) ist verwendbar.
Der OtM wird gelegentlich (ua für leichte Motorräder oder Personenwagen) als Zweitakter eingesetzt. Der Of/W-Zweitakter hat jedoch immer Frischgasverluste.
Der DsM ; Im 19. Jahrhundert von Diesel konzipiert : Er verdichtet Luft so heiß, daß nach der Kulmination eingespritzter flüssiger Kraftstoff "Diesel" entzündet. Das kalte Dieselöl muß erhitzen, verdampfen, mischen, kracken & dann von lokalen Zündstellen durchzünden. Diese Kette läuft verzögert & nicht überall total ab. An den Wänden haftendes öl bleibt zu kühl um zu zünden. Schwere ölmoleküle diffundieren von der Wand zu langsam in den heißen, turbulenten Brennbereich. Die Durchmischung bleibt mangelhaft, daß im Brennraum CO & H2 einenorts entstehen, neben NxOz & 03 andernorts; in der expansiven Abkühlung verbleibend.
Hoher Luftüberschuß kann die lange Reaktionskette kaum verkürzen und nicht die Diffusion von den Wänden beschleunigen; er senkt die Betriebs-Temperatur und damit den Wirkungsgrad. Zudem entstehen Ozon & Stickoxide mit daneben Dioxinen, Benzpyrenen & vielerlei Toxinen. Gebildeter Ruß aktiviert diese noch. Der DsM verbrennt unvollständig & unsauber; mit umweltbelastendem Auspuff :
Am DsM wurde enorm aufwendig & erfolgreich entwickelt. Di rekt-Einsp ritzung mit bis zu 2500 bar bewirkt einen scharfen Stoß gegen den Kompressionsdruck zu feiner Versprühung. Die Einspritzung muß unter allen Umständen, auch bei veränderlicher Viskosität, definiert sein. Es gab Varianten, in denen gegen die Wand oder einen Glühkopf gespritzt wurde; neuerlich erzielen Piezo-Serienstöße Erfolg. Besondere Varianten sind scharfe Stöße mit Wirbelkammer oder Vorkammer . Die Vorkammer ist Teil des Brennraums, in den der flüssige Kraftstoff gespritzt wird. In die Vorkammer vom Kolben gedrückte Luft vorverbrennt den Kraftstoff partiell zu Brennstoff-Substanz, die durch siebartige Öffnungen zur Endverbrennung in den anderen Brennraumteil strömt: Kurzdauer-Reaktion im Diesel-Prinzip.
Der DsM hat immer noch zu hohen Verbrauch und Schadstoff-Ausstoß. Nur ein kleiner Fraktionsanteil des Erdöls (mit speziellen Molekülen) ist DsM-verwendbar. Der DsM arbeitet gelegentlich (meist für langsame Großmotoren) als Zweitakter. Dies wenn längere Dauer für die Verbrennung gegeben ist. Zweitakter für DsM mit Anteilen von Abgas im Zugas wären in Leistung und Temperatur günstiger als Viertakter. Doch ist damit beim DsM zu träge Zündung & langsame Verbrennung.
Grundsätzlich (kleiner TSw); Der PKM ist perfekt in allen drei Güte-Merkmalen :
/. der Homogenität der Durchmischung der Komponenten zur Verbrennung; //. der Annäherung der Verbrennung an die Normalbilanz (zu CO2, H2O, N2); ///. der Vollständigkeit der Kraftstoff-Verbrennung bis Einsatz der Expansion.
1. P2G VorSchuss Stärkste exotherme Reaktion : Heißes, unterbilantes PK-Gas strömt über den Kolben und verbrennt im Zugas (im BR); je selbst heißer als Selbstzünd-Temperatur. Reste noch flüssigen Kraftstoffs verdampfen schon am Ventil. Im VorSchuss: ideale Verbrennung der meisten Substanz.
2. PG3 ReturSchub Exotherme Reaktion in der PK : Der Kolben drückt in die PK teilverbrannt-überbilantes BR-Gas, das mit dem unterbilanten PK-Gas reagiert. In PG3 steigt die PK-Temperatur TK . Der PK-Druck pK stellt sich fast konstant auf p3 . Ohne ReturSchub stellt sich PK-überdruck ein (pK >p3).
3. P34 NachSchub : Unterbilantes PK-Gas drückt über den Kolben (in P34 zufließender Kraftstoff verdampft). Die exotherme Reaktion hebt die Temperatur.
4. P24 : Weil über die volle Zeit von P24 erstreckt, ist die Verbrennung perfekt.
Ohne viel Unterschied sogar gut, wenn die Verbrennung mehr gegen Ende P24 (Leistung & Temperatur) : immer zwangsläufig genau vorgabe-bilant.
5. P42 : Der Kraftstoff reagiert laufend unterbilant im PK-Gas. Falls ReturSchub, fällt die PK-Bilanz und -Temperatur ein wenig. Kraftstoff-Zufluß und Poren- Strom beeinflussen TK und pK ; doch bei zwangsläufig gleicher Endbilanz.
6. Die Vorgabe der optimalen Sauerstoff/Kraftstoff-Bilanz ist kaum ein Problem.
7. Keine Zündung nötig (nur evt für Start). Oktan- & Cetan-Zahl ist irrelevant. Notiz : Das Aufsetzen des Kolbens auf das Ventil bei PH ist gleich hoch wie P4.
Bei Starr-Hebung ist P2 gleich hoch P4. Bei Feder-Hebung ist P2 höher als P4. V1T/V2T Kompression: wegen PK- Volumen erst effektiv über einige Zyclen. VG3/VGT ReturSchub: Volum-Minderung, mit der BR-Gas in PK geschoben
(weniger Gas- als Volumen-Anteil, weil Anstieg der PK-Temperatur TK) . Nicht kritisch, weiter Bereich: Wenig ReturSchub gibt niedere PK-Bilanz ; viel ReturSchub hohe Bilanz mit hoher TK ( einstellbar, wie erforderlich ) .
Konkrete Abmessung Starr-Hebung Beispiel nur zur Beschreibung : Zycluswinkel ßn Am Anfang des Zyclus - bei Po - ist : ßo = 0° dann zB : ßi = 30° ; ß2 = 160° ; ß3 = 180° ; ß4 = 200° ; ßs = 330° ; Be = 360 Phasenwinkel ßxz = Bz -- ßx In Pxz von Px bis Pz durchdrehter Winkel etwa: P12 Kompression ßi 2 = 130° ; P24 Brennen ß23 = ß34 = 20 P45 Expansion ß45 = 130° ; P51 Wechsel ßsβ = ßoi = 30°
Hubraum = V03 -7- 132,9 mm : gibt Ve-Liter mit 941 mm2 Kolben-Querschnitt Gesetzt : V2T -ä- 8 mm & V1T/V2T = 16 (Kompression). VI T ■*• 128 mm Kurbel-Radius Rh = 66,45 mm ; Preß-Höhe V13 -7- Rh (1 +cosßoi) = 124 mm Ventil-Hebung V23 -r Rh (1-cosß23) = 4 mm ; Restvolumen V3T -7- 4 mm
( -7- bedeutet : = diejenige Länge, die dem betreffenden Volumen zukommt) VK & TK moderiert Eff. Kompression; kurze Pleuelstange moderiert V13 & V23 Spielraum für ß2G : 0° ; PΣ =PG 10° PG-konkret 20° ; PG =P3
VG3 & ReturSchub : 4 mm & 0,5 1 mm & 0,2 0 mm & 0,0
Kommt PG nahe an P3 , so wird der ReturSchub klein oder gar null. Dies ist mit umso höherem PorenStrom und/oder AddierStrom auszugleichen.
Modi mit Feder-Hebung ; Ventil-Hals oder Kolben-Kontaktfläche ist gefedert mit Federkraft (Direktionskraft) : so schwach, daß der Kolben das Ve bei Aufsetzen noch nicht (pK viel höher pR ), aber vor P3 (zB ß2 = 170°) hebt; so stark, daß das vom Kolben + Federkraft gehobene Ventil erst bei P4 (zB ß4=200°) schließt. Der Beginn der Ventilhebung wird ua durch Zusammensitzen der Feder-Spiralen oder Feder-Teller in P2 definiert; günstiges Zusammensitzen als stabiler Zylinder.
Norm-Bezeichnungen (Obgleich selbst aktiv an der Normung beteiligt:)
Die Joule-Normung der eigenartigen Wärme ist praktisch "unthermodynamisch".
Wärme ist als diffuse Molekular-Energie am besten in "caf & "KaI' ausgedrückt. • Wärme Q : auf 4 ppm genaue Umrechnung : 1 Ws (Joule) = 0,239 cal
Sehr genau: Gaskonstante 2 cal ; V-konstante spezifische Gas-Wärme 1 cal/Fv [Fv als translatorische + rotatorische Freiheitsgrade) ; Molwärme 6 cal /Mol Damit ist (ideale Gase) die Temperatur-Erhöhung ΔT [0C] sehr genau [cal/Fv] Ventil Ve Im Ventil-Bett der TW ist beweglich-angepaßt der Ventil-Körper. Vorteilhaft hat der Ventil-Körper einen zylindrischen Ventil-Hals Hs mit darüber einem kegelfömigen Ventil-Kopf. Vorteilhaft hat die TW Öffnungen TO im Ve-Bett, nahe über dem Kegel-Ansatz. Der Andruck des Ventils schließt die Öffnungen, mit dem Kegel des Ve-Kopfes. Die Hebung des Ventils öffnet die Öffnungen, im Aufgehen eines Kegel-Spalts über dem Ve-Bett: im VorSchuss schießt bzw im NachSchub schiebt PK-Gas in das BR-Gas; im ReturSchub schiebt BR-Gas in das PK-Gas. Der schnelle VorSchuss und überbilante ReturSchub bringen keine Ablagerung.
Der Ve-HaIs gleitet im Ve-Bett auf ca TW-Temperatur. Im NachSchub bläst Kraftstoff durch den Spalt und schmiert die Gleitung. Ein K-Strom bzw H-Strom - etwa als V-Strom über eine Ring-Nute im zylindrischen Ve-Bett zugeführt - gibt besonders niedere Ve-Temperatur; aber wohl nicht nötig (künftig kein Problem).
Der VorSchuss startet mit einem Druckgefälle ca 3-fach dem Kompressions- druck. Er steigt erst etwa parabolisch an & läuft (mit Angleichung pR an pK) gleitend aus, wobei der TSw klein wird: Es startet der Transit in den ReturSchub.
Mit externer Steuerung der Ventil-Hebung oder mit Federventil ist P2 näher an P3 (zB 10° bis 5°) rückbar als P4 (zB 10° bis 20°): VorSchuss ab kurz vor P3 , der gleitend beginnt, etwa bei P3 maximal wird, & (ohne ReturSchub) in NachSchub bis P4 übergeht. Damit ist - frei konstruierbar - eine gemäßigte Verbrennung erreichbar, mehr an und hinter die Kulmination. Der PK-Druck pK stellt sich zwangsläufig auf jede Hebe-Funktion ein, womit deren Einrichtung unkritisch ist. Winzige Schrägnuten am Ventilrand erwirken eine leichte Drehung des Ventils.
ProcessKammer PK Das PK-Volumen VK wirkt in Relation zum Hubraum: VK/V03 .
Proportional VK/V03 ist die mittlere Process-Dauer Dp des Kraftstoffs in PK .
Proportional VK/V03 ist - nach Leistungs-Änderung - die Einstell-Dauer Ds auf stationären Betrieb (reziprok-exponentiell annähernd; zB nach 3Ds auf ca 1/20).
PKM-spezifisch ist die "Zycluszahl" Zz : für wie viele Zyclen die PK an K-Fluss (Kraftstoff/Zyclus) als PK-Gas speichert ; Zz ist abhängig von der PK-Bilanz.
Je für 1 -Bilanz im Betrieb und für 1/2-Bilanz in der PK , mit Kraftstoff [HCH] :
> Für nurιZuluft im Zugas: 8 Mole PK-Gas pro 15 Mole Zugas (Faktor 8/15). Bei Kompression auf pK = 200 bar (Faktor 1/200) und Temperatur TK = 800°C (Faktor 3,75 des Absoluttemperatur- Verhältnisses) ist : VκΛ/03 = 0,010-Zz .
> Für Rezyclierung mit hälftig Abgas im Zugas ist : VK/V03 = 0,008-Zz . Grob: 100-Vκ = Zz-Vo3. Mit Zz = 25 ist VK = 1/.Vo3 ; mit 50 Zyclen/s ist Ds = V2 s , die Process-Dauer Dp ist ca 200 mal der Diesel-Einspritzung. Schwankung ΔTK <5% , ΔpK <4%. Auch nicht im ReturSchub dringt (gegen den hochbilanten PoreπStrom) PK-Gas in die PW : es ist keine Ablagerung möglich. Anlaß-Arbeit Diese ist kleiner bei größerer PK, weil die erste Kompression nur die Verdichtung Vi τ/(V2T+Vκ) erfordert (Kompressions-Druck hebt das Ventil). Bei hierbei Zündung, mit ggf Start-Zündsystem, übernehmen schon erste, leichte Kompressionen die Anlauf-Leistung. Diese ist so gering, daß möglicherweise die Lichtmaschine den Anlauf bewirken könnte. Besonders günstig bei Mehrzylinder:
Mehrzylinder Gemeinsame PK erfordert nur wenig größere PK als Einzylinder : weniger Zyclen erreichen stationären Betrieb (nur ein Startzünder). Gemeinsam : Kanäleraum, Zuleitung, Pumpen. Doch VβT-Ableitung mit Rücksperre (R-Ventilen, Hähnen) ab jedem Zylinder. Vorteilhaft liegen die Ableitungen in der Zuleitung : Gegenstrom-Wärmetausch (Wärme-Übergang: kalte Pumpe & hohe Gasdichte).
PK-Bilanz Der PKM arbeitet mit Kraftstoff jeder Viskosität und Dichte. Poren- Strom & ReturSchub wirkt auf die PK-Bilanz und damit auf die PK-Temperatur TK . Der ReturSchub verändert doppelt mit ßG3 (Funktion 1-cos ist circa quadratisch) Die VG3 & V3T gebenden Höhen (konkret 1 & 4 mm) sind kein ernstes Problem.
Benzin und Diesel verdampfen schon in όer PK total; viskoses Schweröl zumeist. Alle Processe sind beherrscht über die Fv von den Mol-Bildungswärmen : CO2 94,4 KaI ; CO 26,4 KaI ; H2O (g) 57,8 KaI ; HOCN 36,6 KaI , CH4 19,1 KaI . Regulär Kraftstoff [HCH] ca 8 KaI . Endotherm HCN -30,1 KaI , C2H4 -9,6 KaI .
Alles als Idealgas bei 200 bar / 8000C. PK-Gasdichte 50 bis 65 g/L.
Bilanz mit Luft (O2+4N2) Wärme Q/ Fv [cal/Fv] Kraftstoff / PK-Gas [gκ/L] Bilanz Je energischste Reaktion mit Wärme cal/Fv gκ/L
1-Bilanz 11/2O2 +[HCH] - CO2 + H2O (6N2) +144,2 Ka/ 3510 4 0-Bilanz 2[HCH] - CHA + C + 3,1 KaI 280 63
{1/3}Blz O2 +2[HCH] - CO2 + 1CH4 (4N2) + 97,5 KaI 3140 10
{1/6}Blz O2 +4[HCH] - CO2 +2CH4 +1C (4N2) +100,6 Ka/ 2340 18
{1/12}B. O2 +8[HCH] -> CO2 +4CH4 +3C (4N2) +106,8 Ka/ 1590 28
{1/24}B. 02 + 16[HCH] - CO2 +8CH4 +7C (4N2) +1 19,2 Ka/ 1030 39
Maximal Q/Fv [cal/Fv] realisiert jedoch eine geringere Temperatur-Erhöhung ΔTK [0C] < Q/Fv [cal/Fv] : weil ua endotherme Assoziationen und Dissoziationen: CO2 + CH4+N2 - 2HOCN + H2 ; CH4 + C + N2 - 2HCN + H2 ; CH4 + C - C2H4 ; CO2+CH4 -2CO+2H2 ; CH4 -C+2H2 ; CO2+C -2CO ; CO2 + H2 -CO + H2O Niedere Temperatur forciert energischere Reaktionen : verhindert Unterkühlung. Hohe Temperatur forciert endotherme Reaktionen und weckt oszillatorische Freiheitsgrade : verhindert überhitzung. Mit diesem "Prinzip des kleinsten Zwangs" ist eine stabile Selbsteinregelung auf die für den PKM geeigneten Temperaturen. Abgas-Rezyclierung ändert die Bilanz selbst nicht. Doch bringt sie CO2 & H2O in die PK zurück, was die Reaktionen verschiebt; meist zu weniger Ruß und CH4 . Steigender Druck verschiebt zu weniger Molekülen. Hohe Temperatur verschiebt zu energieärmerer Reaktion, die Temperatur begrenzend. Die PK-Temperatur TK ist fast frei einstellbar: der PKM ist freier und flexibler disponierbar als der DsM . Mineralöl ist unterbilaπt kaum vergasbar. Es entsteht ua resistenter Qualm mit Gasruß. Weil C-Einzelatome höchst endotherm sind, entsteht Kohlenstoff fast nur als Microcluster in uπterbilantem. meist mittelheißem Gas. Thermische Krackung langer Ketten scheidet Kohlenstoff ab. H2 & CO reagiert mit langen Ketten ua unter Abscheidung von Kohlenstoff. Dies ist in kaum überschaubaren Reaktionen; auch endothermen und freiradikalen. Die Bildung von Qualm & Ruß führt regulär zu fortschreitender Ablagerung von KTH . Dies ist das große Problem.
Während der mittleren Verweilzeit von einigen Zyclen entsteht in der PK nur gasähnlicher Qualm und Ruß (wie in der leuchtenden Flamme der Kerze), der wie PK-Gas verbrennt. Gegen den PorenStrom erfolgt keine Ablagerung in der PK. Jede Spur von Ablagerung an der PorenWand wird sofort vom PorenStrom verbrannt (wie im Saum der Kerze). Schon sehr kleiner P-Strom (<1 % des PC-Gas) verhindert KTH und auch das Eindringen von PK-Gas in zu kalte PW-Schichten. Nur PK-seitig auf dem Ventil sind evt Ablagerungen zu vermeiden: zB ist der überbilante ReturSchub so lenkbar und/oder der PorenStrom so auf das Ventil blasbar, daß er auf der Ve-Oberfläche jede Ablagerung sofort verbrennt . Oder: Sehr gut ist die Ausbildung der Seite des Ve-Kopfes zur PK aIs PorenWand.
Diese KopfWand KW durchströmt der K-Strom. als ein Teil des VentilStroms. Und: Sehr gut ist auch Strömung von V-Strom über den Ventil-Hals: als H-Strom in den Gleitspielraum, und - bei gehobenem Ventil - in den unteren Ventil-Hals und die Federung (gegen das Eindringen von PK- & BR-Gas in den Ventil-Hals). Unter Umständen nutzt ein S-Strom, als PC-Gas über den Ventil-Spalt in die PK.
Der K-, H-, und S-Strom sind Anteile im VentilStrom. Dieser V-Strom ist PC-Gas, das die P-Pumpe oder eine eigene Ventil-Strompumpe (V-Pumpe) fördert. Er ist in das Ventil etwa über eine Ring-Nute im zylindrischen Ventil-Bett eingeleitet.
Vorteilhaft ist PC-Gas aus V3T abgeleitet. Das Volumen Va der Ableitung ist optimierbar. Es ist Teil-Volumen von V3T. Mit Va = V<-p3/p2 (Vf als Volumen der Weiter-Förderung), ist das PC-Gas fast nur Zugas maximaler Dichte. Das Optimum ist uU mit Va <Vt-p3/p2 , falls zB für AddierStrom ein vermehrtes PC-Gas günstiger ist (eben "verdünnt" mit im VorSchuss schon teilverbranntem BR-Gas). Mehrzylinder haben je Zylinder eigene Ableitung aus V3T mit eigener Rücksperre; mit Aufladung (etwa >0,8 pK ) des Vorraumes der P-Pumpe, die das PC-Gas auf Überdruck (etwa 1 ,2 pK) fördert : für P-Strom, und evt V-Strom und evt A-Strom. Vorgabe der Bilanz Die Bilanz-Vorgabe ist beim PKM einfach & persistent .
Normal-Bilanz (1 -Bilanz) : für Kraftstoff soviel Luft, daß stöchiometrisch genau
[ CO2 , H2O , N2 ] . Für Kraftstoff [HCH] pro Luft [1 bar mit 00C] : 82,2 mg/L
Eine synchrone Pumpe (dreht proportional der Kurbelwelle) ermöglicht feste Einstellung des Volumens an K-Fluss (Kraftstoff/Zyclus) . Die Zuluft ist im Wechsel P5i einstellbar; etwa für Normalbilanz. Dies erfordert nur einfachste Technik.
Der K-Fluss (Kraftstoff-Förderung) ist vorteilhaft dosiert mit der D-Pumpe : eine isobar fördernde Zahnradpumpe, die der drückenden F-Pumpe vorgestellt ist. Der K-Fluss ist auch dosierbar mit einer der F-Pumpe vorstehenden oder nebengeschlossenen Fluss-Drossel (evt Pumpe). PC-Gas als AddierStrom (A-Strom) in die Zuleitung zu PK, ist dem K-Fluss vorteilhaft hinter der F-Pumpe zugeführt. Falls Windkessel & Zahnradpumpe, ist PC-Gas der F-Pumpe seitlich zuführbar.
Eine mit Nocke geführte Kolbenpumpe ist frei optimierbar; zB: in P14 vom Tank über unteren Schlitz einnehmend und in P41 in die Zuleitung zur PK drückend.
Zwangsläufig geht die Eingabe-Substanz genau ab; beim PKM integrierend über einige Zyclen (weniger bei kleinerer PK). Konstante Bilanz ist einstellbar mit immer O2-Zufuhr proportional der Kraftstoff-Zufuhr; für schnelle Änderungen der Leistung möglichst bei jedem Zyclus: unkritisch, weil Einstellung in wenig Zyclen. Zwangsläufige Einstellung aller Zustände ist in weitem Spielraum des Tragbaren.
Verminderung der 02-Zufuhr ist vorteilhaft mit Belassung von Abgas im Zugas. Der PKM hat damit keine Schwierigkeit; im Gegensatz zum DsM : Auch mit halb Abgas im Zugas ist der PKM mechanisch, akustisch & thermisch besser; sogar wenn Belassung von Abgas zur thermischen Entlastung im laufenden Betrieb nötig sein sollte. Kurzzeitig (Minuten) kann der PKM damit die Leistung verdoppeln. Damit entfällt das wichtigste Argument für Kauf übermotorisierter Kraftwagen.
Realisations-Möglichkeiten angedeutet : Ist die Frischluft-Turbine vom Abgas- Abgang getrieben, so mindert die Reduzierung der Kraftstoff-Zufuhr die Turbo- Leistung für die Frischluft-Zufuhr, was den Abgas-Anteil anpassend erhöht. ■
Kraftstoff-Bilanz Der PKM arbeitet mit allen rückstandfrei verbrennbaren Flüssigkeiten, sofern Pumpe & Leitungen die Viskosität überhaupt verkraften . Fest eingestellt, fördert jede Zahnradpumpe pro Zyclus immer das gleiche Volumen. Ähnlich viel Sauerstoff-Masse [g] pro Kraftstoff- Volumen [mL] : Diesel ca 2,7 ; Hexan 2,33 ; Octan 2,47 ; Decan 2,55 ; Getan 2,69 ; Benzol 2,71 ; Toluol 2,71.
Der PKM arbeitet unverändert mit allen zZ benutzten Kraftstoffen; dies mit konsistent einfach-eingestellter Bilanz. Für billigen PKM-Kraftstoff sind bisher unverwendbare Brennstoffe auf Normwert ausgleichbar; ua durch Beimischung von Verbindungen mit Radikalen : wie -OH oder =C=O , bzw wie -NH2 oder =C=C = . Die Raffinerien können damit wohl alle förder- oder erlangbaren Kohlen- Wasserstoffe hin prozessieren auf optimale Bilanz mit brauchbarer Viskosität. Einfache Raffinieruπg, weil nur der Pumpe genügende Viskosität erforderlich.
Leer-Lauf : Mit der Leer-Tourenzahl geregelte Kraftstoff-Drosselung. Dies regelt auf so niedere Temperatur ein, daß hohe Überbilanz möglich ohne Schadstoffe. Der Anlauf geht üblicherweise in Leerlauf über. Falls Start-Zündersystem : ist dies knapp vorweg ingangsetzbar, mit noch unbelasteter Batteriespannung.
Bewältigung der Temperatur Die PK-Temperatur TK ist - mit dem ReturSchub und/oder P-Strom - günstigst einstellbar; in weiten Grenzen 200°C<Tκ<1400°C . Die PR-Temperaturen sind beim PKM - trotz Arbeitstakt in jedem Zyclus - günstiger als beim DsM. Es gelang bisher nicht, in Kolbenmaschinen die volle Effizienz durch Nutzung maximaler Verbrennungs-Temperatur zu erzielen . Der PKM kann dem Zugas optimalen Abgas-Anteil belassen & damit den Zweitakt voll ausnutzen : mit höherer Effizienz als etwa der DsM, Auf Kühl-Hohl räume in der TW und wärmeschützende Beläge auf TW und Kolben, ist der PKM nicht angewiesen. Der PKM ermöglicht einige Verbesserung mit dem Volumen Va (ggf einer Ableitung aus V3T): Erst kurz nach P4 (Gas-Rücktritt aus Va in den PR) wird die Vorgabe-Bilanz vollzogen. Bis P4 ist noch nicht die volle Substanz aktiv bzw ist noch einige Unterbilanz : bis P4 kleinere TK ermöglicht höheren Energieumsatz.
Druck/Temperatur
Generell problematisch: hoher Druck bei hoher Temperatur. In der PK ist permanent hoher Druck pK ; uU mit hoher Temperatur TK . Jedoch : Die wärmefreie DruckWand um die WaermeWand hält den PK-Druck pK . Die druckfreie WaermeWand inseits der DruckWand, hält die PK-Temperatur TK .
Kein Problem 500°C<Tκ<1100°C, anvisierend 8000C (Rotglut); auch noch höher.
Für PW sind Keramiken geeignet; für Ve hochwarmfeste Superlegierungen mit Fe, Co, Ni, Cr, W oder Nb, standfest bis 10000C. Cermet für extreme Bedingungen. Falls der Ventil-Hals ohne Gasstrom, ist das Ventil auf praktisch TW-Temperatur.
Die PW-Wärmeleitung ist so gering, daß nur Wärme-Promille abfließen würden: Der PorenStrom trägt Wärme im Gegenstrom in die PK zurück & verhindert KTH .
Die Kanäle, welche der PW den PorenStrom zuführen, sind an oder in der PW : Falls der PorenStrom kühl ankommt, sind die Kanäle an der DruckWand DW; falls heiß ankommend, ist ein Teil der PW zwischen den Kanälen und der DW. Stern pelventil mit von außen über Ventilschaft gehobenem Ventil ; etwa :
Einfuhr des K-Fluss in die PK mittelhoch am Ventilschaft schmiert die Gleitung in der DW und verhindert Schlupf-Fluß aus der PK. Mit Ventilkolben (am Ende des Ventilschaft) in einem Zylinder, ist das Ventil hebbar; etwa mit Hydraulik. Kurze Druck-Umkehr in PA (nach Hebung), ist gut, das Ventil sicher zu schließen. Der Schlupf-Fluß gibt Selbstjustierung des Kolben zur Hebung ab Schließstellung; Füllung des Raums unter dem Kolben mit Kraftstoff für hydraulische Hebung des Ventils (zB mit Piezo- oder Magnet-Elektrik). Schlupf am Ventilkolben (Kraftstoff + evt Gas) fließt durch den Ventilschaft in die PK (nur Verzweigung des K-Fluss). Durch Poren im Ventilschaft in die PK gedrücktes PC-Gas kühlt das Ventil.
Für Stempelventile, darunter Zylinderventile ist gut : gleitende Anhebung ab kurz vor Pe (zB ß2 >170°); Öffnung bis mehr nach P3 (zB ß4 <200°); zwangsläufig mit pK >p3 (zB 5 bis 50 bar). Der Transitstrom von wenigen mL in ca 1 ms erfordert bei hohen Druckgefällen, nur geringe Hebungen (zB<1 mm , evt ΛAmm).
Zylinderventil Spezielle Konstruktion pneumatisch getätigter Stempelventile :
Das Zylinderventil hat einen hohlen Ventilzylinder VZ des Querschnitts 0V, der unten mit dem in der TW dichtenden Ventilkegel abschließt & der in der DW gleitet. Die DW-Gleitführung ist zur PK mit der WW abgedeckt und reicht nach unten bis fast Hebehöhe über den Kegelansatz. Der VZ verengt oben zum Aufzylinder AZ des Querschnitts 0A, der in der DW gleitet. Die DW schließt über der Verengung einen Ringraum RR des Querschnitts 0V-0A, worin Gas mit Druck pL . Mit Druck pA>pκ strömt A-Strom durch den AZ in den VZ (zu unten Blaslöchern). Kräfte auf das Ventil: nach oben pR-0v ; nach unten pA-0A+pL(0v-0A) . Ist 0A/0V genügend klein (zB Ve), so ist in Pos PH schon pR-ov > PA-ΘA . Dies bewirkt :
Bei Öffnung des Auslaß fällt pi_ durch Ausstrom des RR-Gas, bis die Kraft nach oben überwiegt: das Ventil hebt & öffnet; noch bei einigem pL (zB>10 bar).
Bei Schließung des Auslaß steigt pL durch Einstrom von Gas mit pA bis die Kraft nach unten überwiegt: das Ventil schließt; schon bei pι_<pA (weit bevor).
Mit der auf kurzer Hebehöhe geringen Beschleunigung ist leichtes Aufsetzen.
Mit den starken Kräften ist sicheres öffnen und Schließen. Mit nur wenigen μL Volumen des RR ist (hoher Druck) guter Aus- & Einstrom. Günstig ist: kurzer Ausstrom (durch Auslaß, zB mit Magnet- oder Piezo-Elektrik) & langer Einstrom über A-Stromwiderstand (zB als Schlupf, Nuten oder stellbar mit Strom-Drossel).
. Günstig: der Kraftstoff ist über eine Ringnute in der DW am VZ eingeführt. Am VZ entlang fließt er (zB in schräg nach unten führenden Nuten) bis zur Kegeldichtung vor Blaslöcher, aus denen er vom A-Strom in die PK geblasen wird. Der A-Strom kühlt das Ventil und bläst kühl ein. Es ist mit sehr hohen TK operierbar. PC-Gas-Svsteme Für Einzylinder geeignet, für Dreizylinder günstig, für
(5,7,9)Mehrzylinder perfekt. Einige anregende Beispiele (alles Zahnradpumpen):
1 > Das PC-Gas ist abgeleitet aus V3T durch Ableitung Va über Rückschlagventil oder halbdrehende Schlitzwelle. Diese Ableitungen aus den Zylindern laden zusammen etwa die Hälfte der Zahnluken einer P-Pumpe, die mehrfach als für den Tκ-Sollwert nötig, fördert. Der Überschuß strömt durch eine Strom-Drossel zum Eingang der P-Pumpe zurück. Die Drossel hat einen DSw, mit dem die P-Pumpe immer auf einen Druck >pκ fördert (ggf für P-, V-, A-Strom) . Mit einer stellbaren Abdrosselung ist - über variierbaren Rückstrom - eine Tκ-Ste!lung bzw Regelung.
2> Wie 1 > , aber hinter den Rücksperren mit eigener W- und/oder V-Pumpe.
3> Wie 1 > . aber hinter den Rücksperren mit Windkessel zur Pufferung.
4> PC-Gas strömt - als S-Strom - durch den offenen Ventil-Kegelspait in PK.
5> PC-Gas strömt - als H-Strom - über TW-Ringnute durch Ventil-Hals in BR.
6> Mit kleinem HSw und großem V-Strom-Zuleitvolumen, groß eingerichteter H-Strom (evt eigene V-Pumpe) ist über eine Strom-Drossel als A-Strom ableitbar zur F-Pumpe. Mit steuerbarer Abzweigung von H- in A-Strom ist die TK regelbar.
7> Ohne P-Pumpe, mit Kanal-Röhren zur WW1 ableitend im kegeligen Ve-Bett.
8> Ohne ReturSchub, PK-Druck überhöht (pK >p3 ); Process nur mit PC-Gas.
9> Mit PKZ-Leistung variierte Strom-Drossel oder Rück-Pumpe: TK Regelung.
Notiz : Das Ventil Ve bzw die Rücksperre kann ein gebräuchliches
Ventil sein; aber auch ein Hahn (Schlitzwelle) oder ein Schieber oder eine Klappe. Der PKM arbeitet in jeder Lage; "oben-unten" dient nur zur Beschreibung. Der PKM ist besonders günstig einsetzbar in Systemen mit Hybrid-Antrieb.
Das Prinzip des PKM zeugt viele Konstruktions-Erfindunqen. Dazu Anregungen :
ProcessKammer als Durchlauf Prozessor Beispiele für Konstruktion
Der Process beginnt in einem verbreiterten Ende der Kraftstoff-Zuleitung, umgeben von einem Teil der PorenWand. Umständlich ist die Lauferhaltung des Processes (auch falls A-Strom, der in der Zuleitung regulär nicht processiert) .
Zuluft- und Abgas-Schlitze Beispiele für Konstruktion
Erhöhter Verschleiß durch übergleiten der Kolbenringe (Dichtungsringe) über den Zuluft- bzw Abgas-Schlitz, ist dadurch vermeidbar, daß der Schlitz als schmale Teilschlitze, senkrecht in der Zylinderwand nebeneinander, konstruiert ist: Zwischenstege verhindern elastische Ausbauchung; evt breiterer Mittelsteg. Mehrzylinder ermöglichen geschlossenes Kurbelgehäuse (ohne Schlitz-Zugang) . Feder-Ventil Beispiele für Konstruktion
Zur Hebung des Ventils setzt der Kolben mit seiner Kontaktfläche auf den Ventil-Fuß; mit etwa einigen Metern/Sekunde. Seine Steig-Geschwindigkeit fällt reziprok-quadratisch mit dem Abstand von P3 ab. Der Kolben öffnet das Ventil gegen den PK-Druck (p« >200 bar). Das sind nur Prozente des PR-Drucks pR auf die Kolben-Druckfläche, sodaß daraus keine Probleme erwachsen.
Kritisch könnte aber ein Aufprall mit einer Schlag-Beschleunigung werden, die bei verschwindender Material-Elastizität die statischen Druck-Kräfte weit überwiegen könnte. Die vorgeschlagenen Konstruktionen bieten elegante Lösungen :
Die Kontaktfläche und bzw oder das Ventil ist gepuffert oder gefedert. Die Federung ist zweckmäßig ein gefederter Ventil-Hals, mit gebräuchlichen Federn. Dazu geeignet ist ein Ventil mit einem zylindrischen Ventil-Hals, der in einem zylindrischen Ventil-Bett der TW mit engem Spielraum bewegt ist; und darüber einem Kegel-Kopf, der in einem kegelförmigen Ventil-Bett der TW die Dichtung bewirkt.
Der Feder-Hals eines derartigen Ventils ist in Vielfalt konstruierbar ; ua :
F1) Der Feder-Hals besteht aus ύbereinanderliegenden Teller-Federn.
F2) Der Feder-Hals ist eine Spiral-Feder; ein-, zwei- oder drei-gängig.
F3) Der Feder-Hals ist ein horizontal geschlitzter Zylinder: je 2 Schlitze pro Ebene über <180° des Umfangs erstreckt; mehrere Schlitzpaare immer 90° gegeneinander versetzt. Es sind auch mehr als zwei Schlitze pro Ebene möglich.
Die Position PH, in der der Kolben auf das Ventil setzt, ist symmetrisch P4, eher der Kolben den Ventil-Kopf zu heben beginnt, ist höher als PΆ. Ab PH drückt P2 ist der Ventil-Hals (um P2-PH verkürzt) zusammengedrückt; etwa zu Zylinder, der Kolben den Feder-Hals zusammen (etwa bis die Feder zusammensitzt): bei P2 ist der Ventil-Hals (um P2-Pv verkürzt) zusammengedrückt; etwa zu Zylinder, (evt glatt, dicht), der im zylindrischen Ventil-Bett der TW mit engem Spiel gleitet. Bis P2 hält der hohe PK-Gasdruck pK das Ventil noch im Ventil-Bett angedrückt : der Kegel dichtet. Ab P2 hebt der Kolben den Ventil-Kopf: spätestens bei Zusammensitzen der Feder, gegen jeden PK-Druck. Bei geringem pK (Leistungs-Minde- rung) hebt eine starke Feder schon vor ihrem Zusammensitzen, ohne Schlag.
Der Stromwiderstand von TW-Öffnungen im Ventil-Bett zum PR durch die TW (am und über dem Kegel-Ansatz) ist so klein haltbar, daß praktisch nur der Kegel-Spalt den Transit-Stromwiderstand bestimmt (reziprok-quadratisch der Anhebung). Schnelle Strömung im Spalt verursacht Abkühlung und Unterdruck. Der VorSchuss setzt gleitend ein & geht gleitend in den ReturSchub über. Die Federkraft streckt den Ventil-Hals und hebt den Kopf weiter: zu sehr kleinem TSw, was zwangsläufig den PK-Druck auf den max.PR-Druck einstellt : pK = pR-max . ( Mit höherem TSw ist langsameres Angleiten erreichbar; womit: pK > pR-max ). Grundsätzlich ist statt dessen oder zusätzlich auch die Kontaktfläche des Kolbens federbar. Jedoch ist die Kontaktfläche besser geeignet, die Positionen - wie P∑, PG, P3 - einfach und genau zu justieren: mit passender Dicke einsetzbar.
Der Feder-Hals reduziert drastisch die Schlag-Beschleunigung auf nur den untersten Teil des Ventil-Fußes, dessen Masse klein haltbar ist. Die übrige Federmasse wird beschleunigt durch die Federkräfte, die vom bereits anliegenden Kolben aufgefangen sind. Nur die Kopf-Hebung bei Zusammensitzen der Feder gibt noch einen Schlag. Dieser ist klein, weil bis dahin kleine Steig-Geschwindigkeit.
Interessant ist eine vom Ventil-Fuß zum Ventil-Kopf ansteigende Federkraft: Ua keine Schwingneigung; Ua ganz leichtes Aufsetzen des Kolbens mit Hebung des Ventils durch Federkraft ohne Schlag-Beschleunigung auf den Ventil-Kopf. Nach Hebung des Ventil-Kopfes gibt der rasch anschwellende VorSchuss rasche Angleichung von pR an p«, infolgedessen die Federkraft das Ventil auf seine volle Länge streckt. Der Kegel-Spalt wird groß; damit der Transit-Stromwiderstand klein. Der TSw bleibt klein, weil die Federkraft das Ventil bis P4 gestreckt hält. Die volle Streckung ist bis hinter die Kulmination verlagerbar, & der VorSchuss direkt in den NachSchub führbar. Alles ist mit gleitendem Transit erreichbar. Die Federung oder konvexe Kontaktfläche macht ggf Verkantungen unwirksam.
Zur Niederhaltung der Ventil-Temperatur ist gut, die Verbrennungs-Reaktion vom Ventil-Körper abzuhalten. Ein zu glattem Zylinder zusammengedrückter Feder-Hals (mit engem Spiel im zylindrischen Ventil-Bett) hat hohen Stromwiderstand im Vergleich zum Transit-Stromwiderstand TSw. Damit fließt kaum PK-Gas oder BR-Gas zum zylindrischen Ventil-Bett (dort praktisch keine Brennreaktion). Ist der obere Teil des Ventil-Halses eine glatte Zylinderfläche (ohne Schlitze), so fließt auch bei Streckung des Ventils kaum PK-Gas zum zylindrischen Ventil-Bett.
Das während etwa 8/9 des Zyclus in das, zur TrennWand TW gehörige Ventil-Bett gedrückte Ventil, hat kaum höhere Temperatur als die TW und die ZW ; trotz der geringen Wärmekapazität des Ventils und dessen Federung.
Besonders günstig ist die Ausbildung der Seite des Ventil-Kopfes zur PK als PorenWand PW (konkret KopfWand KW) mit KopfStrom evt über V-Pumpe; mechanisch leichter, chemisch abscheidungsfrei, thermisch kühler. Dies ist noch besser, falls der VentilStrom bei gehobenem Ventil zum BrennRaum BR strömt.
Die Ventil-Temperatur ist nur wenig abhängig von der Temperatur TK in der ProcessKammer PK. Wegen des PorenStroms und hochwarm-fester Keramiken, ist für TK kaum eine technische Grenze. Man wird zwar etwa 8000C anpeilen. Aber an sich könnten sogar 20000C ohne Problem bewältigt werden. Konsequenzen :
Obenstehende Anregungen zeigen alle Ventil-Probleme als elegant lösbar. Sie lassen die Vielfalt von Entwicklungs-Möglichkeiten des PKM-P rinzips ahnen. Abgas-Rezyclierung und PK-Gas Beispiele für Konstruktion
Abgas-Rezyclierung ist durch einen Anteil an Abgas im Zugas. Rezycliert ist überbilantes bis wenig unterbilantes, mögiichst normalbilantes Abgas. Dieses hindert die Brenn-Reaktionen nicht, weil das BR-Gas und das PK-Gas heißer als Selbstzünd-Temperatur sind, womit sie miteinander schon bei Berührung reagieren; auch mit geringsten brennbaren Anteilen. Die schnelle Durchströmung (etwa 100 m/s) des Ventil-Spalts gibt darin eine Abkühlung. Diese ist für die Ventil-Temperatur günstig, ohne die Reaktionsfähigkeit zu beeinträchtigen : die Bremsung bei Eintritt in das andere Gas, bringt die Selbstzünd-Temperatur und Reaktionsfähigkeit wieder zurück (die Energie bleibt erhalten, nur die Entropie wird höher).
Bei dem in jedem Zyclus brennenden Zweitakter gibt Abgas-Rezyclierung eine Optimierung der Maximal-Temperatur, die sonst evt zu hoch sein könnte. Das PC-Gas enthält immer CO2 & H2O : durch evt ReturSchub (mit CO2 & H2O) und/oder durch Ableitung aus V3T (nie ganz ohne CO2 & H2O) und/oder durch in das Zugas rezycliertes Abgas (wie immer dies weiter ins PC-Gas gelangt). Ungeachtet der Herkunft seien zwei Quantitäten von CO2 & H2O im PC-Gas betrachtet:
PC-Gas : 1{} = O +ICO2 + IH2O +6N2 2{} = {} +2CO2 +2H2O +12N2
Bilanz Je energischste Reaktion mit Wärme cal/Fv gκ/L
1{1/6} - 2CO2 +I H2O +2CH4 +1 C (ION2) +100,6 Ka/ 1290 8
1{1/12} -• 2CO2 +I H2O +4CH4 +3C (ION2) +106,8 KaI 980 15
2{1/6} - 3CO2 +2H2O +2CH4 +1 C (I6N2) +100,6 Ka/ 850 5
2{1/12} -■ 3CO2 +2H2O +4CH4 +3C (I6N2) +106,8 Ka/ 710 10
2{1/24} - 3CO2 +2H2O +8CH4 +7C (I6N2) +119,2 KaI 600 17
Hinzukommen von CO2 & H2O in das PC-Gas, gibt gleiche Reaktions-Energie. Es erhöht aber die Freiheitsgrade Fv , was den Temperatur-Anstieg ΔTK mindert (Heizung größerer Masse) . Konkret : 2Fv >1Fv >Fv , womit 2ΔTκ <1ΔTκ <ΔTκ .
Naturgemäß vermindert Absenkung der PK-Bilanz den Temperatur-Anstieg ΔTK . Der Temperatur-Anstieg ΔTK baut auf die Einlauf-Temperatur (Temperatur der Process-Substanzen schon bei ihrem Einlauf). Der ReturSchub kommt heiß in die PK und/oder das PC-Gas leitet Wärme aus V3T in die PK weiter (falls über Gegenstrom-Wärmetauscher) . Die reale PK-Temperatur TK kann viel höher sein als die Temperatur-Erhöhung ΔTK mit nur Reaktionswärme Q/Fv . - Es ist mit TK : >800°C beginnende, >1 100°C intensive Verschiebung zu Methan, Cyan und CO. Erstaunlich hohe Abgas-Rezyclierung und/oder niedere PK-Bilanz ergibt praktikable PK- Temperaturen TK . PK-Gas mit nur 5%-Bilanz ergibt ΔTK >600°C, was - mit günstig eingerichteter Einlauf-Temperatur - gute PK-Temperatur ergibt.
Für den PKM wäre aber auch hohe Temperatur und viel Gasruß kein Problem. PKM-Pumpensy stem Beispiele für Konstruktion
Unter den unabsehbar vielen Pumpensystemen (auch ua mit Libellen- oder Kolben-Pumpen) seien nur Systeme mit Zahnrad-Pumpen dargestellt. Um künftige Entwicklungen anzuregen, sei wenigstes ein praktikabler Typ aufgezeigt :
Die Fluss-Dosis (Kraftstoff, der pro Zyclus der PK zugeführt) ist von einer D-Pumpe von voll bis null gestellt. Sie dosiert genau das Volumen bei jeder Viskosität. Sie ist ideal steuerbar. Nur Reibungsenergie ist erfordert, sie zu drehen; vorteilhaft quasi-synchron : von 1 bis 0 variabel untersetzte Kurbeldrehung. Die anderen Pumpen sind synchron : dh fest an die Kurbelwelle gekoppelt, unveränderlich proportional drehend (evt konstante Untersetzung). Der PKM ist geeignet für synchrone Pumpen; konkret: jeder Schlupf der F-Pumpe ist mit dem Zustrom über die HD-Kanüle ausgeglichen. Jede PC-Gas-Pumpe hat immer gleiche Menge PC-Gas/Zyclus zu pumpen; auch bei reduzierter Fluss-Dosis (für Minder-Leistung bei gleicher Bilanz-Vorgabe), weil hierbei die Menge an Zugas durch erhöhte Re- zyclierung von Abgas ausgeglichen ist. Die Bilanz-Vorgabe und Abgas-Rezyclie- rung erfordert einige Entwicklung. Diese ist einfach verglichen mit der beim DsM oder OtM nötigen. Der PKM hat kaum Probleme mit Spühlung, Zündung, Timing.
Die Bilanz-Vorgabe erwirkt beim PKM die zwangsläufige Einstellung aller Betriebs-Zustände. Für Voll-Leistung sollte möglichst Normal-Bilanz vorgegeben sein. Für Minder-Leistung bildet über-Bilanz jedoch kaum noch Stickoxide. Die Gas-Förderung der Pumpen ist damit unkritisch. Mit Abweichungen stellen sich jedoch veränderte PK-Temperaturen ein, was einfache Tκ-Regelung ermöglicht.
Weil jede der beiden zusammengeführten Gas-Komponenten heißer ist als die Selbstzünd-Temperatur, operiert der PKM mit jedem Anteil an Abgas im Zugas, das somit für jedes Leistungs-Niveau optimierbar ist. Die freien Parameter lassen fast jede Reaktions-Funktion einstellen. Für Zweitakter angemessen zB : Abfallend Fluss-Dosis von voll auf 10% , mit Zuluft im Zugas von 80% auf 10% (sogar nur 1% Kraftstoff im PK-Gas mit 1% Zuluft im Zugas reagiert sofort bei Zusammenkommen). Der PKM-Zweitakter ist mit den zB 20% Abgas-Anteil noch beträchtlich effektiver als der Viertakter, weil er in jedem Zyclus arbeitet. Mit so hohem Verbleib von Abgas beim Wechsel (Psi ), ist kein Problem mit Spühlung.
Alle synchronen Pumpen sind im selben Pumpen-Block unterbringbar; auf gleichen Achsen, in aneinander schachtelbaren Kammern. Einige Verbindungen sind in den Zwischenwänden unterbringbar. Gleiche Radien der Zahnräder. Die unterschiedlichen Förderungen bringen die Längen und Zahngrößen. Dafür zu klein ist das Fördervolumen der Schmierstoff-Pumpen (ggf E- & U-Pumpe), die jedoch mit Planeten-Untersetzungen im selben Pumpenblock unterbringbar sind. Schmierstoff-Pumpen schmieren im gleichen Block liegende, andere Pumpen mit. Kraftstoff-Pumpe : Beispiele [ Angegeben in Volumen/Zyclus ]
Die Förderung des Kraftstoffs kann kontinuierlich & soll genau dosierbar sein; dies bei jeder Viskosität jeden Kraftstoffs (sofern überhaupt verwendbar). Die Förderung muß von Normaldruck (1 bar) auf den Druck der ProcessKammer erfolgen; zB: auf fast konstant den Maximaldruck des PressRaum (zB 200 bar).
Zahnrad-Pumpen sind gut geeignet. Ihr Fördervolumen XFv wird aber vermindert durch den Schlupf-Rückfluß : innen greifen die Zähne nicht ideal volumverdrängend ineinander und zudem kein ideal dichtes Gleiten. Der Schlupf-Rückfluß hängt ab von der Viskosität und steigt mit dem gepumpten Druckgefälle an. Der Schlupf-Rückfluß wird bei niederem Druckgefälle fast verschwindend klein.
Perfekte Kraftstoff-Flusspumpung ist in zwei Stufen, zweckmäßig als Zahnrad-Pumpen: am Kraftstoff-Eingang mit D-Pumpe (DosisPumpe) & ihr folgender F-Pumpe (FlussPumpe); wobei: Das FFv der F-Pumpe ist mehrfach des DFv der D-Pumpe. Den von der D-Pumpe dosierten Kraftstoff presst die F-Pumpe in die PK. Zwischen der D- & F-Pumpe mündet die HD-Kanüle (Hinter D-Pumpe) ein, die von einem Niederdruck-Gasraum herführt. Die F-Pumpe nimmt vorweg den von der D-Pumpe angelieferten Kraftstoff-Fluß auf. Mit größerem FFv als DFv saugt die F-Pumpe zusätzlich Gas aus der HD-Kanüle an, womit der Druck hinter der D-Pumpe gleich dem Druck in der HD-Kanüle wird. Falls die HD-Kanüle vom Kurbelgehäuse herführt, wird das Druckgefälle an der D-Pumpe sehr klein (<1bar): kein Schlupf an der D-Pumpe. Falls das FFv um mehr als der Schlupf der F-Pumpe größer als DFv ist, pumpt die F-Pumpe immer den von der D-Pumpe genau dosierten Kraftstoff in die PK (wie hoch immer der Schlupf in der F-Pumpe ist). Günstig: FFv = 3-DFv (DFv bei voll-drehender D-Pumpe für maximale Dosis).
Mit der Drehzahl der D-Pumpe ist der Kraftstoff-Fluß genau stellbar; gleich bei jeder Viskosität. Die kleine D-Pumparbeit ergibt einfache elektronische Regelung der Drehzahl. Änderungen sprechen unverzögert an (Zahnlücken immer voll).
Mit einer Umschaltung der HD vom Kurbelgehäuse auf den Kraftstoff-Tank wird von der F-Pumpe zusätzlicher Kraftstoff angesaugt und in die PK gepumpt: für mehrfache über-Leistung (etwa kurzzeitige Hilfe für Anfahrt oder Überholung).
Mit der HD-Kanüle ist aus dem Kurbelgehäuse etwa verdampfter Schmier- Kraftstoff abziehbar. Mit zB FFv = 3-DFv ist genügend Abzug falls Schmierung mit fortlaufender Kraftstoff-Einfuhr : kaum Schmierstoffe in die Abgas-Leitung.
Wird an der HD-Kanüle Niederdruck-Gas (Kurbelgehäuse) mit zB doppeltem Volumen als das des Kraftstoffs aufgenommen, so komprimiert dies oben in der F-Pumpe auf <1% des Kraftstoff-Volumens (von ca 1 bar auf >200 bar). Gasaufnahme durch die HD-Kanüle zum F-Schlupfausgleich verändert die Dosis des K-Fluss nicht. Zugabe von Gas hinter die F-Pumpe bringt gute Ergebnisse : Vorteilhaft ist ein AddierStrom als ein Gas, das direkt hinter der F-Pumpe dem K-Fluss zuströmt; mit Druck des K-Fluss in die Zuleitung zur PK. Etwa wird damit der K-Fluss zum Schaum. Solcher: fließt schneller von der F-Pumpe in die PK; ist weniger viskos; verteilt sich besser in der PK; neigt weniger zu KTH .
Mit Zylinderventil setzt kurz hinter der Kraftstoff-Einblasung in die PK, die Process-Reaktion ein, deren Bilanz durch den A-Strom+W-Strom (etwa 3A +VA) gegeben ist. Günstig: rotations-symmetrischer, oben flacher VZ, der langsam rotiert; der wenn gehoben, oben am Auslaß flach schließt und am übrigen Rand ballig aufsitzt : als RR für raschen Ausstrom, gefolgt von langsamem Einstrom; erst pL-Abfall zur Hebung mit pR-Aufsprung, folgend pL-Anstieg bis zur Senkung. Der Einstrom ist etwa über AZ-Schlupf, -Löcher oder -Nuten. Der Einstrom ist etwa durch Kanüle über Strom-Drossel, zur Stellung des A-Stromwiderstand. Somit ist die P24 -Länge, somit der sich darauf einstellende PK-Druck p« regelbar.
AddierStrom als ProcessGas verzweigt nur den PC-Gasstrom in die PK, was die PK- und Motor-Bilanz nicht verändert. A-Strom; zB: ab Rücksperre über eigene A-Pumpe (Zahnrad), die nur den Mehrdruck schaffen muß; oder ab gemeinsamer P-Pumpe, hinter der (über jeweiligen Stromwiderstand) verschiedene PC-Ströme weiterströmen; oder abgezweigt aus V-Strom über Strom-Drossel.
Um den AddierStrom ist weniger ReturSchub nötig. ZB mit 200 bar gibt ein AddierStrom = 5-fach dem Kraftstoff- Fluß ca 1/8-Bilanz für das PK-Gas. Poren- Strom zusammen mit AddierStrom vermag den ReturSchub evt ganz zu ersetzen.
Für fortschrittliche Entwicklung der Zukunft : Deckung der PK-Bilanz mit PorenStrom+AddierStrom; P0S.P2 nahe an P0S.P3 gerückt; erst um oder kurz nach P3 kommt der PR-Druck nahe an den PK-Druck (pR -> pK), aber nicht überschreitend; der VorSchuss geht direkt in den NachSchub über (kein ReturSchub). Leistunqs-Änderunq Djese ist problematisch; vor allem bei Kraftfahrzeugen.
Absenkung : Die Motor-Leistung endet sofort mit Öffnung der Kraftstoff- Zuleitung zur PK hinter der F-Pumpe : das PK-Gas mit dem auf dem Weg befindlichen Kraftstoff entweicht. Dies ist vorteilhaft in einen Behälter, von dem der Inhalt verzögert vor die F-Pumpe rezycliert; oder über die HD-Kanüle in das Kurbelgehäuse. Das nach Ausfluß des PK-Gases vom Kolben weiter in die PK gedrückte Zugas, strömt noch durch die offene Kraftstoff-Zuleitung aus; diese reinigend.
Anhebung : Um günstiges Angleiteπ der Leistungs-Steigerung genügend schnell zu machen : Verkürzung der Zz-bedingten Einstellzeit auf den neuen stationären Zustand durch überhöhte Kraftstoff-Zufuhr (etwa über die HD-Kanüle). Verkürzung der Einstellzeit des PC-Gas (etwa aus V3T), durch direkte Aufladung (ohne Windkessel) von ca einer Hälfte der Zahnluken im Eingang der P-Pumpe.
Für gute Absenkung und Anhebung sind viele technische Lösungen. Schmierung Beispiele für Konstruktion
Schmierung ist mit Schmierstoff : Schmieröl oder dies enthaltender Kraftstoff. Schmierung ist zur Verringerung des Verschleißes durch Gleitreibung. Andere Ursachen für Verschleiß sind unabhängig zu beseitigen: Thermische Verspannungen bei Zweitaktern werden vermieden mit Zuluft gleicher Temperatur wie das Abgas. Dies ist gut realisierbar mit Gegenstrom-Wärmetauscher. Im Zusammenhang mit Turbolader - der ohnehin Vorteile bringt - sind gute Chancen für Realisierung. Alle Kolben-Kraftmaschinen benötigen eine dünne Schmierstoff-Schicht zwischen gleitenden Flächen. Das alte System der Schmierung zeigt die Problematik :
Flüssiger Schmierstoff (meist Schmieröl) ist am Boden des Kurbelgehäuses in einer Lache. Das Kurbelgelenk verspritzt ein wenig des Schmierstoffs. Die Spritz-Sprühung schmiert die Gleitflächen von Lager, Kolben und Zylinder durch Benetzung. Untersuchungen vor Jahrzehnten erwiesen den Hauptverschleiß der Motoren in den jeweils ersten Minuten nach Anlaß: weil es solange währt bis der Schmierstoff hinreichend über die Gleitflächen verwischt. Ein synthetisches öl ist persistenter viskos & anhaftend: der Film ist nicht immer ganz neu zu erstellen.
Neue Systeme benutzen eine Pumpe zur Verbringung des Schmierstoffs.
Demgegenüber erstellen folgende Vorschläge einen genügenden Schmier- FiIm schon ab den ersten Zyclen; unabhängig von vorherigen Inbetriebnahmen und von der jeweils gegebenen Temperatur. Allen Vorschlägen ist gemeinsam :
Der Schmierstoff ist eingeführt an die ZylinderWand durch Einfuhrstellen , Das sind kleine Öffnungen in der ZW; vorteilhaft von engen Kanülen, die in der ZW steil nach unten führen. Die Einfuhrstellen liegen - am besten in der Kurbelebene - in PH4 unter, und in P51 über den Kolbenringen, welche über sie gleiten. Als Unterring-Einfuhr : fur Einfuhr von Schmierstoff unter den Kolbenringen in den Raum zwischen Kolben & ZylinderWand. Die Einfuhr wird nach oben & unten über die Gleitflächen verschmiert, dann in die Lache gewischt (ggf abgesaugt). Als überring-Einfuhr : fur Einfuhr von Schmierstoff über den Kolbenringen; zumeist über die Gleitflächen verschmiert; ein wenig oben als Kraftstoff verbrannt. Diese Verbrennung verschiebt die Bilanz nicht, gibt aber Verlust an Schmierstoff. überring-Einfuhr ist klein haltbar. Unterring-Einfuhr reicht schon allein aus. Die Höhe der Einfuhrstellen bestimmt die Einfuhr des Schmierstoffs in die ZW. Tiefere Lage verlängert die Dauer für Unterring-Einfuhr & vermindert ggf Zurücktreiben von Schmierstoff in die Schmierstoff-Zuleitung durch den PR-Druck pR . Höhere Lage gibt bessere Verschmierung über die obere Zylinder-Innenwand. Die Lage ist unkritisch. Immer praktikabel ist eine Lage auf halber Hub-Höhe. Vorteilhaft sind in jedem Zylinder zwei Einfuhrstellen, beidseitig in der Kurbelebene etwa auf halber Hubhöhe. An diesen erreicht der PR-Druck regulär (etwa ohne Turbo-Kompressor) bei Kompression nur knapp 3 bar, bei Expansion weniger als 10 bar . Druck von wenigen bar genügt, um Schmierstoff durch die Einfuhrstellen einzuführen. Im Verhältnis zum Kraftstoff-Verbrauch ist etwa 2%o Schmieröl einzuführen; von Schmieröl enthaltendem Kraftstoff kaum 1% . Für ein mittleres Kraftfahrzeug sind das pro Zyclus etwa 0,2 mg Schmieröl oder 1 mg Schmierstoff als Kraftstoff mit öl. Einfuhr etwa mit synchroner Zahnradpumpe.
Beim PKM ist keine Schmierstoff-Pumpe nötig. Der Schmieröl enthaltende Kraftstoff ist zB nach der F-Pumpe - vor ggf Addierstrom-Zuleitung - abgeleitet : in Zuleitungen zu den Einfuhrstellen. Mit den einzelnen Fließwiderständen ist die Verteilung des Flusses auf die einzelnen Einfuhrstellen einstellbar. Dies kann mit gemeinsamer Ableitung hohen Fließwiderstands mit folgender Verzweigung sein. Damit gelangt bei Mehrzylinder der Schmierstoff jeweils in denjenigen Zylinder, in dem momentan der geringste Gegendruck ist; dh in PH4 bzw Psi .
Für die Bewegung des Kolbens im Zylinder ist ein enger Toleranz-Spalt. Bei Drehung' der Kurbel (betrachtet sei Rechtsdrehung) variiert die Pleuelstange mit einem (längen-abhängigen) Winkel um die Vertikale. Somit erhält der Druck auf den Kolben eine starke Seitenkomponente. Dies ergibt eine Druckseite und eine Spaltseite. Auf der Druckseite (bei Kompression P03 rechts, bei Expansion P36 links) ist der Kolben dicht an die ZylinderWand gedrückt, über welche er auf dem Schmieröl-Film gleitend verschoben wird. Jeweils gegenüber auf der Spaltseite ist der Toleranz-Spalt mit doppelter Breite offen.
Die Einfuhr des Schmierstoffs erfordert an der Einfuhrstelle einen kleinen Fließwiderstand. Eine glatte Gleitfläche des Kolbens schließt auf der Druckseite die Einfuhrstelle völlig, & macht auf der Spaltseite zu geringen Übergang in den Spalt falls der Übergang auf zu kleinem Umfang der Einfuhrstelle erfolgen muß.
Eine gute Einfuhr zwischen Kolben und Zylinderwand bewirkt jedoch - auf der rechten wie auf der linken Kolbenseite - in der Kolbenoberfläche je eine Verti- kal-Nute, zu welcher die betreffende Einfuhrstelle Zugang hat, solange der unterste Kolbenring oberhalb der Einfuhrstelle gleitet. Vorschlag für Gestaltungen : Die Vertikal-Nute reicht von nahe unter dem untersten Kolbenring bis knapp über das untere Kolbenende. Die schmale Nute reduziert die Gleitfläche nicht erheblich. Sie ist im ganzen Zyclus von der ZylinderWand bedeckt; beim Abgas- & Zuluft-Schlitz vom Mittelsteg. Absenkung des Drucks in der Nute auf den im Kurbelgehäuse, bewirkt ein von der Nute ins Kolbeninnere führende Loch, welches zugleich überschüssigen & verdampften Schmierstoff über die Pleuelstange in das Kurbelgehäuse führt und hierbei die Kurbelgelenke und das Lager schmiert. Die Unterring-Einfuhr ist : auf der Druckseite nur in die Nute; auf der Spaltseite auch (aus der Nute) in den Spalt. Der Übergang in den Spalt wird kinematisch unterstützt etwa durch Schlängelung der Nuten und etwa Einfuhrstellen mit je einem Paar v©cv:ηebeneinanderliegenden Öffnungen. Zweckmäßig sind die Einfuhr-Kanäle durch die Zylinderwand steil-schräg nach unten (Wand benetzung).
Der für die Einfuhr erforderliche Druck ist mit etwa einer Zahnradpumpe aufbringbar, die definiertes Volumen an Schmierstoff fördert, wobei zwangsläufig der durch die Fließwiderstände erforderte Druck eintritt. Die Fließwiderstände der Zuleitungen bestimmen die Verteilung. Geringer Fließwiderstand erhöht die Wirkung des Gegendrucks des PR-Gases (ggf bis Zurückd rückung des Schmierstoffs in die Zuleitung). Geringere Fließwiderstände vermindern die Überring-Einfuhr (ggf bis zum Verschwinden) und erhöhen die Unterring-Einfuhr. Vermutlich wirkt periodisches Eindringen von Abgas in Zuleitungen nicht schädigend und ist mit Rücksperre jedenfalls vermeidbar. Für die Konstruktion ist die Zweckmäßigkeit der Verteilung entscheidend. Bei Mehrzylinder fließt der Schmierstoff bei geringen Fließwiderständen mehr in den Zylinder, in welchem jeweils der geringere Gegendruck. Bei Einzylinder geht immer konstantes Vördervolumen ein. Jedoch - gemittelt - ist auch da Disproportionierung zwischen der Einfuhr auf der rechten und der linken Seite der Zylinderwand. Günstig bringt kleinerer Fließwiderstand mehr Schmierstoff auf die Expansions-Druckseite (links bei Rechtsdrehung).
Die Einfuhr ist praktikabel mit Schmierstoff-Umwälzung: über eine Umwälzpumpe aus der Lache in die Einfuhrstellen und am Kolben zurück in die Lache. Die Verlust-Deckung ist günstig über Zugabe von Kraftstoff, in dem Schmieröl enthalten ist. Es genügt ein geringer Anteil von Schmieröl im Kraftstoff, weil der Betrieb das Schmieröl in der Lache anreichert, indem dieses weniger verdampft. Vorteilhaft ist eine Zugabe des ersetzenden Kraftstoffs vor die Umwälzpumpe. Konstante Zugabe ist möglich, falls Absaugung der Spritz-Sprühung, weil diese bei wenig Erhöhung des Spiegels jäh ansteigt, was den Spiegel stabil einregelt .
Bei Verlust-Deckung mit Schmierstoff enthaltendem Kraftstoff, ist eine Re- zyclierung vorteilhaft, bei welcher Überschuß in den Kraftstoff-Zufluß zum Betrieb rezycliert wird. Rezyclierung ist ohne Kraftstoff-Verlust und Bilanz-Änderung. Sie zeugt aber zwei Probleme. Das Problem der Verzögerung (über das große Kurbelgehäuse laufend) ist umso weniger gravierend, je weniger Kraftstoff rezycliert (etwa 3%o bis 3% rezyclierender Kraftstoff dürfte nicht kritisch sein). Kritisch ist indes das Problem von Schwankungen in der Rezyclierung. Die Lache, aus der rezycliert wird, ist im Betrieb heftig bewegt (wellt & schwabbelt) , sodaß ein hinreichend gleichmäßiger Abzug - für Rezyclierung in den K-Fluss - problematisch ist. Ua dies Kontinuitäts-Problem löst ideal ein neues Doppelpumpen-System : Das neue Doppelpumpen-System hat zwei Zahnradpumpen mit gleichem oder ähnlichem Fördervolumen: EinfuhrPumpe E-Pumpe + UmfuhrPumpe U-Pumpe . Die Schmierung ist mit Schmierstoff aus einer Lache unten im Kurbelgehäuse .
Die E-Pumpe führt über Zuleitungen mit geeigneten Fließwiderständen den Schmierstoff in die Einfuhrstellen. Dieser Schmierstoff schmiert die Gleitflächen, wobei der nicht verlorene Anteil in die Lache gelangt. Die U-Pumpe zieht Schmierstoff aus der Lache und/oder Gas von über der Lache ab. Die U-Pumpe fördert diesen Abzug zum Eingang der E-Pumpe, in eine Zusammenführung mit einer Zuleitung aus dem Kraftstoff-Tank. An der Zusammenführung wird der ganze, von der U-Pumpe angelieferte Schmierstoff von der E-Pumpe angenommen & in die Einfuhrstellen gefördert. Von der U-Pumpe angeliefertes Gas wird jedoch nicht von der E-Pumpe angenommen, sondern abgeschieden; vor oder an der Zusammenführung perlt das Gas etwa in die vom Kraftstoff-Tank kommende Zuleitung.
Um das Gas-Volumen des von der U-Pumpe mit-angelieferten Gases, ist das angelieferte Flüssigkeits-Volumen reduziert. Die das volle Flüssigkeits-Volumen annehmende E-Pumpe nimmt somit zwangsläufig den Defizit aus der Kraftstoff-Zuleitung; also: genau was an Schmierstoff in der Schmierung verloren gegangen ist, nimmt die E-Pumpe als auffüllenden Kraftstoff aus dem Tank herein.
Das Doppelpumpen-System ist eine Umwälzung des Lachen-Schmierstoffs, mit Stabilisierung des Lachenspiegels auf einen Sollwert, den die Höhe des Abzug-Kanals aus dem unteren Kubelgehäuse bestimmt. Schmierstoff- Verlust wird durch Schmieröl enthaltenden Kraftstoff aufgefüllt. Die Konvergenz des Spiegel- Sollwerts integriert über viele Zyclen immer gleich; auch falls die U-Pumpe lange nur Flüssigkeit oder nur Gas annimmt. Lachen-Bewegungen sind kein Problem. Zugleich reichert das Schmieröl in der Lache dadurch laufend an, daß vornehmlich die flüchtigeren Anteile des Kraftstoffs in den K-Fluss geleitet sind. Diese Einleitung ist über die HD-Kanüle, welche im oberen Kurbelgehäuse ansetzt und nur Gas und Spray abzieht. Somit ist für den K-Fluss kein Diskontinuitäts-Problem.
Das Doppelpumpen-System wirkt ideal : Es ist immer - ab erster Zyclen - gleichviel Schmierstoff-Einfuhr in die Einfuhrstellen ; gleich bei jeder Höhe des Lachenspiegels (sogar falls unter dem Abzug) ; gleich bei jeder Einfuhr-Menge (ob EFv & UFv gleich 1% oder 9% vom DFv, sofern nötiges Minimum) ; gleich bei jedem Anteil Schmieröl im Kraftstoff (ob 1% oder 50% , weil anreichernd).
Es ist besonders geeignet für den PKM , der jegliche öle enthalten kann, die flüssig, brennbar und prozessierbar sind. Rohöl wäre etwa nur zu entschwefeln. Es ist unvergleichlich praktisch : wirkt sofort, auch bei niederer Temperatur und nach längsten Unterbrechungen; keine Anforderung an den Kraftstoff; kein Schmieröl zu tanken; laufend Selbstemeuerung, ohne Wechsel und Wartung . Start-Zündung und Temperatur- Regelung mit dem PKZ
Der ProcessKammerZuender PKZ : ein Peltierstrom gesteuerter Sperrschwinger. Der PKM zündet damit schon die ersten Zyclen, mit extrem niederer Anlaß-Arbeit. Der PKM regelt damit seine TK , eng um einen einstellbaren Sollwert (zB 8000C).
Der in die PK ragende Thermokontakt ist erhitzt vom PK-Gas und von den Sperrschwingungen, die bei Annäherung an die Soll-Temperatur selten werden. Falls etwa der PorenStrom mit selteneren Sperrschwingungen abfallend konstruiert ist, ergibt dies eine Regler-Schleife, mit der die PK- Temperatur TK einregelt.
Ein unterschiedlicher Leiter in einen elektrischen Leiter geschaltet, ergibt die Peltier-Spannung ungefähr proportional der Differenz der Kontakt-Temperaturen; abhängig vom Material : Metall-Kontaktpaare bis einige dutzend μV/A°C . Metall-Kontaktpaare dienen oft der Temperatur-Messung. Glühköpfe (ua zur Zündung von Gasen) werden oft im Sekundär-Kreis von Transformatoren aufgeheizt. Besonders beim PKZ : Im Sekundärkreis eines als Sperrschwinger betriebenen Transformators ist ein Thermokontakt mit relativ hohem Widerstand. Dieser Thermokontakt ist vom Wechselstrom des Sperrschwingers als Glühkopf aufgeheizt. Er ist aber auch aus der Umgebung erhitzt; konkret durch die PK-Temperatur TK . Der selbe Thermokontakt überlagert mit seiner Peltier-Spannung dem sekundären Wechselstrom einen Gleichstrom, der den Kern in die Sättigung magnetisiert. Ab einer kritischen Temperatur kann damit keine Sperrschwingung mehr starten : Kleine Temperatur-Zunahme bringt die Dauer-Schwingung auf Null-Schwingung.
Regelung der TK durch PKZ : mit der Frequenz der Sperrschwingungen, durch Steuerleistung etwa aus Brücken-Gleichrichter von der Primärwicklung. 1.Beispiel : über Strom-Drossel, die das PC-Gas im Nebenschluß zur P-Pumpe vermindert, indem durch sie ohne Steuerleistung wenig, mit steigender Leistung zunehmend PC-Gas zurückströmt. 2. Beispiel : über Strom-Drossel vom Ventil zur F-Pumpe, die A-Strom aus H-Strom abzweigt, indem durch sie ohne Steuerleistung viel, mit steigender Leistung weniger PC-Gas in den K-Fluss strömt.
Die die Heizleistung transformierenden Sperrschwingungen starten durch Selbsterregung etwa einer Transistor-Brücke aus Gleichspannungs-Quelle. Zur Vermeidung des Einrastens in Endlagen dienen Extraimpulse. Zur Zufuhr von zu erhitzendem Gas ist ein Thermopaar vorteilhaft, das als Spaltrohr konstruiert ist: etwa je halb in Ni +CrNi längsgespaltenes Rohr, das zum Kontaktkopf verengt.
Schon altbekannte Kontaktpaare reichen als Peltier-Kopf aus; sogar noch für einfache Kerne mit Reserven; zudem bis hohe Temperaturen arbeitend. Das vorgestellte PKZ-System sei konkret mit einer für PKW-Zündung geeigneten Konstruktion dargestellt: noch optimierbar, ist schon diese robust und preisgünstig. Der PKZ als Zünder für den PKM :
Der PKM arbeitet mit allen flüssigen Brennstoffen ; unabhängig von deren Viskosität und Vaporität. Es muß nur eine Pumpe die Brennflüssigkeit in die Pro- zessKammer fördern: zur Verdampfung und Prozessierung bei höherer Temperatur. Es ist aber eine für alle Flüssigkeiten sichere Start-Zündung zu erstellen; zB: Etwa oben Mitte des Processkammer-Domes ragt durch die dicke PorenWand ein Spaltrohr in das zu zündende Gemisch. Am Ende ist der auf über Zündtemperatur geregelte Thermαkontakt ; geeignet ua Thermopaar Chromnickel/Nickel :
0C Temperatur 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 mV Thermospg 49,o 45,2 41 ,3 37,3 33,3 29,2 24,8 20,6 16,4 12,2
Das Spaltrohr zündet als Glühkopf. Erhitzt-durchströmende Luft zündet besser. Etwas der durch die PorenWand gepumpten Luft strömt durch das Spaltrohr, das mit dünnem Luft-Kanal {<ΛA mm) zum Thermokontakt hin konisch verengt. 1 mg/s Luft wird von <% Watt auf >800°C aufgeheizt; immer sicher zündend.
Das Spaltrohr ist im Sekundärkreis des Transformators eines Sperrschwingers, mit Rückkopplung RK über die Induktivität des Transformators. Wird sein Kern höher gesättigt als ein Schwellpunkt, ist die RK stabil ; sonst ist die RK instabil. Der Peltierstrom JP treibt den Kern in die Arbeitssättigung. Der Gegenstrom JG entsättigt - nach Abschluß des Herlauf - approximativ gleitend zum Schwellpunkt. Schiebt JG nicht bis zum Schwellpunkt, so bleibt das System stabil in Ruhstand. Schiebt JG über den Schwellpunkt, so klingt das System instabil an zum Hinlauf : zur Gegensättigung. An dieser ist regulär Umschlag vom Hinlauf in Herlauf : zur Arbeitssättigung. An dieser ist regulär Abschluß mit Gleiten des Gegenstrom JG zum Wert des Stellstrom Js. Im Hin- wie Herlauf wird Leistung in den Sekundärkreis transformiert. In der Sättigung transformiert keine Spannung, womit kein Heizstrom JH , womit der Arbeitsstrom JA nur noch Magnetisierungsstrom JM ist. Falls hoher Gegenstrom, kann der Sperrschwinger in der Gegensättigung festfahren: zum Totstand . etwa triggert diesen ein Strom-Impuls - aus c-Entladung - zum Herlauf: über einen Widerstand r lädt eine Kapazität c bis ein Thyristor t zündet (in sich oder mit Zündvaristor). Ladestrom < Löschstrom des Thyristors t .
Der Heizstrom JH erhitzt den Thermokontakt (Haupt-Sekundärkreis-Widerstand): kontinuierlich (<800°C) oder intermittierend (=8Q0°C) oder ruhliegend (>800°C). Der Sperrschwinger hat höhere Leistung als für Heizung auf Sollwert (zB 8000C) nötig: zur schnellen Aufheizung (zB 5 W): für Zündung in ersten Kompressionen. Der laufende Betrieb ist intermittierend, mit Ruhdauern mehrfach der Laufdauer. Peltier-Thermopaar und Transformator-Kern :
Der Peltierpaar-Kopf muß hinreichend temperaturfest sein und bei der einzuregelnden Temperatur so hohen Peltierstrom liefern, daß damit das Kern- Material so hoch in die Sättigung magnetisiert, daß Stromänderungen hinreichend wenig Spannung induzieren : Kern-Material großer Permeabilität und scharfem Knick.
Schon das alte Chromnickel/Nickel-Paar liefert so hohe Peltierströme, daß der Sperrschwinger einfach & grob realisierbar ist. Dies CrNi/Ni-Paar ist bis 16000C einsetzbar. Es treibt schon mit 8000C - zB Vacoperm 100 - in so starke Übersättigung, daß sehr genaue Regelung möglich ist; zudem noch mit großer Reserve. Dies silizierte-Eisenblech geht mit ca 30 mA/Wd bei 0,74 Tesla jäh in Sättigung . Vermutlich reicht auch schon siliziertes Goss-Blech; etwa mit dem Kern PMz 47 .
Um Entwickler einzuführen (für Vereinfachung, Verkleinerung, Verbilligung) sei ein konkretes System gezeigt : mit robusten & unkritischen Schaltelementen für groben und sicheren Betrieb: 8000C & 6 Watt mit 0,15 mm Vacoperm 100. Es reichen jedoch für 8000C etwa <3/4Watt . Um einen genügenden Feldgradienten (etwa 200 Tesla/s) zu erzielen,. ist spezielles 0, 15 mm Goss-Blech ausreichend.
Das gezeigte System (Brücke) :
Trafo kern : mit 0,15 mm E-Schnitten joch-halboffen geschichtet: Vacoperm 100.
Breite 30 mm : Fenster 7 mm ; Mittelschenkel 6 mm ; Außenschenkel 5 mm .
Länge 36 mm : Fenster 16 mm ; Joche 10 mm ; ( E-Blechschenkel 26 mm ) . Parts P des Systems :
P' & P" Schwinger P* Regler PH Steller t, v, d, r, c Impuls Schaltelemente : T Transistor t Thyristor V bzw v Varistor
D bzw d Diode R bzw r Widerstand in Ω C b∑w c Capazität in nF Transistoren mit etwa 100-facher Strom-Verstärkung, wovon nur 20-fach genutzt Windungen : Heizkreis H = 1 Primär W=40 Sekundär W =W" =20
Spannungen : Auto-Batterie 12 V ; angesetzt als : + 6 V & - 6V
Spannung U' an W bei R2' Spannung U" an W bei R21' Ströme in Heizwicklung H : JP Peltierstrom Jw Heiz-Wechselstrom Ströme in Primärwicklung W :
Thermostrom JT ca JP mal H/W (von JP bestimmtem JG-Schwellwert) Heizstrom JH = Jw mal W/H (Jw effektiver H-Wechselstrom in W)
Magnetisierungsstrom JM (in W der Wechsel-Magnetisierungsstrom) Arbeitsstrom JA = JH + JM (Gesamt-Wechselstrom in W)
Gegenstrom JG (der JT entgegen-magnetisierende Gleichstrom)
Stellstrom Js (max-JG : eingestellt zur Temperatur-Regelung) Betrieb :
Effektivspannunq an W : >1O V ; zur Transformation auf H mit 25 mV . Heizkreis R == 10 mΩ : Spaltrohr 8 mΩ ; sonst 2 mΩ (Wicklung + Leitung)
Der Heizkreis-Widerstand R ist besondere Aufgabe für Entwickler. R = 10 mΩ ergibt Heizkreisleistung NH = 6,25 Watt ; 5 W am Thermokontakt.
NiCr/Ni-Thermopaar bei 8000C mit 32 mV ; daraus Peltierstrom 3,2 A . Somit : Arbeitsstrom JA <700 mA Stellstrom Js = 80 mA
Kernquerschnitt 50 mm2 (unter Fenster). Magnetisierungs-Länge 18 mm (nur auf 16 mm Sättigung; schon <1 mm im Joch keine Sättigung mehr) Peltier-Erregung 1 ,8 A Wd/cm ; Im Verhältnis zur Sättigungs-Erregung:
60-fach zu Vacoperm 100 (0,74 Tesla); 6-fach zu Spezial-Goss (1 ,8 Tesla).
Hin- oder Herlauf : durch 2 mal 0,74 Tesla auf ΛΛ> cm2; damit 7400 Mx (Maxwell). Dies sind ca 1 mVs/Wd . Auf 40 Wd mit 10 V : Hin- = Her-Dauer 3 ms.
Dauer von Hin- + Herlauf = Laufdauer 6 ms ( adäquate Frequenz Ve kHz ).
Anklingung (μs) : WT-T-RK > 1 ; Schwellpunkt bei steilerer Magnetisierung mit JT etwas größer, wenn C« kleiner & schnelleres Anklingen ; --Hinlauf Hinlauf (3 ms) : JG - O weil V*(5V) >U' & D* sperrt ; -• Gegensättigung Umschlag (μs): C & C" kleiner möglich falls jäher in die Sättigung ; -Ηerlauf Herlauf (3 ms): JG =0 weil zwar U'<-5V doch D* absaugt ; -Αrbeitssättng. Abschluß (μs): JG =0 ; D' & D" blockt Hinlauf ; -Gleiten mit U"(4 μs) —4V Gleiten (90 μs): JG gleitet zum Schwellpunkt : 0 bis Js (R*C*) ; alternativ :
Anklinqunα falls Js>Jτ (<800°C) ; Verweil in Ruhstand falls Js≤ JT (>800°C).
Ende Rücklauf, Gleiten in Ruhstand: Stellwiderstand RG stellt mit Vα in T** const Stellstrom Js , der kurzzeitig (30 μs) C* entlädt . Mit R*C* verzögert (90 μs) nimmt T* den Strom Js auf, bis TY Strom Js übernimmt. Falls Jτ≥ Js , kommt U" - von -4V steigend - bei ca OV zur Ruhe. Falls Js>Jτ startet die Anklingung.
Strom-Impuls triggert bei Totstand zum Herlauf (bei Ruhstand wirkungslos) : Widerstand r lädt Kapazität c (zB VA S) . Bei Spannung u (zB 6V) am Thyristor t zündet dieser: Impuls über c auf T2'. Hinlauf entlädt c über Varistor v & Diode d .
Der PKZ ist konkret für Startzündung & Bereithaltung von Motoren dargestellt. Die angegebenen Richtwerte sind experimentell-variierend zu ermitteln. Die Zahl der Schwingungen ist repräsentativ für die Raum-Temperatur, die damit regelbar ist. Der PKZ ist für Vieles mit jeder Leistung geeignet; von Milliwatt bis Kilowatt.
B e z e i c h n u n g e n
Die Figuren 1 bis 9 sind nur schematisch zur Erklärung des Prinzips. Keine Werk-Zeichnungen. Zur Verdeutlichung nicht maßstäblich.
Fig 10 & 1 1 : mit internationalen Bezeichnungen & konkreten Werten.
Positionen der Kolben-Druckfläche als jeweils untere Pressraum-Grenze
Po Anfang des Zyclus (Kolben-Tiefststand) = Pβ Ende des vorigen Zyclus
Pi Anfang der Kompression (PR-Schließung) Ende Abgas/Zugas-Wechsel
PH Anfang des Kontaktes des Kolbens mit dem Ventil Kolben-Aufsetzung
P2 Anfang der Hebung des Ventil-Kopfes & Anfang des Vorschuß, der bis PG
PG Ende des VorSchuss (Gleichheit pR=pκ) , Anfang des ReturSchub in die PK
P3 Kulmination (Kolben-Höchststand pR-maχ) maximale Hebung des Ventils
P4 Schließung des Ventils durch Kolben- Ab Setzung Anfang der Expansion
Ps Ende der Expansion und Arbeitsphase Anfang Abgas/Zugas-Wechsel
Pδ Ende des Zyclus (Kolben-Tiefststand) = Po Anfang des nächsten Zyclus PK ProcessKammer zur Prozessierung, dh Aufbereitung des Kraftstoffs PW PorenWand um die PK . Durch diese geht der PorenStrom in die PK DW DruckWand. Die DW schließt die PW und PK ein: hält den PK-Druck TW TrennWand untere TW-Fläche als immer obere Press räum -Grenze ZW ZylinderWand mit ZW-I nnenf lache, welche den PressRaum begrenzt PR PressRaum eingeschlossen von ZW, TW und Kolben-Druckfläche Kolben-Druckfläche (PR-Grenze): solang Ve offen, PR als BrennRaum BR Ventil Ve Kopf im Ventil-Bett dichtend ; Hebung für Transitstrom PK/BR Öffnungen TO in der TrennWand TW; über Ve-Spalt : Transitstrom PK/BR Ventil-Gleitfläche als -Hals im TW- Ventil-Bett bzw als -Zylinder in DW Kraftstoff-Leitung vom Tank zur Pumpe (Kraftstoff- bzw Schmierstoff-Pmp) Kraftstoff-Einleitung in die PK (etwa: über Ventilrand bzw in DW-Ringnute) Ableitung des PC-Gas aus VβT , mit optimierbarem Teil-Volumen Va Rücksperre ; verhindert Rückfluß des ProcessGases in den PressRaum Windkessel ; Aufladung mit Gas aus V3T (nahe auf p3T) über Rücksperre Zuleitung des Gases für den PorenStrom zur PW (evt über P-Pumpe) Kanäleraum Raum der Kanäle in der PW zur PorenStrom-Zufuhr in PW A-Stromleitung zum K-Fluss in die PK ; ggf VentilStrom (mit evt A-Strom) HD-Kanüle Hinter der D-Pumpe ; saugt Gas aus dem Kurbelgehäuse an Zufuhr-Schlitz für Zufuhr von Zuluft in Psi ; vorteilhaft aus Turbo-Lader Abfuhr-Schlitz für Abfuhr von Abgas in P51 ; eventuell zum Turbo-Antrieb Zwischenstege zwischen den vertikalen Teilschlitzen für Zuluft bzw Abgas Federung des Ventil-Halses; etwa Teller- oder Schlitz- oder Spiral-Feder KopfWand KW PorenWand im Ventil-Kopf für VentilStrom zur PK Thermopaar-Spaltrohr von Sperrschwinger (Startzündung, Regelung) Drossel Fluss-Drossel oder Strom-Drossel (TK bzw pκ-Regelung) ProcessPumpe (P-Pumpe), fördert PC-Gas auf Druck>pκ (Zahnrad) Kraftstoff-Pumpe für K-Fluss in die PK (ggf mit Drossel als Fluss-Drossel) DosisPumpe (D-Pumpe) | 30 FlussPumpe (F-Pumpe) Schmier-Einfuhr-Pumpe j 32 Schmier-Umfuhr-Pumpe Einfuhrleitung und Einfuhrstelle für Schmierstoff an die ZW-Innenwand Umfuhrleitung und Umfuhrstelle für Schmierstoff aus dem Kurbelgehäuse VZ Ventilzylinder in der DW gleitender Zylinder des Zylinderventils AZ Aufzylinder sitzt auf dem VZ mit recht verengtem Querschnitt Blaslöcher A-Strom - durch den AZ in den VZ - bläst K-Fluss in PK Ventil-Kegeldichtung öffnet und schließt den Transitstrom PK/BR RR Ringraum von der DW über der VZ/AZ-Verengung geschlossen Auslaß für Ausstrom aus RR mit folgend Einstrom von Gas pA>pκ .

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e
1. Wärmekraftmotor mit Kolben, bei welchem im Kulminationsbereich Brennstoff aus einer Vorkammer durch ein Ventil über den Kolben kommt, zur Verbrennung in der vom Kolben komprimierten Zuluft , dadurch gekennzeichnet , daß durch eine dichte und kompakte TrennWand TW (4) mit eingebettetem Ventil Ve (8) vom PressRaum PR (6) getrennt, eine ProcessKammer PK (1 ) angeordnet ist, in die langphasig (etwa kontinuierlich) mit mindestens einer Einleitung (11) flüssiger Kraftstoff eingepresst ist, welcher in dem schon in der PK enthaltenen PK-Gas zu Brennstoff (Gas, ggf mit Qualm + Ruß) processiert, wobei dieser Brennstoff permanent unter hohem Druck auf Processtemperatur steht, und zudem die PK für mindestens zwei Zyclen schon processierten Brennstoff enthält, und daß das Ventil (8) im Kulminationsbereich des Kolbens geöffnet ist und dadurch Brennstoff von der ProcessKammer PK (1) in den PressRaum PR (6) zur dortigen Verbrennung strömt, zudem dadurch gekennzeichnet , daß eine WaermeWand WW (2) den prozessierenden Innenraum der ProcessKammer (1 ) umschließt und diese WaermeWand (2) seitlich und oben von einer kompakten DruckWand DW (3) eingeschlossen ist, und daß diese WaermeWand WW (2) gasdurchlässig ist mit Poren, als Wege für Sauerstoff-überbilantes, pro- cessierendes Gas in όen processierenden Innenraum der ProcessKammer (1) .
2. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil ein in der DW mit Gleitsitz gleitender Hohlzylinder ist, der unten mit dem in der TW dichtenden Ventilkegel abschließt, daß die Gleitführung unten knapp über dem Kegelansatz endet und zur PK mit der WW abgedeckt ist, daß der Ventilzylinder etwa von halber Höhe bis über den Kegelansatz Nuten (für die Zuführung von Kraftstoff) enthält, die je über einer Durchführung zum Inneren des Ventilzylinders (für die Einblasung des Krafstoffs in die PK) liegen, daß der Ventilzylinder am oberen Ende in einen in der DW gleitenden, hohlen Aufzylinder mit geringerem Querschnitt übergeht, wobei die DW über der Verengung zum Aufzylinder einen Ringraum für Aus- und Einstrom von Gas schließt.
3. Wärmekraftmotor nach Anspruch 2 . dadurch gekennzeichnet, daß das Zylinderventil durch geringen Gasdruck im Ringraum gehoben ist, und durch hohen Gasdruck im Ringraum gesenkt ist, etwa mit Gas-Ausstrom bzw -Einstrom.
4. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in der TW mit seinem Ventil-Kegel dichtet und mit seinem Ventil-Hals gleitet und daß das Ventil an seinem gefederten Ventil-Fuß vom Kolben gehoben ist.
5. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß das Ventil in der TW mit seinem Ventil-Kegel dichtet und Ventil-Hals gleitet, und daß ie TW im kegeligen Ventil-Bett Öffnungen zum PressRaum besitzt und unter dem Ventil-Fuß einen Raum abschließt, über den das Ventil hydraulisch gehoben ist ; etwa mit Kraftstoff als Medium, etwa mit Piezo- oder Magnet-Elektrik getätigt.
6. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß der Kraftstoff - vorzugsweise durch Zahnrad-Pumpe - in die ProcessKammer PK (1) gepumpt ist, wobei diese Pumpe zweiteilig ist: als eine die Kraftstoff-Dosierung bestimmende DosisPumpe (29), und darauf folgend eine das Druckgefälle pumpende FlussPumpe (30) mit mehrfachem Fördervolumen der DosisPumpe (29), wobei eine Kanüle (19) hinter die DosisPumpe Niederdruck-Gas zuführt.
7. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß eine als Zahnradpumpe konstruierte ProcessPumpe (27) ProcessGas auf Druck größer als PK-Druck fördert und in die ProcessKammer (1) drückt - als W-Strom durch die WaermeWand (2) um die ProcessKammer und evt als A-Strom zum K-Fluss durch ggf Blaslöcher im Zylinderventil oder durch Zuleitung hinter der F-Pumpe - und daß eine Strom-Drossel im Nebenschluß das PC-Gas über Rückstrom stellt.
8. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß proces- sierendes Gas aus jedem Zylinder über Ableitung Va aus V3T abgeleitet ist und über Rücksperre (33), Rückschlag-Ventil oder Hahn-Welle, zum für alle Zylinder gemeinsamen Eingang der P-Pumpe strömt, wo es etwa die Hälfte der P-Zahnlu- ken der als Zahnradpumpe konstruierten P-Pumpe auf fast den PK-Druck lädt.
9. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß in ein- nem Doppelpumpen-System - EinfuhrPumpe (E-Pumpe) und UmfuhrPumpe (U- Pumpe) ähnlichen Fördervolumens - die E-Pumpe, aus einer Zusammenführung einer vom Kraftstoff-Tank und von der U-Pumpe herführenden Zuleitung, Schmierstoff durch Einfuhrstellen in der ZylinderWand (5), zwischen ZylinderWand und Kolben einführt, und unverbrauchter Schmierstoff einer Lache im unteren Kurbelgehäuse zufließt, wobei die U-Pumpe darin überständigen Schmierstoff in der Zu- sammenfύhrung zur E-Pumpe fördert, für Wieder-Förderung in die Einfuhrstellen.
10. Wärmekraftmotor nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß ein aus einem Thermopaar bestehender, in die ProcessKammer (1) geführter Kopf, über einen mit dem Thermostrom zur Sättigung getriebenen Magnetkern eines Sperrschwingers bei Start oder Bereitschaft zündet und/oder die Temperatur regelt.
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