WO2017146598A2 - Aktive verbrennungskammer eines kolbenmotors und verfahren zur übertragung von wärme in der aktiven verbrennungskammer - Google Patents

Aktive verbrennungskammer eines kolbenmotors und verfahren zur übertragung von wärme in der aktiven verbrennungskammer Download PDF

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    • F02B77/00—Component parts, details or accessories, not otherwise provided for
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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02—COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02F—CYLINDERS, PISTONS OR CASINGS, FOR COMBUSTION ENGINES; ARRANGEMENTS OF SEALINGS IN COMBUSTION ENGINES
    • F02F3/00—Pistons 
    • F02F3/10—Pistons  having surface coverings
    • F02F3/12—Pistons  having surface coverings on piston heads

Definitions

  • the invention relates to the active combustion chamber of a reciprocating engine and to a method for transferring heat in the active combustion chamber in the period of a single engine operating cycle.
  • a piston engine disclosed in Japanese Patent Application No. JP2007239509 has a material for insulating and accumulating heat attached to parts or the entirety of the side wall of the combustion chamber, the piston being made of an alloy. which contains magnesium as the main ingredient.
  • a heat insulating combustion chamber and a process for its production are known from European Patent Publication No. EP0313340.
  • the combustion chamber is provided with a surface layer of integrated structure which faces the combustion chamber.
  • the layer is applied to the lower surface portion of the cylinder head and the upper portion of the cylinder liner, wherein the layer of a thin layer of ceramic material, which has the least possible thickness, and a heat-insulating device is made.
  • the heat insulating layer is made of a porous carbon structure placed between the cylinder head lining and the thin layer so as to improve the thermal conditions of the combustion chamber.
  • the insulating thin layer which is heated to a high temperature, is made of a material having a low heat capacity, wherein the efficiency of the intake stroke of the engine and the efficiency of the cycle undergo an improvement.
  • the resistance of the thin film decreases as a result of a reduction in the thickness of the ceramic material; Reinforcement of the layer takes place through partitions in the form of a grid, which are placed in the heat insulating layer of a porous carbon structure and support the thin layer, wherein common parts of the thin layer and the partition walls are permanently connected to each other.
  • the thin layer is made of silicon nitride.
  • the process for producing the thermal insulation of the combustion chamber comprises the following steps: Forming a cylinder head lining, consisting of the formation of a lower surface portion of the cylinder head made of ceramic material and forming an upper part of the cylinder liner made of ceramic material, wherein partitions are formed in the form of a grid of ceramic material, filling the gap between the partitions with carbon powder, polishing the Inner surface of the partition walls, which include carbon, and applying ceramic material in a chemical vapor deposition method to the polished inner surface of the partition walls, which include carbon, whereby the layer is connected to the partitions.
  • Inserts are an integral part of the combustion chamber equipment or may be separate components connected to the equipment. If the inserts form separate components, they can be connected to the combustion chamber unit by gluing, brazing or brazing methods or by means of screws, pawls or other fastening mechanisms. Inserts may have a coating applied to components of the combustion chamber equipment.
  • the insert is made of material selected from the group of boron nitride, aluminum nitride, silicon nitride, graphite, graphene, carbon, beryllium oxide, magnesium oxide, alumium boride, carbon and boron, carbon and silicon, carbides and nitrides, silicon carbide, silicon boride and combinations of these materials or others Materials which have similarly suitable thermal properties is selected.
  • platelets have the synthetic characteristics of a matrix of crystals that are adapted to heat retention. Inserts may contain microscopically thin layers of different materials selected with particular thermal properties, such as graphite or graphene, which are low density and relatively high thermal conductivity materials. Layers may be connected to a cooling or heating source to increase the conductivity.
  • combustion chamber unit may include sensors and / or components for detecting and transmitting combustion chamber characteristics and events such as temperature and pressure, as well as for returning data to a control unit.
  • Such feedback allows unusually rapid and adaptive adjustment to desired factors and characteristics of fuel injection, fuel delivery pressure, retarded fuel injection, combustion chamber pressure and / or temperature synchronization, spark timing, and other parameters.
  • German Patent Specification No. DE1 1203 1 102782 discloses an oxide layer formed by anodizing for internal combustion engines and a method for the production thereof.
  • the insulating oxide film of low heat capacity and low thermal conductivity is applied to the entire surface of the walls of the combustion chamber facing the interior of the combustion chamber or to a part thereof.
  • a compact barrier layer is applied to the combustion chamber on which a porous layer is formed consisting of hollow, upright columns in the center.
  • the porous layer has a microstructure with 15% to 40% voids formed inside the columns as well as in the spaces between the columns, the ratio of the diameters of the holes in the columns to the diameters of the columns being in the range of 0.3 to 0.6.
  • the porous layer is closed by a thin sealing layer.
  • the thickness of the oxide layer is 100 ⁇ to 500 ⁇ , and it can be made of alumite.
  • the oxide layer in the working cycle "pendulum” changes the temperature of its surface in proportion to the temperature of the gases in the combustion chamber, and the temperature differences and heat losses are lower, resulting in a 5% improvement in fuel consumption Exhaust rises 15 ° C, resulting in faster disintegration of nitrogen oxides in the course of their deactivation, whereas an oxide layer greater than 500 ⁇ would begin to accumulate even heat, which is unfavorable for fuel economy known cooling systems of piston internal combustion engines regulate the average temperatures of the engine block, which causes the combustion chamber contents through successive operating cycles of the internal combustion engine without distinguishing the thermal requirements in the individual phases of the single cycle in the individual combustion chamber in is cooled in the same way.
  • Time constants of the external control system are at least several tens of seconds, whereas thermal changes occur in milliseconds in a single engine operating cycle.
  • the contents of the combustion chamber are also cooled after combustion of the mixture, and a part of the thermal energy obtained from the fuel, which is comparable to the outgoing mechanical energy, is supplied from the combustion chamber contents of the external cooling system.
  • internal energy of the combustion chamber contents in the power stroke is adjusted by dissipating excess heat to the outside.
  • a piston engine which is known from German Patent No. DE 421004, made of the thinnest possible sheet metal with minimum heat capacity casings for protecting the walls of a combustion chamber from combustion gases.
  • the sheet metal casing is attached to a metal mesh, so that an insulating air gap is formed between the casing and the wall of the combustion chamber.
  • the casings are attached to the head or the piston crown with rings, which allow a free thermal expansion of the casings.
  • the mounting rings have bent outer edges so that an air gap is created between the bend and the inner surface of the cylinder.
  • the core of the active combustion chamber according to the invention is that inside the combustion chamber there is at least one thermal buffer adjacent to the combustion chamber contents and thermally separated from components of the combustion chamber.
  • the thermal buffer is made of a compact material whose volumetric specific heat capacity is greater than 1.1 J / cm K and whose thermal conductivity is greater than 0.1 cm 2 / s.
  • the thermal buffer is optionally made of material having the properties of zeolite and advantageously zeolite.
  • the thermal buffer has geometrical dimensions and is made of a material such that the value of the total thermal capacity of the thermal buffer is in the range of 100% to 650% of the value of the heat portion taken from the combustion chamber contents the heat input received in the combustion chamber contents is in the range of 5% to 90% of the energy supplied to the combustion chamber contents in a single engine operating cycle.
  • the thermal buffer is placed in the upper working space of the combustion chamber and in particular in the peak temperature zone of the combustion chamber contents, the upper working space being above the separating surface which is parallel to the geometric base of the combustion chamber and defined by the position of the piston head at an angular position of the crankshaft which is equal to the separation rotational angle at which the value of the temperature of the combustion chamber contents has a value which is equal to the separation temperature, wherein the separation temperature is equal to the average temperature of the combustion comb he content in the power stroke.
  • the thermal buffer is thermally separated from components of the combustion chamber by a thermal insulator.
  • the thermal buffer is applied to the side wall of the combustion chamber and integrated with its smooth inner surface and / or the thermal buffer is applied to components of the head of the combustion chamber and / or to the interior of the combustion chamber facing side of valve plates.
  • the thermal buffer is made in the form of at least one layer deposited on internal components of the combustion chamber with at least one layer of thermal insulator placed between components of the combustion chamber and layers of the thermal buffer.
  • the thermal buffer is produced in the form of at least two layers, these layers being made of materials having different thermal and / or mechanical properties.
  • At least one layer of the thermal buffer has a variable thickness.
  • At least one layer of the thermal buffer is made of composite material, in particular of biphasic composite material, in which buffer media are introduced into a ductile binder.
  • the buffer grains are in the form of nanotubes of circular or hexagonal cross-section, the bases of which are directed to the combustion chamber contents, the nanotubes being made of material selected from the group tungsten and tungsten heavy alloys W-Ni. Fe or W-Cu-Ni in which the tungsten halogen is more preferably 90% to 98%, and the ductile binder is a metal selected from the group of Ni and its alloys Ni-Fe, Ni-Cu and Co ,
  • the thermal buffer is made of a perforated plate, advantageously a grid, with the thermal buffer placed over a recess in the head of the combustion chamber.
  • At least one buffer element made of a foil containing at least two layers of which at least one top layer is a thermal buffer layer, at least one middle layer is a thermal insulator layer and at least one is provided inside the combustion chamber lower layer is a binder layer, wherein the binder layer is made in particular of thermally insulating material.
  • the buffer element has a shape which is adapted to the components of the combustion chamber to which it is applied.
  • the surface of the thermal buffer adjacent to the combustion chamber contents has a color and a structure adapted to the absorption of light energy released from the ignited mixture.
  • the thermal buffer has an extended surface adjacent to the combustion chamber contents, this surface being frosted.
  • the thermal buffer has an extended surface adjacent to the combustion chamber contents, said surface being porous.
  • the thermal buffer has an extended surface adjacent to the combustion chamber contents, which surface is embossed and, in particular, corrugated.
  • the combustion chamber is provided with a screen for adiabatic conversion, which is arranged in particular around the peak temperature zone, the zone of intensive conversion and optionally the final temperature zone.
  • a heat-conductive, externally-heated wall is mounted within the combustion chamber above the peak temperature zone, the externally-heated wall being advantageously mounted in the side wall of the combustion chamber and / or in the head of the combustion chamber, the externally heated wall having heating channels, the entrance to the heating channels through Exhaust passage is connected to the exhaust of a second combustion chamber and the output from the heating channels is connected to the exhaust of the engine and wherein the exhaust passage is in particular equipped with an exhaust valve.
  • the externally heated wall is advantageously thermally insulated from the thermal buffer by a thermal insulator.
  • the externally heated wall and the thermal buffer are interlocked, with the boundary between the externally heated wall and the thermal buffer being in particular undulating.
  • the externally heated wall and the exhaust passage of components of the combustion chamber are thermally separated.
  • the externally heated wall has heating channels having an expanded inner surface adjacent to exhaust gases, the inner surface of the heating channels advantageously being porous.
  • the thermal buffer has geometric dimensions and is made of a material such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer in the non-stationary state as long as or shorter than the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of 360 ° advantageously covers a path corresponding to a crankshaft rotation angle from the top dead center of the piston to the position at the separation rotation angle.
  • the thermal buffer is made of a metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, titanium, chromium, tantalum, nickel, platinum, rhenium, beryllium, vanadium and their alloys or superalloys, aluminum alloys and iron alloys.
  • a thermally conductive, externally cooled wall is mounted, wherein the externally cooled wall is advantageously mounted in the side wall of the combustion chamber, the externally cooled wall having cooling channels, the inflow to the cooling channels being connected to a cooling pump via a cooling duct via a cooling valve and the outflow from the cooling ducts being connected to the return flow of the cooling system, the combustion chamber further having between the externally cooled wall and the bottom dead center of the piston an adiabatic conversion shield disposed about the combustion chamber.
  • the externally cooled wall is air-cooled.
  • the thermal buffer is placed in the lower working space of the combustion chamber, advantageously in the final temperature zone of the combustion chamber contents, the lower working space being below the separation area which is parallel to the geometric base of the combustion chamber and determined by the position of the piston head at an angular position the crankshaft, which is equal to the separation rotation angle at which the value of the temperature of the combustion chamber contents has a value which is equal to the separation temperature, wherein the separation temperature is equal to the average temperature of the combustion chamber contents in the power stroke.
  • the thermal buffer has geometric dimensions and is made of a material such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer in the non-stationary state as long as or shorter than is the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of 360 °, advantageously travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of the position at the separation rotation angle to the bottom dead center of the piston.
  • the thermal buffer is made of material having the properties of zeolite, advantageously of zeolite, the combustion chamber being equipped with a charge humidifier, which is advantageously arranged in the intake system of the engine.
  • the thermal buffer is arranged in the final temperature zone, wherein in the position of the piston at top dead center, at least a part of the Surface of the thermal buffer adjacent to oil or oil mist in the crankcase of the engine.
  • At least one thermal buffer adjoining the combustion chamber contents is applied to the piston head.
  • the thermal buffer in the form of a perforated plate, advantageously a grid, mounted over depressions in the piston crown.
  • the thermal buffer has the shape of a flat ring.
  • a combustion chamber ring inserted between the piston and the head is a combustion chamber ring provided with a support into which a collar is inserted, the surface of the combustion chamber ring adjacent to the combustion chamber contents being covered with at least one active layer at least one of which is a thermal buffer forms.
  • active layers applied to the support form the collar.
  • the wreath is perforated.
  • the garland is in the form of a net and / or a grid, in particular of vertical thin walls, which is introduced into the support.
  • the ring between the support and a frame which is in particular oval, introduced.
  • the collar is stiffened with radially oriented arms.
  • edges of the combustion chamber ring are round.
  • the support is adapted in play adaptation to the cylinder, wherein the outer diameter of the support is smaller than the inner diameter of the cylinder and the diagonal of the axial section of the support is greater than the inner diameter of the cylinder.
  • a layer of a thermal insulator with a low Reibungskoeffiz ients is applied to the adjacent to the smooth inner surface of the cylinder surface of the support.
  • the support has upper shock absorbers and / or lower shock absorbers.
  • the rim has radially aligned blades with geometric surfaces of the blades set at an angle of attack to the ring axis, and / or blades, wherein at least two blades producing rotational forces with a direction independent of the flow direction are chords parallel to the geometric ring axis
  • a grid and / or a net is attached to blades and / or wings of the ring, wherein the net is reinforced in particular by a frame.
  • the support is a resilient ring.
  • the support is a corrugated and in particular resilient ring.
  • the support is a resilient plate-shaped ring.
  • the combustion chamber ring is connected by head connectors to the head, wherein in particular on the head adjacent surface of the support, a layer of a thermal insulator is applied.
  • the head connectors are connected by press and / or dowel and / or screw to the head.
  • the head connectors are glued to the head.
  • combustion chamber ring is connected by piston connectors to the piston.
  • the piston connecting pieces are connected by pressing and / or dowelling and / or screw connection with the piston, wherein in particular on the piston adjacent surface of the support, a layer of a thermal insulator is applied.
  • the piston connectors are glued to the piston.
  • the combustion chamber ring is made of light metals or their alloys or superalloys, in particular of magnesium or aluminum or their alloys or superalloys, to which active layers are applied.
  • At least one active layer is an insulator layer made of a material having a low thermal conductivity and a low volumetric specific heat capacity.
  • the insulator layer is applied to the inner surface of the support and / or on the frame.
  • the insulator layer is made of porous oxides, in particular of oxides of aluminum or its alloys produced by anodizing, which are closed at the surface by a thin sealing layer.
  • At least one active layer contains catalysts, in particular platinum.
  • the essence of the method according to the invention is that between successive engine operating cycles in a buffering cycle, excess heat portions are transferred from the combustion chamber contents to a new combustion chamber contents and then, in the engine operating cycle, heat is supplemented within the new combustion chamber contents with a heat portion obtained from the combustion of the mixture wherein at least one thermal buffer adjoining the combustion chamber contents and thermally separated from components of the combustion chamber is placed inside the combustion chamber and the location where the thermal buffer is mounted is determined according to the zones of thermal action on the combustion chamber contents,
  • the thermal buffer is made of compact material whose volumetric specific heat capacity is greater than 1, 1 J / cm 3 K and whose Temperaturleitiere greater than 0, 1 cm 2 / s
  • the thermal buffer optionally made of material having the properties of zeolite and advantageously of zeolite
  • the thermal buffer is further geometric
  • the buffering cycle that is, the cycle of heating and cooling the thermal buffer, begins from top dead center of the piston, which opens the power stroke, and ends at top dead center of the piston, which completes the compression stroke of the next engine operating cycle.
  • the thermal buffer is placed in the upper working space of the combustion chamber, advantageously in the peak temperature zone of the combustion chamber contents, the upper working space being above the parting surface which is parallel to the geometric base of the combustion chamber and defined by the position of the piston head of the piston at one Angular position of the crankshaft, which is equal to the separation rotational angle, wherein the value of the temperature of the combustion chamber contents has a value which is equal to the separation temperature, wherein the separation temperature is equal to the average temperature of the combustion chamber contents in the power stroke.
  • the thermal buffer is thermally separated from components of the combustion chamber by a thermal insulator.
  • the thermal buffer is applied to the side wall of the combustion chamber and integrated with its smooth inner surface.
  • the thermal buffer is applied to components of the head of the combustion chamber and / or to the interior of the combustion chamber side facing the valve plates.
  • the thermal buffer is made in the form of at least one layer applied to internal components of the combustion chamber, with at least one layer of thermal insulator being interposed between components of the combustion chamber and layers of the thermal buffer.
  • the thermal buffer is produced in the form of at least two layers, wherein these layers are produced from materials having different thermal and / or mechanical properties.
  • a thermal buffer is placed in the combustion chamber which is made in the form of a perforated plate, advantageously a grid, with the thermal buffer placed over a recess in the head of the combustion chamber.
  • At least one buffer element made of a foil containing at least two layers, at least one top layer of which is a thermal buffer layer, at least one middle layer is a thermal insulator layer and at least one is placed inside the combustion chamber lower layer is a binder layer.
  • the binder layer is made of thermally insulating material.
  • a thermal buffer is placed in the combustion chamber whose surface adjacent to the combustion chamber contents has a color and structure adapted to the absorption of light energy released from the ignited mixture.
  • a thermal buffer is placed in the combustion chamber, which has an extended surface adjacent to the combustion chamber contents, this surface being frosted, or this surface being porous or embossing, or in particular being given a corrugated shape.
  • the combustion chamber is shielded by a shield for adiabatic conversion, which advantageously around the Peak temperature zone, the zone of intensive conversion and optionally the final temperature zone is arranged around.
  • a thermally conductive, externally heated wall is mounted within the combustion chamber above the peak temperature zone, the externally heated wall being advantageously mounted in the side wall of the combustion chamber and / or in the head of the combustion chamber, heating channels being produced in the externally heated wall, with which a heating medium, advantageously Exhaust gases from a second combustion chamber, is supplied, wherein the combustion chamber contents is heated by a heat portion from the second combustion chamber.
  • the externally heated wall is thermally insulated from the thermal buffer, advantageously by a thinned insulator.
  • the thermal buffer is made of a material and of geometric dimensions such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer in the non-stationary state as long as or shorter than the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of 360 ° advantageously covers a path corresponding to a crankshaft rotation angle from the top dead center of the piston to the position at the separation rotation angle.
  • the thermal buffer is made of a metal selected from the group consisting of tungsten, molybdenum, titanium, chromium, tantalum, nickel, platinum, rhenium, beryllium, vanadium and their alloys or superalloys, aluminum alloys and iron alloys.
  • a thermally conductive, externally cooled wall is mounted within the combustion chamber above the peak temperature zone, the externally cooled wall being advantageously mounted in the side wall of the combustion chamber, cooling channels are produced in the externally cooled wall, with which a coolant, advantageously air, is supplied.
  • the thermal buffer is placed in the lower working space of the combustion chamber, advantageously in the final temperature zone of the combustion comb content, the lower working space being below the combustion chamber Separation surface parallel to the geometric base of the combustion chamber and defined by the position of the piston crown at an angular position of the crankshaft equal to the separation angle at which the value of the temperature of the combustion chamber contents has a value equal to the separation temperature; wherein the separation temperature is equal to the average temperature of the combustion chamber contents in the power stroke, wherein when the piston crown of the piston moves in the final temperature zone, a heat portion is removed from the combustion chamber contents, ie exhaust gases before their excretion in the exhaust stroke, through which the charge in the intake stroke and in Compressor cycle of the next engine operating cycle is heated, whereby the thermal buffer is prepared for receiving a heat portion in the power stroke.
  • the thermal buffer is made of a material and of geometric dimensions such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer in the non-stationary state as long as or shorter than is the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of 360 °, advantageously travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle of the position at the separation rotation angle to the bottom dead center of the piston.
  • the thermal buffer is made of material having the properties of zeolite, advantageously of zeolite, which is moistened in the intake stroke and in the compression stroke.
  • the thermal buffer is placed in the final temperature zone and, as the piston bottom shifts at top dead center, oil or oil mist in the crankcase of the engine is heated by heat accumulated in the thermal buffer.
  • At least one thermal buffer adjoining the combustion chamber contents is applied to the piston head.
  • the thermal buffer in the form of a perforated plate advantageously a grid, mounted over depressions in the piston head.
  • a thermal buffer in the form of a flat ring is applied to the piston head.
  • a combustion chamber ring is placed in the combustion chamber between the piston and the head, on which previously active layers are applied, wherein at least one layer of thermal buffer and optionally at least one insulator layer are applied to the combustion chamber ring as the active layer, with a consequent increase in the If necessary, the degree of compaction is corrected by lengthening the intake opening time and, at the same time, reducing the cooling intensity settings in the means for controlling the external cooling of the combustion chamber contents.
  • the ignition of the mixture and the flame front are designed by the applied insulator layer of a material with low thermal conductivity and low heat capacity.
  • the support of the combustion chamber ring is made in backlash to the cylinder of the combustion chamber, wherein the combustion chamber ring is mounted in the combustion chamber such that the geometric axis of the ring coincides as closely as possible with the geometric axis of the cylinder, and the combustion chamber ring advantageously rotates about the axis of the ring and, if appropriate granted a reciprocating motion along the cylinder axis.
  • the combustion chamber ring by elastic collisions upper shock absorber with the head and elastic collisions lower shock absorber with the piston or by elastic collisions of the support made as a resilient and preferably wavy ring issued alternately with the head and with the piston a reciprocating motion.
  • the combustion chamber ring by the action of the combustion chamber contents on blades and wings, which simultaneously stabilize the synchronous position of the geometric axis of the ring axis in the geometric cylinder axis, given a movement, the forces of the elastic collisions of the support with the head and the piston by means of the wings generated are limited to aerodynamic lift.
  • the combustion chamber ring is given a rotational movement by aligning the charge jet with the rim, in particular by injecting fuel or oxidant onto the arms and / or blades.
  • the active combustion chamber according to the invention has an increased thermal efficiency in that it is equipped with internal thermal buffers, by which the external cooling is limited or eliminated.
  • the combustion chamber also allows the realization of an adiabatic cycle.
  • the active combustion chamber with transfer of a heat portion during the power stroke allows a temporal separation of the recovery of heat, especially excess heat from their processing in the thermodynamic conversion by retaining excess heat in the combustion chamber, ie in the thermal buffers, and then their utilization at the current and at the next thermodynamic conversion in the cyclic heating and cooling of the thermal buffers in synchronism with the single engine operating cycle.
  • the thermal stabilization of the combustion conditions in the combustion chamber ie the complete combustion, in which the combustion products are exclusively carbon dioxide and water, is determined by the thermal inertia of the cooling system. In the active combustion chamber, this is the ability of the thermal buffer to heat up quickly. The amount of heat energy required to heat up the thermal buffer, and especially its upper layer adjacent to the combustion chamber contents, is achieved as early as the first engine operating cycles.
  • the application of thermal buffers in the combustion chamber is technologically simple and does not require significant engine design changes. The application of thermal buffers to the piston head or the head can be carried out in existing engines, even under workshop conditions, especially using standard provided buffer elements.
  • the task of cooling the combustion chamber contents by the thermal buffer and then the task of recovering the absorbed heat are limited to the short storage of a heat portion during the power stroke or between successive engine operating cycles.
  • the value of the transferred heat portion is the result of the amount of energy consumed in a single engine operating cycle individual combustion chamber is processed. Both the time of processing and the amount of energy are low, and processing is done using the basic engine functions. Design and equipment requirements are therefore simplified and limited to minor modifications of the combustion chamber. without additional features or additional processing facilities.
  • intensive external cooling is limited to the time in which the piston head displaces in the outer temperature zone, with the result that heat losses on indispensable portions in one part of the work cycle are limited.
  • the surface of the thermal buffer heats up in proportion to the temperature of the ignited mixture, ie from about 2000 K to about 1000 K. This allows catalytic purification of exhaust gases at the surface of the thermal buffer and also burning off combustion residues, which occurs even at temperatures greater than about 450 ° C.
  • An active combustion chamber equipped with a combustion chamber ring allows for easy introduction of active layers into the combustion chamber and intensive application of the active layers to the combustion chamber contents. Active layers are applied to the outside of a structural element, such as the combustion chamber ring, which is then placed in a combustion chamber in conventional engines, even under shop floor conditions. The high intensity of the action of active layers is achieved by moving them to internal zones of the combustion chamber contents, and also by mixing movements of the combustion chamber ring which is in play accommodation and rotatably mounted.
  • the design and technology of the combustion chamber ring made outside the engine are not limited by the requirements of engine block technology, and the ring can be more easily adapted to conditions encountered in combustion chambers.
  • the active layer of a thermal buffer increases thermal efficiency and limits external cooling losses.
  • Fig. 1 shows the thermal structure of a combustion chamber, wherein, Fig. 1a - temperature characteristic of the combustion chamber contents in the working cycle, Fig. Lb - distribution of the combustion chamber after thermal zones, Fig. Fig. 4 shows the thermal buffer applied to the surface of the combustion chamber, Fig. 4a shows a thermal buffer of constant thickness, Fig. 4b. Fig. 4 shows the thermal combustion chamber of a reciprocating engine, Fig. 4 shows the heat transfer paths in the active combustion chamber composite thermal buffer, FIG. 4c thermal buffer of variable thickness, FIG. 4d thermal buffer applied to the adiabatic conversion shield, FIG.
  • FIG Valve plate to be applied buffer element Fig. 6 - shows the produced from nanotubes Fig. 6a - Structure of the thermal buffer of nanotubes of hexagonal cross-section, Fig. 7 - shows the combustion chamber of a reciprocating engine with a combustion chamber ring placed therein, Fig. Fig. 8 - shows construction diagrams of a combustion chamber ring, Fig. 8a - construction diagram of a combustion chamber ring consisting of a support and a rim, Fig. 8b - construction diagram of a support, a rim and a frame combustion chamber ring, Fig. 8a. 8c - Construction scheme of a combustion chamber ring with lower shock absorbers, Fig.
  • FIG. 8d shows a construction scheme of a combustion chamber ring with piston couplings
  • Fig. 8e Construction scheme of a combustion chamber ring with head connectors
  • Fig. 8f Construction scheme of a combustion chamber ring with upper shock absorbers
  • Fig. 9 - shows a construction scheme of a combustion chamber ring with Fig. 10 - shows embodiments of a combustion chamber ring
  • Fig. 10b combustion chamber ring with a grid reinforced by arms
  • Fig. Fig. 10c combustion chamber ring with a rim in the form of blades and vanes
  • FIG. 13 is an insertion diagram of a combustion chamber ring with a corrugated support adjacent to a combustion chamber in clearance adjustment;
  • FIG. 13 is an installation diagram of a combustion chamber ring in play adaptation in a combustion chamber;
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine has a thermal buffer BT applied inside the combustion chamber KS, which is adjacent to the combustion chamber contents KZ and thermally separated from components of the combustion chamber KS by a thermal insulator IT.
  • the thermal buffer BT is placed in the upper working space of the combustion chamber KS in the peak temperature zone TH of the combustion chamber contents KZ, the upper working space being above the separating surface Pm which is parallel to the geometric base of the combustion chamber KS and defined by the position of the piston crown of the piston KT at an angular position of the crankshaft equal to the separation rotational angle a at which the value of the temperature of the combustion chamber contents T has a value equal to the separation temperature Tm, wherein the separation temperature Tm is equal to the average temperature of the combustion chamber contents T in the power stroke.
  • the thermal buffer BT is made in the form of a layer deposited on inner walls of the combustion chamber KS with a layer of a thermal insulator IT placed between the walls of the combustion chamber KS and the layer of the thermal buffer BT.
  • the thermal buffer BT is made of a compact material whose volumetric specific heat capacity is 1.1 J / cm 3 K and whose thermal conductivity is 0.1 cm 2 / s, and the thermal buffer BT has geometric dimensions and is made of a material. which is such that the value of the total thermal capacity of the thermal buffer BT is 650% of the value of the heat fraction received from the combustion comb content KZ, the heat fraction received from the combustion chamber contents KZ being 90% of the energy of the combustion chamber contents KZ in a single one Motor operating cycle is supplied.
  • the passage of the piston crown of the piston KT through the zones of thermal action on the combustion chamber contents KZ establishes successive states of the combustion chamber contents KZ in the power stroke.
  • the peak temperature zone TH temporarily peak values of the temperature of the combustion chamber contents T resulting from the combustion dynamics of the mixture occur. After combustion of the mixture, further values of the temperature of the combustion chamber contents T occur in the peak temperature zone TH.
  • the piston crown of the piston KT shifts in the zone of intensive conversion TA, the kinematic determinants of the crank structure at the largest values of the tangential component of the compressive force on the piston KT are most favorable for the thermodynamic transformation.
  • the displaced piston bottom of the piston KT in the final temperature zone TK occur in the only final temperatures of the combustion chamber contents T, the thennodynamic conversion is already limited.
  • the ignition design zone ZP, the temperature outer design zone ZT and the peak temperature zone TH may have a different order and may also be interconnected.
  • the peak temperature zone TH, the intensive conversion zone TA and the final temperature zone TK are thermally protected by an adiabatic conversion shield OA.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 except that it has a second supplemental thermal buffer BT placed between the first thermal buffer BT and the interface Pm and applied to the adiabatic conversion shield OA.
  • the second thermal buffer BT is made of a compact material whose volumetric specific heat capacity is 1.5 J / cm 3 K and whose thermal conductivity is L, 7 cm 2 / s, the second thermal buffer BT also having geometric dimensions and one Material is made such that the value of the total thermal capacity of the thermal buffer BT is 100% of the value of the received from the combustion chamber contents KZ heat ep ortion, wherein the received from the combustion chamber contents KZ heat portion is 5% of the energy that the combustion chamber content KZ is supplied in a single engine operating cycle.
  • These parameters give the thermal buffer BT a dynamic and buffering area suitable for the location where it is mounted in the combustion chamber KS.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is manufactured as in Example 1, with the difference that it has a second thermal buffer BT, which is placed in the lower working chamber of the combustion chamber KS in the final temperature zone TK of the combustion chamber contents KZ, wherein in the position of the piston KT in the upper Dead center OT 20% of the surface of the thermal buffer BT on oil or Oil mist in the engine crankcase.
  • a second thermal buffer BT which is placed in the lower working chamber of the combustion chamber KS in the final temperature zone TK of the combustion chamber contents KZ, wherein in the position of the piston KT in the upper Dead center OT 20% of the surface of the thermal buffer BT on oil or Oil mist in the engine crankcase.
  • the lower working space is below the separation surface Pm, which is parallel to the geometric base of the combustion chamber KS and is defined by the position of the piston crown of the piston KT at an angular position of the crankshaft, which is equal to the separation angle at which the value of Temperature of the combustion chamber contents T has a value which is equal to the separation temperature Tm, wherein the separation temperature Tm is equal to the average temperature of the combustion chamber contents T in the power stroke.
  • the thermal buffer BT has geometric dimensions and is made of a material such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state equal to the time is, in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle ⁇ from the position at the separation rotation angle to the bottom dead center UT of the piston KT.
  • This thermal buffer BT is made of zeolite, the combustion chamber KS is equipped with a charge humidifier, which is arranged in the intake system of the engine.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 with the difference that within the combustion chamber KS above the peak temperature zone TH in the side wall of the combustion chamber KS, a thermally conductive externally heated wall DD is attached.
  • the outside-heated wall DD and the wall of the thermal buffer BT are interlocked with the boundary between the outside-heated wall DD and the thermal buffer BT being undulating.
  • the externally heated wall DD has heating ducts, the inlet to the heating ducts being connected through the exhaust duct DS to the exhaust of a second combustion chamber and the outlet from the heating ducts to the exhaust of the engine, the exhaust duct DS being equipped with an exhaust valve DV.
  • the externally heated wall DD is thermally insulated from the thermal buffer BT by a thermal insulator IT.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example I with the difference that within the combustion comb he KS above the peak temperature zone TH in the side wall of the combustion chamber KS a thermally conductive externally cooled wall CH attached attached.
  • the externally cooled wall CH has cooling channels, wherein the inflow to the cooling channels is connected through a cooling channel CC via a cooling valve CV to a cooling pump and the outflow from the cooling channels is connected to the return flow of the cooling system.
  • the combustion chamber KS has an adiabatic conversion shield OA disposed around the combustion chamber KS.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 5, with the difference that the coolant is air.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 with the difference that two thermal bumps BT are mounted on the piston head of the piston KT, the first of which is made as a flat ring layer adjacent to the combustion chamber contents KZ and the second is mounted in the form of a grid via recesses in the piston head of the piston KT.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Examples 1, 2 and 3, with the difference that the thermal buffer BT has geometric dimensions and is made of a material such that the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state is equal to the time in which the intake stroke and the compression stroke are performed, ie the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a Kurbehvellenfitwinkel of 360 °.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Examples 1 and 2, with the difference that the thermal buffer BT has geometrical dimensions and is made of a material such that the Upper limit of the time of absorption of the heat portion through the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state is equal to the time in which the crankshaft a path corresponding to a crankshaft rotation angle from top dead center OT of the piston KT to to the position at the separation rotation angle on travels.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1, with the difference that the thermal buffer BT is made of a superalloy of nickel, niobium and tantalum with a high tungsten content, which has a volumetric specific heat capacity of 2.57 J / cm 3 K and a Temperature code of 0.799 cm 2 / s has been produced.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 with the difference that in the combustion chamber KS on the side wall of the combustion chamber KS and integrated with its smooth inner surface a thermal buffer BT is applied and another four thermal buffers BT on the inside of the combustion chamber KS facing side of four valve plates are applied.
  • the thermal buffers BT are produced in the form of a layer which is applied to internal components of the combustion chamber KS, wherein a layer of a thermal insulator IT is placed between components of the combustion chamber KS and layers of the thermal buffer BT.
  • Surfaces of the thermal buffer BT adjoining the combustion chamber contents KZ have a color and a structure adapted to the absorption of light energy released from the ignited mixture.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 11, with the difference that the thermal buffers BT applied to the valve head have an extended surface adjacent to the combustion chamber contents KZ, this surface being frosted.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 1 with the difference that the thermal buffer BT acting on the valve disk are applied, have an adjacent to the combustion chamber content KZ extended surface, said surface is porous.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 1, with the difference that the thermal buffers BT, which are applied to the valve divider, have an extended surface adjacent to the combustion chamber contents KZ, this surface being embossed and having a corrugated shape.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1, with the difference that the thermal buffer BT, which is made in the form of a perforated plate, is placed over a recess in the head of the combustion chamber KS.
  • the active combustion chamber of a piston engine is made as in Example 1 5, with the difference that the thermal buffer BT, which is placed over a recess in the head of the combustion chamber KS, is made in the form of a grid.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 11, except that the thermal buffers BT consist of two layers made of materials having different thermal and mechanical properties, the layers of the thermal buffer BT having a variable thickness.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 1, with the difference that the thermal buffers BT are made of a two-phase composite material in which buffer grains BZ are introduced into a ductile binder.
  • the buffer grains BZ are in the form of nanotubes of circular cross-section whose bases are directed to the combustion chamber contents KZ.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 18 with the difference that the buffer grains BZ have the shape of nanotubes with hexagonal cross-section.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 1 1, with the difference that buffer elements EB are applied to the valve disk, consisting of a layered film comprising an upper layer of the thermal buffer BT, a middle layer of the thermal insulator IT and a lower binder layer WS, are produced, wherein the binder layer WS is made of thermally insulating material.
  • the buffer elements EB have a shape that is adapted to the components of the combustion chamber KS, to which they are applied.
  • the internal combustion chamber of a reciprocating engine has, inside the combustion chamber KS, a combustion chamber ring P inserted between the piston KT and the head KG, which consists of a support PA in the form of a ring and a ring PB mounted inside this ring.
  • An active layer is applied to the surface of the components of the combustion chamber ring P adjacent to the combustion chamber contents KZ, and the surface of the rim PB is a working surface.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21 except that the support PA has head connectors PL in the form of a threaded connection with which the combustion chamber ring P is attached to the head KG, with the surface of the support adjacent to the head KG PA a layer of a thermal insulator is applied and are applied to the adjacent to the combustion chamber contents KZ surface of the components of the combustion chamber ring P two active layers.
  • the active layer applied to the support PA is an insulator layer BI whose material has a low thermal conductivity and a low volumetric specific heat capacity.
  • the active layer applied to the rim PB is a layer of a thermal buffer BT.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 22 with the difference that the insulator layer BI is a layer of porous aluminum oxides produced by anodization, which are closed at the surface by a thin sealing layer containing catalysts of platinum and rhodium.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Examples 22 and 23, with the difference that the support PA has piston couplings PN in the form of a dowel joint with which the combustion chamber ring P is attached to the piston KT, being adjacent to the piston KT Surface of the support PA, a layer of a thermal insulator is applied.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21 except that active layers applied to the support PA form the rim PB.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21, except that the collar PB is porous and reinforced by a frame PC facing the post PA, with a frame PC and the inner surface of the post PA active insulator layer BI is applied and on the remaining surface of the combustion chamber ring P, which is adjacent to the combustion chamber contents KZ, a layer of a thermal buffer BT is applied.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21 except that the rim PB is a vertical thin wall grid PK stiffened with radially oriented arms PH and an oval frame PC, with piston couplings PN adhered to the pistons KT are.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21 except that the rim PB is a mesh PG stiffened with radially oriented arms PH and a frame PC, with the head KG Head connectors PL are glued.
  • the combustion chamber ring P is made of magnesium alloys to which active layers are applied, and the edges of the combustion chamber ring P are round.
  • the combustion chamber ring P may be made of light metals or their alloys or superalloys, of magnesium or aluminum or their alloys or superalloys on which active layers are applied.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 21, with the difference that the support PA is a ring adapted to play with the cylinder KC, the outside diameter z of the support PA being smaller than the inside diameter w of the cylinder KC and the diagonal d of the axial section of the support PA is greater than the inner diameter w of the cylinder KC. Moreover, on the surface of the pillar PA adjoining the smooth inner surface of the cylinder KC, a layer of a thermal insulator having a low coefficient of friction is applied.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29 except that the bracket PA on the upper side surface has upper shock absorbers PO in the form of flat springs which damp collisions of the combustion chamber ring P with the head KG and on the lower side surface similar lower shock absorber PP, which dampen the collisions of the combustion chamber ring P with the piston head of the piston KT.
  • upper shock absorbers PO in the form of flat springs which damp collisions of the combustion chamber ring P with the head KG and on the lower side surface similar lower shock absorber PP, which dampen the collisions of the combustion chamber ring P with the piston head of the piston KT.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29, with the difference that the support PA is a corrugated ring.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29, with the difference that the support PA is a resilient corrugated ring.
  • Example 34 The active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29, with the difference that the support PA is a resilient cup-shaped ring.
  • Example 34 is a resilient cup-shaped ring.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29, with the difference that the rim PB has evenly spaced and radially aligned blades PT mounted on the support PA, with geometrical surfaces of the blades PT at an angle of attack to the geometric ring axis PX are set.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 34, with the difference that the rim PB has a grid PK attached to blades PT.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 35, except that the rim PB has a net PG attached to blades PT, which is reinforced with a frame PC in the form of a polygon.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 29, with the difference that the rim PB has evenly spaced and radially aligned wings PS attached to the support PA.
  • the wings PS have parallel tendons to the geometric ring axis PX, wherein the points of maximum curvature of the skeleton line of the wings PS are 50% of the edge of the surface of the wing PS, ie in the middle between the edges of the surface.
  • the skeleton line is symmetrical, and the direction of the generated aerodynamic force, which is a force that makes the combustion chamber ring P rotate about the ring axis PX, is constant and independent of the flow direction.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 37 except that the rim PB has wings PS having an airfoil profile, the chords of these vanes PS being at an angle to an area perpendicular to the geometric ring axis PX and set by geometric circles of the combustion chamber ring P are set.
  • the generated aerodynamic force is directed to the head KG and is a buoyancy force of the combustion chamber ring P.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Examples 37 and 38 with the difference that the rim PB has a grid PK attached to wings PS.
  • the active combustion chamber of a reciprocating engine is made as in Example 3, with the difference that the rim PB has a net PG attached to wings PS, which is reinforced with a frame PC.
  • the active combustion chamber KS of a reciprocating engine according to the invention may be equipped with some thermal buffers BT depending on the heat transfer tasks, including thermal buffers BT, integrated on the side wall of the combustion chamber KS and integrated with its smooth inner surface, in the upper working space for buffering excess heat and in the lower working space for buffering heat from exhaust gases and other thermal buffers BT on components of the head of the combustion chamber KS, on the inside of the combustion chamber KS side facing the valve plates and the piston head of the piston KT.
  • the thermal buffer BT may be made in the form of a perforated plate or grid, with the plate or grid-shaped thermal buffer BT placed over a recess in the head of a combustion chamber KS or over a depression in the piston bottom of the piston KT.
  • the thermal buffer BT can also be produced in the form of a layer which is applied to internal components of the combustion chamber KS, wherein a layer of a thermal insulator IT is placed between components of the combustion chamber KS and layers of the thermal buffer BT.
  • the thermal buffer BT may be made in the form of layers made of materials having different thermal and mechanical properties and of composite material.
  • the composite may be a biphasic material in which buffer grains BZ are incorporated in a ductile binder.
  • the buffer grains BZ have the form of nanotubes whose bases are revenged to the combustion chamber contents KZ, the nanotubes are made of a material selected from the group tungsten and tungsten alloys tungsten alloys W-Ni-Fe or W-Cu-Ni, in which Tungsten content 90% up 98% is selected, whereas the ductile binder is a metal selected from the group Ni and its alloys Ni-Fe, Ni-Cu and Co.
  • Layers of the thermal buffer BT may have a variable thickness.
  • buffer elements EB made of a laminated film including an upper layer of the thermal buffer BT, a middle layer of the thermal insulator IT, and a lower binder layer WS, the binder layer WS being made of thermal insulating material can be made and the buffer elements EB have a shape that is adapted to the components of the combustion chamber KS, to which they are applied.
  • One method of transferring heat in an active combustion chamber is to transfer an excess portion of heat from the combustion chamber contents KZ to a new combustion chamber content KZ between consecutive engine operating cycles in a buffering cycle, and then heat in the interior of the new combustion chamber contents KZ to one of the combustion chamber contents KZ during the engine operating cycle
  • At least one thermal buffer BT is placed in the interior of the combustion chamber KS, which is adjacent to the combustion chamber contents KZ and is thermally separated from components of the combustion chamber KS.
  • the location where the thermal buffer BT is mounted is determined according to the zones of thermal action on the combustion chamber contents KZ, ie the ignition design zone ZP, the temperature outer design zone ZT, the peak temperature zone TH, the intensive conversion zone TA and the final temperature zone TK Combustion chamber KS for the power stroke from OT to UT of the piston KT.
  • the combustion chamber KS is additionally shielded by an adiabatic conversion shield OA which is placed around the peak temperature zone TH, the intensive conversion zone TA and optionally the final temperature zone TK.
  • the thermal buffer BT is made of a material and of geometrical dimensions such that the upper limit of the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in non-stationary state is equal to the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a crankshaft rotation angle ⁇ from the top dead center OT of the piston KT to the position at the separation rotation angle am, and the thermal buffer BT is made of a compact material in which the lower limit of the volumetric specific Heat capacity is 1, 1 J / cm 3 K and the lower limit of the temperature code is 0, 1 cm 2 / s.
  • the thermal buffer BT has geometrical dimensions and is made of a material such that the value of the total thermal capacity of the thermal buffer BT is 650% of the value of the heat porton received from the combustion chamber contents KZ, and from the combustion chamber contents KZ through the thermal buffer BT, a portion of 90% of the energy supplied to the combustion chamber contents KZ in a single engine operating cycle is exhausted, and the combustion chamber content KZ will then decrease in the same engine operating cycle, advantageously as the piston bottom of the piston KT shifts in the intense conversion zone TA lowering the temperature of the combustion chamber contents T as a result of thennodynamic conversion by heat accumulated in the thermal buffer BT, and after completion of the power stroke, the charge in the intake stroke and in the compression stroke of the next engine cycle is additionally heated by heat remaining in the thermal buffer BT, whereby the thermal buffer BT is prepared for receiving a heat portion in the power stroke of the next engine operating cycle.
  • the buffering cycle that is, the cycle of heating and cooling the thermal buffer BT, starts from the top dead center OT of the piston KT opening the power stroke and ends at the top dead center OT of the piston KT, which completes the compression stroke of the next engine operation cycle.
  • the thermal buffer BT is placed in the upper working chamber of the combustion chamber KS, advantageously in the peak temperature zone TH of the combustion chamber contents KZ, wherein the upper working space is above the separating surface Pm, which is parallel to the geometric base of the combustion chamber KS and is determined by the position the piston crown of the piston KT at an angular position of the crankshaft, which is equal to the separation angle at which the value of the temperature of the combustion chamber contents T has a value which is equal to the separation temperature Tm, wherein the separation temperature Tm equal to the average temperature of the combustion chamber contents T is in the working cycle.
  • the thermal buffer BT is thermally separated from components of the combustion chamber KS by a thermal insulator IT, the thermal buffer BT being applied to the side wall of the combustion chamber KS and integrated with its smooth inner surface.
  • the thermal buffer BT is produced in the form of a layer which is applied to internal components of the combustion chamber KS, wherein a layer of a thermal insulator IT is inserted between components of the combustion chamber KS and the layer of the thermal buffer BT.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41, with the difference that a second, supplementary thermal buffer BT is placed in the combustion chamber KS between the first thermal buffer BT and the separation surface Pm and applied to the adiabatic conversion shield OA ,
  • the second thermal buffer BT is made of a compact material whose volumetric specific heat capacity is 1.5 J / cm 3 K and whose thermal conductivity is L, 7 cm 7s, and the second thermal buffer BT also has geometrical dimensions and is made of a material which are such that the value of the total thermal capacity of the thermal buffer BT is 100% of the value of the heat fraction received from the combustion chamber contents KZ, the heat fraction received from the combustion chamber contents KZ being 5% of the energy of the combustion chamber contents KZ in a single engine operating cycle is supplied, and the upper limit of the time of absorption of the heat portion through the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state is equal to the time in which the intake stroke and the compression
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41 with the difference that in the combustion chamber KS, a thermal buffer BT is placed in the form of a buffer element EB, which consists of a A film is produced which contains layers, the upper of which is a layer of the thermal buffer BT, the middle is a layer of a thermal insulator IT and the lower is a binder layer WS.
  • the binder layer WS is made of a thermally insulating material.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41 with the difference that in the combustion chamber KS a thermal buffer BT is prepared, which is produced in the form of a perforated plate, wherein the thermal buffer BT over a depression in the head of the combustion chamber KS is placed.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 41 with the difference that within the combustion chamber KS above the peak temperature zone TH in the side wall of the combustion chamber KS, a thermally conductive externally heated wall DD is attached, wherein in the externally heated wall DD heating channels are produced with which a heating medium, advantageously exhaust gases from a second combustion chamber is supplied, wherein the combustion chamber content KZ is additionally heated by a heat portion from the second combustion chamber together with heat which has accumulated in the thermal buffer BT.
  • the externally heated wall DD is thermally insulated from the thermal buffer BT by a thermal insulator IT.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 41 with the difference that the thermal buffer BT is placed in the lower working chamber of the combustion chamber KS in the final temperature zone TK of the combustion chamber contents KZ, the lower working space is below the separation surface Pm, which is parallel to the geometric base of the combustion chamber KS and is defined by the position of the piston crown of the piston KT at an angular position of the crankshaft, which is equal to the separation angle at which the value of the temperature of the combustion chamber contents T has a value equal to the separation temperature Tm is, wherein the separation temperature Tm equal to the average temperature of the combustion chamber contents T in the power stroke, wherein when the piston head of the piston KT shifts in the final temperature zone TK, from the combustion chamber contents KZ, ie exhaust gases, before their excretion in the exhaust stroke, a heat portion is removed, through which the charge in the intake and compression stroke of the next engine operating cycle is heated, whereby the thermal buffer BT is prepared for receiving a heat portion in the power stroke of the next engine
  • the thermal buffer BT is made of a material and the buffer BT is given geometrical dimensions such that the upper limit of the time of absorption of the heat portion by the surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary State is equal to the time in which the crankshaft travels a path corresponding to a Kurbeiweilenfitwinkel from the position at the separation rotational angle on to the bottom dead center UT of the piston KT.
  • This thermal buffer BT is made of zeolite, which is moistened in the intake and in the compression stroke.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber is the same as in Example 46 with the difference that the thermal buffer BT is made of a material and the buffer BT obtains geometric dimensions that are such that the upper limit of the time of absorption of the heat portion by the Surface of the thermal buffer BT and the subsequent passage of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state is equal to the time in which the intake stroke and the compression stroke are performed, ie the time in which the crankshaft a path corresponding to a Kurbeiweilen loftwinkel a of 360 ° covers.
  • Example 41 The method of heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 41 with the difference that within the combustion chamber KS above the peak temperature zone TH in the side wall of the combustion chamber KS, a thermally conductive outer-cooled wall CH is mounted, wherein in the externally cooled wall CH cooling channels are produced, with which a coolant, advantageously air, is supplied.
  • Example 49
  • the method of heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 41 with the difference that within the combustion chamber KS, a thermal buffer BT is mounted, which consists of a superalloy of nickel, niobium and tantalum with a high tungsten content, which has a volumetric specific heat capacity of 2.57 J / cm 3 K and a temperature index of 0.799 cm 7s.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber runs as in Example 41 with the difference that a thermal buffer BT is applied to the side wall of the combustion chamber KS and integrated with its smooth inner surface and another four thermal buffers BT facing the interior of the combustion chamber KS Side of four valve plates are applied.
  • the thermal buffers BT are produced in the form of a layer which is applied to internal components of the combustion chamber KS, wherein a layer of a thermal insulator IT is placed between components of the combustion chamber KS and layers of the thermal buffer BT.
  • Surfaces of the thermal buffer BT adjoining the combustion chamber contents KZ are given a color and a structure adapted to the absorption of light energy released from the ignited mixture.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 50, with the difference that surfaces of the thermal buffer BT applied to the combustion chamber contents KZ are expanded by matting.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 50 with the difference that a porous surface is produced on thermal buffers BT which are applied to valve disks.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber runs as in Example 50 with the difference that to the Combustion chamber contents KZ adjacent surfaces of the valve plate applied to the thermal buffer BT are extended by embossing and these surfaces is given a corrugated shape.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41 with the difference that the thermal buffer BT is produced in the form of a perforated plate which is placed over a depression in the head of the combustion chamber KS.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41 with the difference that the thermal buffer BT is produced in the form of a grid which is placed over a depression in the head of the combustion chamber KS.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41, with the difference that the thermal buffer BT is produced from two layers with different thermal and mechanical properties and with a variable thickness.
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 56, with the difference that the thermal buffers BT are produced from two-phase composite material in which buffer grains BZ are introduced into a ductile binder.
  • the buffer grains BZ are formed as circular-sectioned nanotubes whose bases are directed to the combustion chamber contents KZ, the nanotubes being made of a heavy tungsten alloy W-Ni-Fe in which the tungsten content is 98%, whereas the ductile binder is the alloy Nä-Fe is used.
  • Example 59 The process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 57 with the difference that the buffer grains BZ are formed as nanotubes with a hexagonal cross-section.
  • Example 59
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 50 with the difference that are applied to valve disc buffer elements EB, which are made of a separately manufactured layered film.
  • the film is formed from an upper layer of the thermal buffer BT, a middle layer of the thermal insulator IT and a lower binder layer WS, wherein the binder layer WS is made of thermally insulating material.
  • the buffer elements EB is given a shape which is adapted to the components of the combustion chamber KS, to which they are applied.
  • the method according to the invention allows centrehoibare dressed buff ceremoniesszyklen, starting from the top dead center OT of the piston KT at the beginning of the power stroke to the top dead center OT of the piston KT at the end of the compression stroke of the next engine operating cycle, wherein in this cycle heat in the combustion chamber content KZ by transmitting a heat within the combustion chamber KS, but outside its content. Heat portions are transmitted through thermal buffers on three heat transfer paths, a first buffering path Sl, a second buffering path S2, and a third buffering path S3.
  • thermal buffers BT are applied in the active combustion chamber KS, including those which are applied to the sidewall of the combustion chamber KS with its smooth inner surface integrated; Further thermal buffers BT are on components of the head of the combustion chamber KS and also on the interior of the combustion chamber KS side facing the valve plates and on the Piston bottom of the piston KT in the form of a perforated plate or a grid or a flat ring applied.
  • the applied thermal buffers BT are formed in the form of layers, these layers being made of materials having different thermal and / or mechanical properties, in particular of metal selected from the group tungsten, molybdenum, titanium, chromium, tantalum, nickel, platinum, Rhenium, beryllium, vanadium and their alloys or superalloys, aluminum alloys and iron alloys is selected.
  • surfaces of the thermal buffers BT adjacent to the combustion chamber contents KZ acquire a color and a structure adapted to the absorption of light energy released from the ignited mixture.
  • the surface of a thermal buffer BT is widened by being dulled, pitted or embossed.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber runs as in Example 41, with the difference that the heat portions in the combustion chambers of a passenger car, which has a four-cylinder four-stroke engine, so four combustion chambers KS, are transmitted.
  • the car drives for one hour at engine speeds between 3000 and 6000 rpm, the engine burning fuel with a calorific value of 10 kWh / liter in proportion to the engine speed in the range of five to ten liters.
  • the engine produces a total of 180,000 revolutions at a speed of 3000 rpm, ie a total of 360,000 work cycles with four cylinders.
  • Each engine operating cycle lasts 40 ms, with a power stroke as transition from the top dead center OT of the piston KT to bottom dead center UT of the piston KT lasting 10 ms, and through the engine flowing during the one hour driving without changing the rotational speed, an energy flow of 50 kWh So 180 megajoules.
  • 500 J of energy flow through each combustion chamber KS in each power stroke Likewise, the 6,000 RPM engine provides twice the number of power strokes. The energy flow is twice as large, but the energy portion processed in a single stroke does not change.
  • the energy portion that is processed in a single stroke in a predetermined speed range regardless of the engine speed and is always 500 J per work cycle, whereby the running time of the power stroke varies in the range of 10 ms to 5 ms.
  • the first buffering path Sl begins in the peak temperature zone TH with the heating of the thermal buffer BT by heat from the combustion chamber contents KZ.
  • the initial temperature of the thermal buffer BT is 350 K
  • the initial temperature of the combustion chamber contents KZ is 21 0 K
  • the heat transfer time being Passing time of the piston crown of the piston KT by the peak temperature zone TH should not exceed.
  • the passage time of the piston crown of the piston KT through the peak temperature zone TH is 0.67 ms.
  • the heat transfer time is determined as the sum of the time of heat absorption by the surface of the thermal buffer BT and the passage time of the heat wave through the thermal buffer BT in the non-stationary state, and in the heat wave passage time, the thermal buffer BT is filled with the transferred heat portion becomes.
  • the heat absorption through the surface is calculated according to:
  • the filling time of the thermal buffer BT with the single heat portion is calculated according to the total heat capacity of the thermal buffer BT, which is assumed to be three times higher for heating in the non-stationary state than for the stationary state.
  • the characteristic of the temperature values along the heat wave path is a second degree function whose integral which determines the value of the mean temperature of the thermal buffer BT has a coefficient of 1/3.
  • the total heat capacity of the thermal buffer BT is 30% for heat buffering and.
  • the thermal buffer BT is made of tungsten, for which the volumetric specific heat capacity is calculated according to:
  • the total heat capacity of the thermal buffer BT is calculated according to:
  • thermal diffusivity or thermal conductivity number in the thermal buffer BT is defined as:
  • the piston KT at an engine speed of 6000 rpm, goes on a path corresponding to a turning angle ⁇ of 2.3 °.
  • the heat absorption time through the surface of the thermal buffer BT is many times longer than the passage time of the thermal wave through the thermal buffer BT, which determines the geometrical dimensions of the thermal buffer BT.
  • the thermal buffer BT releases the heat portion and equalizes its temperature with the temperature of the combustion chamber.
  • the heat portion transfer from the thermal buffer BT to the combustion chamber content KZ is calculated according to:
  • the heat portion remaining in the thermal buffer BT is transferred to the new combustion chamber contents KZ. At this time, the thermal buffer BT is cooled to the initial temperature of the next heat buffering cycle of about 350K.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Examples 46 and 60, with the difference that the heat portions in the combustion chamber KS are additionally transmitted on the second buffering path S2.
  • the second buffer interval S2 begins when the piston bottom of the piston KT enters the final temperature zone TK in which a second thermal buffer BT is embedded.
  • the value of the temperature of the combustion chamber contents T changes from about 1200 K to the final bottom dead center UT of the piston KT, about 1000 K.
  • the initial temperature of the second thermal buffer BT is 350 K.
  • the second thermal buffer BT becomes the combustion chamber contents KZ heated, and the buffered heat portion is 75 J, wherein the heat position is transmitted, even if the piston head of the piston KT has gone over the bottom dead center UT and the exhaust stroke begins.
  • the passage time of the piston crown of the piston KT is through the Final temperature zone TK 1, 33 ms.
  • the thermal buffer BT is made of aluminum alloy.
  • 0 0.9 is the volumetric specific heat capacity of the thermal buffer BT:
  • the second thermal buffer BT is heated to 1000 K, and in the exhaust stroke it retains the transferred heat portion.
  • the heat portion of Q 75 J remaining in the thermal buffer BT is transferred to the new combustion chamber contents KZ.
  • the thermal buffer BT is cooled to an initial temperature of the next heat buffer cycle of about 350 K.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Examples 45 and 61, with the difference that the heat portions in the combustion chamber KS are additionally transmitted on the third buffering path S3 and the externally heated wall DD is embedded in the head of the combustion chamber KS.
  • the third buffering path S3 starts in the intake stroke of the next engine operating cycle and ends in the compression stroke of this cycle, wherein the externally heated wall DD is heated from the second combustion chamber by means of exhaust gases with 800 K exhaust gas temperature.
  • the initial temperature of the externally heated wall DD is 350K.
  • the heat input of 50J is transmitted from the introduced exhaust gases.
  • a fresh charge with an initial temperature of about 300 K introduced into the combustion chamber KS and then in the intake and
  • the exhaust heat receiving surface is an exhaust gas adjacent, extended entire inner surface of the Schuungskanäie in the externally heated wall DD, wherein the inner surface of the heating channels is porous.
  • the externally heated wall DD and the exhaust duct DS are thermally separated from the components of the combustion chamber KS. This is because, in addition to the thermal buffer BT, the outside-heated wall DD adjacent to the combustion chamber contents KZ partially buffers the protected excess heat.
  • the fuel portion is reduced in the intake stroke to the To reduce the energy portion in the mixture loaded in the combustion chamber KS from 500 J to 325 J
  • the process for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 41 with the difference that a combustion chamber ring P outside the combustion chamber KS, an active layer which is a layer of thermal buffer BT is applied and the combustion chamber ring P with the applied layer of thermal Buffer BT is then placed in the combustion chamber KS between the piston KT and the head KG.
  • excess heat portions are cyclically buffered on the first buffering path S 1, where heat is added to the thermal buffer BT in the zone of ignition and intensive combustion of the mixture, and thereafter the combustion chamber contents KZ, when its temperatures have dropped, are heated by this heat becomes.
  • An increase in the Degree of compaction which has arisen by placing an additional component in the combustion chamber KS and the consequent reduction of its volume.
  • the means for controlling the external cooling of the combustion chamber contents KZ the settings of the cooling intensity are lowered, whereby the heat portions, which are cyclically buffered by the thermal buffer BT, are increased and the heat conditions supplied to the cooling means are reduced.
  • the method of heat transfer in the active combustion chamber is the same as in Example 63 except that an active insulator layer BI is attached to the combustion chamber ring P outside of the combustion chamber KS and after placement of the combustion chamber ring P with the applied insulator layer BI in the combustion chamber KS in the engine operating cycle due to the high temperature of the surface of the insulating layer BI caused by the storage of heat in the successive engine operating cycles, and the shape of the support PA and the frame PC on which the insulator layer BI has been applied, the ignition of the Mixture and the flame front designed.
  • an oval flame front with a different time which takes the flame front from the ignition zone to reach the middle zone of the combustion chamber KS designed, so the time of combustion of the mixture is extended and the working pressure is adjusted.
  • the method of heat transfer in the active combustion chamber is the same as in Example 63 except that the support PA of the combustion chamber ring P is made in clearance with the cylinder KC of the combustion chamber KS, with the combustion chamber ring P being placed in the combustion chamber KS such that the Ring axis PX with the cylinder axis KX as parallel as possible.
  • the combustion chamber ring P is subjected to elastic collisions of the support PA is alternately provided with the head KG and the piston KT a reciprocating movement along the cylinder axis KX, and by the action of the combustion chamber contents KZ on the blades PT the combustion chamber ring P rotational movements are given to the ring axis PX.
  • the combustion chamber content KZ is unified, the intensity of heat transfer between the combustion chamber contents KZ and the layer of a thermal buffer BT is increased, and the position of the ring axis PX in the cylinder axis KX is stabilized.
  • the method of heat transfer in the active combustion chamber is as in Example 65 with the difference that is adjusted by wings PS with symmetrical skeleton line, the chord parallel to the ring axis PX and by the in the combustion chamber contents KZ a constant-direction aerodynamic force regardless of Flow direction, that is, regardless of the direction of reciprocation of the combustion chamber ring P, is generated, the combustion chamber ring P is given a unidirectional rotation about the ring axis PX.
  • the chords of these wings PS are set at an angle to an area extending perpendicular to the geometric ring axis PX and defined by geometric circles of the combustion chamber ring P, and by in the combustion chamber contents KZ aerodynamic lift is generated, the forces of the elastic collisions of the support PA with the head KG and the piston KT limited.
  • the method for heat transfer in the active combustion chamber proceeds as in Example 65, with the difference that the combustion chamber ring P is given a rotational movement by aligning the charge jet including the injection of fuel and oxidant on the rim PB.

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Abstract

Gegenstand der Erfindung sind eine aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors und ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in der aktiven Verbrennungskammer in der Zeitdauer eines einzigen Motorbetriebszyklus. Die aktive Verbrennungskammer (KS) hat im Inneren mindestens einen thermischen Puffer (BT)., der an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt ist. Das Verfahren besteht darin, dass im Inneren der Verbrennungskammer (KS) mindestens ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, der an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt wird, wobei der thermische Puffer (BT) aus kompaktem Werkstoff hergestellt wird, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität gröβer als 1,1 J/cm3K und dessen Temperaturleitzahl gröβer als 0,1 cm2/s ist, und der thermische Puffer (BT) gegebenenfalls aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith und vorteilhafterweise aus Zeolith hergestellt wird, wobei der thermische Puffer (BT) dariiber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers (BT) in dem Bereich von 100 % bis 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) aufgenommenen Wärmeportion liegt, wobei aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) durch den thermischen Puffer (BT) eine Wärmeportion in einer Menge von 5 % bis 90% der Energie, die dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugefiihrt wird, aufgenommen wird und dann in demselben Motorbetriebszyklus, vorteilhafterweisewenn sich der Kolbenboden des Kolbens (KT) in der Zone intensiver Umwandlung (TA) verlagert, nach der Absenkung der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (KZ) als Ergebnis der thermodynamischen Umwandlung der Verbrennungskammerinhalt (KZ) durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer (BT) angesammelt hat, aufgeheizt wird und nach Beendigung des Arbeitstaktes die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus durch Wärme, die in dem thermischen Puffer (BT) verblieben ist, aufgeheizt wird, wodurch der thermische Puffer (BT) auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt vorbereitet wird, wobei der Pufferungszyklus, also der Zyklus der Erhitzung und Abkühlung des thermischen Puffers (BT), vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (KT) an, der den Arbeitstakt eröffnet, beginnt und im oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (KT), der den Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus abschlieβt, endet.

Description

Aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors und Verfahren zur Übertragung von Wärme in der aktiven Verbrennungskammer
Gegenstand der Erfindung sind die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors und ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in der aktiven Verbrennungskammer in der Zeitdauer eines einzelnen Motorbetriebszyklus.
Ein Kolbenmotor, der aus der Japanischen Patentanmeldung Nr. JP2007239509 bekannt ist, hat einen Werkstoff zur Isolation und Ansammlung von Wärme, der an Teilen oder der Gesamtheit der Seitenwand der Verbrennungskammer angebracht ist, wobei der Kolben aus einer Legierung hergesteilt ist. die als Hauptbestandteil Magnesium enthält.
Eine wärmeisolierende Verbrennungskammer und ein Verfahren zu ihrer Herstellung sind aus der Europäischen Patentschrift Nr. EP0313340 bekannt. Die Verbrennungskammer ist mit einer Oberflächenschicht mit integrierter Struktur ausgestattet, die zu der Verbrennungskammer gerichtet ist. Die Schicht ist auf den unteren Oberflächenteil des Zylinderkopfes und den Oberteil der Zylinderbüchse aufgebracht, wobei die Schicht aus einer dünnen Schicht aus keramischem Werkstoff, die die geringste mögliche Dicke hat, und einem wärmeisolierenden Bauelement hergesteilt ist. Die wärmeisolierende Schicht besteht aus einer porösen Kohlenstoffstruktur, die zwischen der Zylinderkopfauskleidung und der dünnen Schicht so platziert ist, dass die thermischen Bedingungen der Verbrennungskammer verbessert werden. Die isolierende dünne Schicht, die auf eine hohe Temperatur erwärmt wird, ist aus einem Werkstoff mit niedriger Wärm kapazität gebildet, wobei die Effizienz des Ansaugtaktes des Motors und die Effektivität des Zyklus eine Verbesserung erfahren. Die Widerstandsfähigkeit der dünnen Schicht vermindert sich als Folge einer Verminderung der Dicke des keramischen Werkstoffs; eine Verstärkung der Schicht erfolgt durch Trennwände in Form eines Gitters, die in der wärmeisolierenden Schicht aus einer porösen Kohlenstoffstruktur platziert sind und die dünne Schicht abstützen, wobei gemeinsame Teile der dünnen Schicht und der Trennwände miteinander dauerhaft verbunden sind. Die dünne Schicht ist aus Siliciumnitrid hergestellt. Das Verfahren zur Herstellung der Wärmeisolation der Verbrennungskammer umfasst folgende Schritte: Ausbilden einer Zylinderkopfauskleidung, bestehend aus dem Ausbilden eines unteren Oberflächenteils des Zylinderkopfes aus keramischem Werkstoff sowie dem Ausbilden eines Oberteils der Zylinderbüchse aus keramischem Werkstoff, wobei Trennwände in Form eines Gitters aus keramischem Werkstoff ausgebildet werden, Ausfüllen des Zwischenraums zwischen den Trennwänden mit Kohlenstoffpulver, Polieren der Innenfläche der Trennwände, die Kohlenstoff beinhalten, und Aufbringen von keramischem Werkstoff in einem chemischen Abscheidungsverfahren aus der Gasphase auf die polierte Innenfläche der Trennwände, die Kohlenstoff beinhalten, wodurch Verbinden der Schicht mit den Trennwänden folgt.
Eine Verbrennungskammer mit Einlagen, ein Verfahren zu ihrer Herstellung und ihre Anwendung sind aus der USA-Patentanmeldung Nr. US2013/0104846 bekannt. Einlagen sind ein integraler Bestandteil der Verbrennungskammeranlage oder können separate Bauelemente sein, die mit der Anlage verbunden sind. Wenn die Einlagen separate Bauelemente bilden, können diese durch Verfahren des Klebens, Lötens oder Hartlötens oder mit Schrauben, Klinken oder anderen Befestigungsmechanismen mit der Verbrennungskammeranlage verbunden werden. Einlagen können eine Beschichtung haben, die auf Bauteile der Verbrennungskammeraniage angewendet wird. Die Einlage wird aus Werkstoff hergestellt, der aus der Gruppe Bomitrid, Aluminiumnitrid, Siliciumnitrid, Graphit, Graphen, Kohlenstoff, Berylliumoxid, Magnesiumoxid, Alummiumborid, Kohlenstoff und Bor, Kohlenstoff und Silicium, Carbide und Nitride, Siliciumcarbid, Siliciumborid und Kombinationen dieser Werkstoffe oder anderen Werkstoffen, die ähnlich geeignete thermische Eigenschaften haben, ausgewählt ist. In einigen Ausführungsbeispielen haben Plättchen die synthetische Charakteristik einer Matrix von Kristallen, die an das Zurückhalten von Wärme angepasst sind. Einlagen können parallel zu sich mikroskopisch dünne Schichten enthalten, die aus verschiedenen Werkstoffen - mit besonderen thermischen Eigenschaften ausgewählt - hergestellt sind, beispielsweise aus Graphit oder Graphen, die Werkstoffe mit niedriger Dichte und relativ hoher Wärmeleitfähigkeit darstellen. Schichten können zur Vergrößerung der Leitfähigkeit mit einer Kühl- oder Heizquelle verbunden sein. Darüber hinaus kann die Verbrennungskammeraniage Sensoren und/oder Bauelemente zur Ermittlung und Übertragung von Eigenschaften der Verbrennungskammer und von Ereignissen wie der Temperatur und des Druckes sowie zur Rückführung von Daten zu einer Steuereinheit enthalten. Solch eine Rückführung ermöglicht eine ungewöhnlich schnelle und adaptive Anpassung an erwünschte Faktoren und Merkmale der Kraftstoffeinspritzung, des Kraftstoffförderdruckes, der verzögerten Kraftstoffeinspritzung, der Synchronisierung des Druckes in der Verbrennungskammer und/oder der Temperatur, der Zündzeiten und anderer Parameter.
Aus der Deutschen Patentschrift Nr. DE1 1203 1 102782 sind eine durch Anodisieren gebildete Oxidschicht für Verbrennungsmotoren sowie ein Verfahren zu ihrer Herstellung bekannt. Die isolierende Oxidschicht mit niedriger Wärmekapazität und niedriger Wärmeleitfähigkeit ist auf die gesamte Oberfläche der Wände der Verbrennungskammer, die dem Inneren der Verbrennungskammer zugewandt sind, oder auf einen Teil davon aufgebracht. Durch elektrolytische Oxädation wird auf die Verbrennungskammer eine kompakte Sperrschicht aufgebracht, auf der eine poröse Schicht gebildet wird, die aus in der Mitte hohlen, aufrechten Säulen besteht. Die poröse Schicht hat eine Mikrostruktur mit 15 % bis 40 % Hohlräumen, die im Inneren der Säulen sowie in den Zwischenräumen zwischen den Säulen entstanden sind, wobei das Verhältnis der Durchmesser der Löcher in den Säulen zu den Durchmessern der Säulen im Bereich von 0,3 bis 0,6 liegt. An der dem Inneren der Verbrennungskammer zugewandten Seite wird die poröse Schicht durch eine dünne Abdichtungsschicht abgeschlossen. Die Dicke der Oxidschicht beträgt 100 μιη bis 500 μηι, und sie kann aus Alumit hergestellt werden. Bei diesen Parametern verändert die Oxidschicht im Arbeitstakt „pendelartig" die Temperatur ihrer Oberfläche proportional zu der Temperatur der Gase in der Verbrennungskammer, und die Temperaturunterschiede und die Wärmeverluste sind geringer, was zu einer 5%igen Verbesserung des Kraftstoffverbrauchs führt. Die Temperatur der Abgase im Auslass steigt um 15°C, was einen schnelleren Zerfall von Stickoxiden im Verlauf ihrer Desaktivierung zur Folge hat. Hingegen würde eine Oxidschicht mit einer Dicke von mehr als 500 μηι damit beginnen, selbst Wärme anzusammeln, was ungünstig für den Kraftstoffverbrauch ist. Für die Anwendung bekannte Kühlanlagen von Kolben Verbrennungsmotoren regeln die mittleren Temperaturen des Motorblocks, was dazu führt, dass der Verbrennungskammerinhalt durch aufeinander folgende Betriebszyklen des Verbrennungsmotors ohne Unterscheidung der thermischen Anforderungen in den einzelnen Phasen des einzelnen Zyklus in der einzelnen Verbrennungskammer in gleicher Weise abgekühlt wird. Zeitkonstanten der externen Regelungsanlage betragen mindestens einige zehn Sekunden, dagegen laufen thermische Veränderungen in einem einzelnen Motorbetriebszyklus in Millisekunden ab. Der Inhalt der Verbrennungskammer wird auch nach Verbrennung des Gemisches abgekühlt, und ein Teil der aus dem Kraftstoff gewonnenen Wärmeenergie, der mit der hinausgehenden mechanischen Energie vergleichbar äst, wird aus dem Verbrennungskammerinhalt der Außenkühlanlage zugeführt. Somit wird interne Energie des Verbrennungskammerinhalts im Arbeitstakt durch Abführen von überschüssiger Wärme nach außen angeglichen.
Ein Kolbenmotor, der aus der Deutschen Patentschrift Nr. DE 421004 bekannt ist, hat aus möglichst dünnem Blech mit minimaler Wärmekapazität hergestellte Verschalungen zum Schutz der Wände einer Verbrennungskammer vor Verbrennungsgasen. Die Blechverschalung ist an einem Metallgeflecht angebracht, so dass zwischen der Verschalung und der Wand der Verbrennungskammer ein isolierender Luftspalt entsteht. Die Verschalungen sind am Kopf oder am Kolbenboden mit Ringen befestigt, die eine freie Wärmeausdehnung der Verschalungen ermöglichen. Die Befestigungsringe haben abgebogene äußere Ränder, so dass zwischen der Biegung und der Innenfläche des Zylinders ein Luftspalt entsteht.
Der Kern der aktiven Verbrennungskammer gemäß der Erfindung besteht darin, dass es im Inneren der Verbrennungskammer mindestens einen thermischen Puffer gibt, der an den Verbrennungskammerinhalt angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer thermisch getrennt ist. Der thermische Puffer ist aus kompaktem Werkstoff hergestellt, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität größer als 1 , 1 J/cm K und dessen Temperaturleitzahl größer als 0, 1 cm2/s ist. Der thermische Puffer ist gegebenenfalls aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith und vorteilhafterweise aus Zeolith hergestellt. Darüber hinaus hat der thermische Puffer geometrische Abmessungen und ist aus einem Werkstoff hergestellt, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers in dem Bereich von 100 % bis 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt aufgenommenen Wärmeportion liegt, wobei die aus dem Verbrennungskammerinhalt aufgenommene Wärmeportion in dem Bereich von 5 % bis 90 % der Energie liegt, die dem Verbrennungskammerinhalt in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird. Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer im oberen Arbeitsraum der Verbrennungskammer und insbesondere in der Spitzentemperaturzone des Verbrennungskammerinhalts platziert, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel äst, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur ist, wobei die Trenntemperatur gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskamm er inhalts im Arbeitstakt ist.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer durch einen thermischen Isolator von Bauteilen der Verbrennungskammer thermisch getrennt.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer auf die Seitenwand der Verbrennungskammer und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht und/oder ist der thermische Puffer auf Bauteile des Kopfes der Verbrennungskammer und/oder auf die dem Inneren der Verbrennungskammer zugewandte Seite von Ventiltellern aufgebracht.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer in Form mindestens einer Schicht hergestellt, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer aufgebracht ist, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer und Schichten des thermischen Puffers mindestens eine Schicht eines thermischen Isolators platziert ist.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer in Form mindestens zweier Schichten hergestellt, wobei diese Schichten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt sind.
Vorteilhafterweise hat mindestens eine Schicht des thermischen Puffers eine variable Dicke.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine Schicht des thermischen Puffers aus Verbundwerkstoff, insbesondere aus zweiphasigem Verbundwerkstoff, in dem Pufferkömer in einen duktilen Binder eingebracht sind, hergestellt.
Vorteilhafterweise haben die Pufferkörner die Form von Nanoröhrchen mit kreisförmigem oder hexagonalem Querschnitt, deren Basen zu dem Verbrennungskammerinhalt gerichtet sind, wobei die Nanoröhrchen aus Werkstoff hergestellt sind, der aus der Gruppe Wolfram und schwere Wolframlegierungen W-Ni- Fe oder W-Cu-Ni, bei denen der Wolframgehali insbesondere 90 % bis 98 % beträgt, ausgewählt ist, und ist der duktile Binder ein Metall, das aus der Gruppe Ni und dessen Legierungen Ni-Fe, Ni-Cu sowie Co ausgewählt ist.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer aus einem perforierten Plättchen, vorteilhafterweise einem Gitter, hergestellt, wobei der thermische Puffer über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer platziert ist.
Vorteilhafterweise ist im Inneren der Verbrennungskammer mindestens ein Pufferelement angebracht, das aus einer Folie hergestellt ist, die mindestens zwei Schichten enthält, von denen mindestens eine obere Schicht eine Schicht eines thermischen Puffers ist, mindestens eine mittlere Schicht eine Schicht eines thermischen Isolators ist und mindestens eine untere Schicht eine Binderschicht ist, wobei die Binderschicht insbesondere aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt ist.
Vorteilhafterweise hat das Pufferelement eine Form, die an die Bauteile der Verbrennungskammer, auf die es aufgebracht ist, angepasst ist.
Vorteilhafterweise hat die Oberfläche des thermischen Puffers, die an den Verbrennungskammerinhalt angrenzt, eine Farbe und eine Struktur, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer eine an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende erweiterte Oberfläche, wobei diese Oberfläche mattiert ist.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer eine an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende erweiterte Oberfläche, wobei diese Oberfläche porös ist.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer eine an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende erweiterte Oberfläche, wobei diese Oberfläche geprägt und insbesondere gewellt ist.
Vorteilhafterweise ist die Verbrennungskammer mit einer Abschirmung für adiabatische Umwandlung ausgestattet, die insbesondere um die Spitzentemperaturzone, die Zone intensiver Umwandlung und gegebenenfalls die Endtemperaturzone herum angeordnet ist. Vorteilhafterweise ist innerhalb der Verbrennungskammer über der Spitzentemperaturzone eine wärme leitfähige außenerhitzte Wand angebracht, wobei die außenerhitzte Wand vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer und/oder im Kopf der Verbrennungskammer angebracht ist, wobei die außenerhitzte Wand Heizungskanäle hat, wobei der Eingang zu den Heizungskanälen durch den Abgaskanal mit dem Auspuff einer zweiten Verbrennungskammer verbunden ist und der Ausgang aus den Heizungskanälen mit dem Auspuff des Motors verbunden ist und wobei der Abgaskanal insbesondere mit einem Abgasventil ausgestattet ist.
Vorteilhafterweise ist die außenerhitzte Wand, vorteilhafterweise durch einen thermischen Isolator, von dem thermischen Puffer thermisch isoliert.
Vorteilhafterweise sind die außenerhitzte Wand und der thermische Puffer verzahnt, wobei die Grenze zwischen der außenerhitzten Wand und dem thermischen Puffer insbesondere wellenförmig ist.
Vorteilhafterweise sind die außenerhitzte Wand und der Abgaskanal von Bauteilen der Verbrennungskammer thermisch getrennt.
Vorteilhafterweise hat die außenerhitzte Wand Heizungskanäle, die eine an Abgase angrenzende erweiterte innere Oberfläche haben, wobei die innere Oberfläche der Heizungskanäle vorteilhafterweise porös ist.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer geometrische Abmessungen und ist aus einem Werkstoff hergestellt, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel vom oberen Totpunkt des Kolbens bis zur Lage beim Trenndrehwinkel zurücklegt.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer aus einem Metall hergestellt, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Nickel, Platin, Rhenium, Beryllium, Vanadium und deren Legierungen oder Superlegierungen, Aluminiumlegierungen und Eisenlegierungen ausgewählt ist.
Vorteilhafterweise ist innerhalb der Verbrennungskammer über der Spitzentemperaturzone eine wärmeleitfähige außengekühlte Wand angebracht, wobei die außengekühlte Wand vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer angebracht ist, wobei die außengekühlte Wand Kühlungskanäle hat, wobei der Zufluss zu den Kühlungskanälen durch einen Kühlkanal über ein Kühlungsventil mit einer Kühlpumpe verbunden ist und der Abfluss aus den Kühlungskanälen mit dem Rückzufluss der Kühlanlage verbunden ist, wobei die Verbrennungskammer darüber hinaus zwischen der außengekühlten Wand und dem unteren Totpunkt des Kolbens eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung hat, die um die Verbrennungskammer herum angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist die außengekühlte Wand luftgekühlt.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer, vorteilhafterweise in der Endtemperaturzone des Verbrennungskammerinhalts, platziert, wobei der untere Arbeitsraum unter der Trennfläc e liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur ist, wobei die Trenntemperatur gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts im Arbeitstakt ist.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer geometrische Abmessungen und ist aus einem Werkstoff hergestellt, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel von der Lage beim Trenndrehwinkel bis zum unteren Totpunkt des Kolbens zurücklegt.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith, vorteilhafterweise aus Zeolith, hergestellt, wobei die Verbrennungskammer mit einem Ladungsbefeuchter ausgestattet ist, der vorteilhaftenveise im Ansaugsystem des Motors angeordnet ist.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer in der Endtemperaturzone angeordnet, wobei in der Lage des Kolbens im oberen Totpunkt mindestens ein Teil der Oberfläche des thermischen Puffers an Öl oder Ölnebel im Kurbelgehäuse des Motors angrenzt.
Vorteilhafterweise ist auf den Kolbenboden mindestens ein thermischer Puffer, der an den Verbrennungskammerinhalt angrenzt, aufgebracht.
Vorteilhafterweise ist der thermische Puffer in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, über Vertiefungen im Kolbenboden angebracht.
Vorteilhafterweise hat der thermische Puffer die Form eines flachen Ringes.
Vorteilhafterweise ist zwischen dem Kolben und dem Kopf ein Verbrennungskammerring eingesetzt, der mit einer Stütze ausgestattet ist, in die ein Kranz eingebracht ist, wobei die an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende Oberfläche des Verbrennungskammerringes mit mindestens einer aktiven Schicht bedeckt ist, von denen mindestens eine einen thermischen Puffer bildet.
Vorteilhafterweise bilden aktive Schichten, die auf die Stütze aufgebracht sind, den Kranz.
Vorteilhafterweise ist der Kranz perforiert.
Vorteilhafterweise ist der Kranz in Form eines Netzes und/oder eines Gitters, insbesondere aus vertikalen dünnen Wänden, das in die Stütze eingebracht ist, hergestellt.
Vorteilhafterweise ist der Kranz zwischen der Stütze und einem Rahmen, der insbesondere oval ist, eingebracht.
Vorteilhafterweise ist der Kranz mit radial ausgerichteten Armen versteift.
Vorteilhafterweise sind die Ränder des Verbrennungskammerringes rund.
Vorteilhafterweise ist die Stütze in Spielanpassung zu dem Zylinder ausgeführt, wobei der Außendurchmesser der Stütze kleiner ist als der Innendurchmesser des Zylinders und die Diagonale des Axialschnitts der Stütze größer ist als der Innendurchmesser des Zylinders..
Vorteilhafterweise ist auf die an die glatte Innenfläche des Zylinders angrenzende Fläche der Stütze eine Schicht eines thermischen Isolators mit niedrigem Reibungskoeffiz ienten aufgebracht.
Vorteilhafterweise hat die Stütze obere Stoßdämpfer und/oder untere Stoßdämpfer. Vorteilhafterweise hat der Kranz radial ausgerichtete Schaufeln, wobei geometrische Flächen der Schaufeln unter einem Anstellwinkel zu der Ringachse eingestellt sind, und/oder Flügel, wobei mindestens zwei Flügel, die Rotationskräfte mit einer von der Strömungsrichtung unabhängigen Richtung erzeugen, zu der geometrischen Ringachse parallele Sehnen der Flügel haben, wobei sich die Punkte der maximalen Wölbung der Skelettlinie der Flügel 50 % vom Rand der Fläche des Flügels, also symmetrisch zwischen den Rändern der Fläche, befinden, und/oder mindestens zwei Flügel, die Auftriebskräfte erzeugen, ein Tragflächenprofil haben, wobei die Sehnen dieser Flügel parallel oder unter einem Anstellwinkel zu einer Fläche, die sich senkrecht zu der geometrischen Ringachse erstreckt, also durch geometrische Kreise des Verbrennungskammerringes festgelegt ist, eingestellt sind.
Vorteilhafterweise ist an Schaufeln und/oder an Flügeln des Kranzes ein Gitter und/oder ein Netz angebracht, wobei das Netz insbesondere durch einen Rahmen verstärkt ist.
Vorteilhafterweise ist die Stütze ein federnder Ring.
Vorteilhafterweise ist die Stütze ein gewellter und insbesondere federnder Ring. Vorteilhafterweise ist die Stütze ein federnder tellerförmiger Ring.
Vorteilhafterweise ist der Verbrennungskammerring durch Kopfverbindungsstücke mit dem Kopf verbunden, wobei insbesondere auf die an den Kopf angrenzende Fläche der Stütze eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist.
Vorteilhafterweise sind die Kopfverbindungsstücke durch Press- und/oder Dübel- und/oder Schraubverbindung mit dem Kopf verbunden.
Vorteilhafterweise sind die Kopfverbindungsstücke an den Kopf angeklebt.
Vorteilhafterweise ist der Verbrennungskammerring durch Kolbenverbindungsstücke mit dem Kolben verbunden.
Vorteilhafterweise sind die Kolbenverbindungsstücke durch Press- und/oder Dübel- und/oder Schraubverbindung mit dem Kolben verbunden, wobei insbesondere auf die an den Kolben angrenzende Fläche der Stütze eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist.
Vorteilhafterweise sind die Kolbenverbindungsstücke an den Kolben angeklebt. I I
Vorteilhafterweise ist der Verbrennungskammerring aus Leichtmetallen oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, insbesondere aus Magnesium oder Aluminium oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, auf die aktive Schichten aufgebracht sind, hergestellt.
Vorteilhafterweise ist mindestens eine aktive Schicht eine Isolatorschicht, die aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und niedriger volumetrischer spezifischer Wärmekapazität hergestellt ist.
Vorteilhafterweise ist die Isolatorschicht auf die innere Oberfläche der Stütze und/oder auf den Rahmen aufgebracht.
Vorteilhafterweise ist die Isolatorschicht aus porösen Oxiden, insbesondere aus durch Eloxieren erzeugten Oxiden von Aluminium oder seinen Legierungen, die an der Oberfläche durch eine dünne Abdichtungs Schicht verschlossen sind, hergestellt.
Vorteilhafterweise enthält mindestens eine aktive Schicht Katalysatoren, insbesondere Platin.
Der Kern des Verfahrens gemäß der Erfindung besteht darin, dass zwischen aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen in einem Pufferungszyklus überschüssige Wärmeportionen aus dem Verbrennungskammerinhalt zu einem neuen Verbrennungskammerinhalt übertragen werden und dann im Motorbetriebszyklus Wärme im Inneren des neuen Verbrennungskammerinhalts mit einer aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärmeportion ergänzt wird, wobei im Inneren der Verbrennungskammer mindestens ein thermischer Puffer platziert wird, der an den Verbrennungskammerinhalt angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer thermisch getrennt wird, und die Stelle, wo der thermische Puffer angebracht wird, festgelegt wird entsprechend den Zonen der thermischen Einwirkung auf den Verbrennungskammerinhalt, also der Zündungsgestaltungszone, der Temperaturaußengestaltungszone, der Spitzentemperaturzone, der Zone intensiver Umwandlung und der Endtemperaturzone, die in der Verbrennungskammer für den Arbeitstakt vom oberen Totpunkt bis zum unteren Totpunkt des Kolbens festgelegt werden, wobei der thermische Puffer aus kompaktem Werkstoff hergestellt wird, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität größer als 1 ,1 J/cm3K und dessen Temperaturleitzahl größer als 0, 1 cm2/s ist, und der thermische Puffer gegebenenfalls aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith und vorteilhafterweise aus Zeolith hergestellt wird, wobei der thermische Puffer darüber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers in dem Bereich von 100 % bis 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt aufgenommenen Wärmeportion liegt, wobei aus dem Verbrennungskammennhalt durch den thermischen Puffer eine Wärmeportion in einer Menge von 5 % bis 90 % der Energie, die dem Verbrennungskammerinhalt in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird, aufgenommen wird und dann in demselben Motorbetriebszyklus, vorteilhafterweise wenn sich der Kolbenboden in der Zone intensiver Umwandlung verlagert, nach der Absenkung der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts als Ergebnis der thermodynamischen Umwandlung der Verbrennungskammerinhalt durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer angesammelt hat, aufgeheizt wird. Nach Beendigung des Arbeitstaktes wird die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus durch Wärme, die in dem thermischen Puffer verblieben ist, aufgeheizt, wodurch der thermische Puffer auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt vorbereitet wird. Der Pufferungszyklus, also der Zyklus der Erhitzung und Abkühlung des thermischen Puffers, beginnt vom oberen Totpunkt des Kolbens an, der den Arbeitstakt eröffnet, und endet im oberen Totpunkt des Kolbens, der den Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus abschließt.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer im oberen Arbeitsraum der Verbrennungskammer, vorteilhafterweise in der Spitzentemperaturzone des Verbrennungskammerinhalts, platziert, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur ist, wobei die Trenntemperatur gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts im Arbeitstakt ist.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer durch einen thermischen Isolator von Bauteilen der Verbrennungskammer thermisch getrennt.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer auf die Seitenwand der Verbrennungskammer und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht. Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer auf Bauteile des Kopfes der Verbrennungskammer und/oder auf die dem Inneren der Verbrennungskammer zugewandte Seite von Ventiltellern aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer in Form mindestens einer Schicht hergestellt, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer aufgebracht wird, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer und Schichten des thermischen Puffers mindestens eine Schicht eines thermischen Isolators eingefügt wird. Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer in Form mindestens zweier Schichten hergestellt, wobei diese Schichten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt werden.
Vorteilhafterweise wird in der Verbrennungskammer ein thermischer Puffer platziert, der in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, hergestellt wird, wobei der thermische Puffer über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer platziert wird.
Vorteilhafterweise wird im Inneren der Verbrennungskammer mindestens ein Pufferelement platziert, das aus einer Folie hergestellt ist, die mindestens zwei Schichten enthält, von denen mindestens eine obere Schicht eine Schicht eines thermischen Puffers ist, mindestens eine mittlere Schicht eine Schicht eines thermischen Isolators ist und mindestens eine untere Schicht eine Binderschicht ist.
Vorteilhafterweise wird die Binderschicht aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt.
Vorteilhafterweise wird in der Verbrennungskammer ein thermischer Puffer platziert, dessen an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende Oberfläche eine Farbe und eine Struktur hat, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
Vorteilhafterweise wird in der Verbrennungskammer ein thermischer Puffer platziert, der eine an den Verbrennungskammerinhalt angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche mattiert ist oder diese Oberfläche porös ist oder diese Oberfläche geprägt wird oder ihr insbesondere eine gewellte Form gegeben wird.
Vorteilhafterweise wird die Verbrennungskammer durch eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung abgeschirmt, die vorteilhafterweise um die Spitzentemperaturzone, die Zone intensiver Umwandlung und gegebenenfalls die Endtemperaturzone herum angeordnet wird.
Vorteilhafterweise wird innerhalb der Verbrennungskammer über der Spitzentemperaturzone eine wärmeleitfähige außenerhitzte Wand angebracht, wobei die außenerhitzte Wand vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer und/oder im Kopf der Verbrennungskammer angebracht wird, wobei in der außenerhitzten Wand Heizungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Heizmedium, vorteilhafter weise Abgase aus einer zweiten Verbrennungskammer, zugeführt wird, wobei der Verbrennungskammerinhalt durch eine Wärmeportion aus der zweiten Verbrennungskammer aufgeheizt wird.
Vorteilhafterweise wird die außenerhitzte Wand von dem thermischen Puffer thermisch isoliert, vorteilhafterweise durch einen thennischen Isolator.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer aus einem Werkstoff und mit geometrischen Abmessungen hergestellt, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel vom oberen Totpunkt des Kolbens bis zur Lage beim Trenndrehwinkel zurücklegt.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer aus einem Metall hergestellt, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Nickel, Platin, Rhenium, Beryllium, Vanadium und deren Legierungen oder Superlegierungen, Aluminiumlegierungen und Eisenlegierungen ausgewählt ist.
Vorteilhafterweise wird innerhalb der Verbrennungskammer über der Spitzentemperaturzone eine wärmeleitfähige außengekühlte Wand angebracht, wobei die außengekühlte Wand vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer angebracht wird, wobei in der außengekühlten Wand Kühlungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Kühlmittel, vorteilhafterweise Luft, zugeführt wird.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer, vorteilhafterweise in der Endtemperaturzone des Verbrennungskamm er inhalts, platziert, wobei der untere Arbeitsraum unter der Trennfläche liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trennwinkel ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur ist, wobei die Trenntemperatur gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts im Arbeitstakt ist, wobei wenn sich der Kolbenboden des Kolbens in der Endtemperaturzone verlagert, aus dem Verbrennungskammerinhalt, also Abgasen, vor deren Ausscheidung im Auspufftakt eine Wärmeportion entnommen wird, durch die die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus aufgeheizt wird, wodurch der thermische Puffer auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt vorbereitet wird.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer aus einem Werkstoff und mit geometrischen Abmessungen hergestellt, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel von der Lage beim Trenndrehwinkel bis zum unteren Totpunkt des Kolbens zurücklegt.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith, vorteilhafterweise aus Zeolith, hergestellt, der im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt befeuchtet wird.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer in der Endtemperaturzone angeordnet und wird, wenn sich der Kolbenboden bei dem oberen Totpunkt verlagert, Öl oder Ölnebel im Kurbelgehäuse des Motors durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer angesammelt hat, aufgeheizt.
Vorteilhafterweise wird auf den Kolbenboden mindestens ein thermischer Puffer, der an den Verbrennungskammerinhalt angrenzt, aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird der thermische Puffer in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, über Vertiefungen im Kolbenboden angebracht. Vorteilhafterweise wird auf den Kolbenboden ein thermischer Puffer in Form eines flachen Ringes aufgebracht.
Vorteilhafterweise wird in der Verbrennungskammer zwischen dem Kolben und dem Kopf ein Verbrennungskammerring platziert, auf den vorher aktive Schichten aufgebracht werden, wobei auf den Verbrennungskammerring als aktive Schicht mindestens eine Schicht eines thermischen Puffers und gegebenenfalls mindestens eine Isolatorschicht aufgebracht werden, wobei eine daraus folgende Zunahme des Verdichtungsgrades gegebenenfalls durch eine Verlängerung der Ansaugöffhungszeit korrigiert wird und gleichzeitig in der Einrichtung für die Regulierung der Außenkühlung des Verbrennungskammerinhalts die Einstellungen der Kühlungsintensität gesenkt werden.
Vorteilhafterweise werden durch die aufgetragene Isolatorschicht aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und niedriger Wärmekapazität die Zündung des Gemisches und die Flammenfront gestaltet.
Vorteilhafterweise wird die Stütze des Verbrennungskammerringes in Spielanpassung zu dem Zylinder der Verbrennungskammer hergestellt, wobei wobei der Verbrennungskammerring derart in der Verbrennungskammer angebracht wird, dass sich die geometrische Ringachse möglichst mit der geometrischen Zylinderachse deckt, und dem Verbrennungskammerring werden vorteilhafterweise eine Rotationsbewegung um die Ringachse und gegebenenfalls eine Hin- und Herbewegung entlang der Zylinderachse erteilt.
Vorteilhafterweise wird dem Verbrennungskammerring durch elastische Zusammenstöße oberer Stoßdämpfer mit dem Kopf und elastische Zusammenstöße unterer Stoßdämpfer mit dem Kolben oder durch elastische Zusammenstöße der als federnder und vorzugsweise als gewellter Ring hergestellten Stütze abwechselnd mit dem Kopf und mit dem Kolben eine Hin- und Herbewegung erteilt.
Vorteilhafterweise wird dem Verbrennungskammerring durch Einwirkung des Verbrennungskammerinhalts auf Schaufeln und auf Flügel, die gleichzeitig die synchrone Lage der geometrischen Ringachse in der geometrischen Zylinderachse stabilisieren, eine Bewegung erteilt, wobei die Kräfte der elastischen Zusammenstöße der Stütze mit dem Kopf und mit dem Kolben mittels des durch die Flügel erzeugten aerodynamischen Auftriebskraft beschränkt werden. Vorteilhafterweise wird dem Verbrennungskammerring durch Ausrichtung des Ladungsstrahls auf den Kranz, insbesondere durch Einspritzung von Kraftstoff oder Oxidationsmittel auf Arme und/oder Schaufeln, eine Rotationsbewegung erteilt.
Die aktive Verbrennungskammer gemäß der Erfindung hat dadurch einen vergrößerten thermischen Wirkungsgrad, dass sie mit inneren thermischen Puffern ausgestattet ist, durch die die Außenkühlung beschränkt oder beseitigt wird. Die Verbrennungskammer ermöglicht auch die Verwirklichung eines adiabatischen Kreislaufs. Die aktive Verbrennungskammer mit Übertragung einer Wärmeportion während des Arbeitstaktes ermöglicht eine zeitliche Trennung der Gewinnung von Wärme, vor allem überschüssiger Wärme, von ihrer Verarbeitung bei der thermodynamischen Umwandlung durch Bewahrung von überschüssiger Wärme in der Verbrennungskammer, also in den thermischen Puffern, und anschließend ihre Ausnutzung bei der laufenden und bei der nächsten thermodynamischen Umwandlung bei der zyklischen Aufheizung und Kühlung der thermischen Puffer synchron mit dem einzelnen Motorbetriebszyklus. Eine weitere Vergrößerung des thermischen Wirkungsgrades der aktiven Verbrennungskammer ist das Ergebnis der Übertragung einer Wärmeportion aus der Spitzentemperaturzone zu der Zone intensiver thermodynamischer Umwandlung, in der die kinematischen Determinanten der Kurbelstruktur bei den größten Werten der Tangentialkomponente der Druckkraft auf den Kolben am günstigsten für die thermodynamische Umwandlung sind.
Ebenso erfolgt eine Vergrößerung des thermischen Wirkungsgrades, indem eine frisch eingeführte Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus durch einen ungenutzten Anteil von überschüssiger Wärme sowie durch eine aus Abgasen und auch aus Abgasen einer zweiten Verbrennungskammer gewonnene Wärmeportion aufgeheizt wird. Die Ladung wird nach ihrer Einführung in die Verbrennungskammer aufgeheizt, deshalb verkleinert sich dadurch nicht die Effektivität der Motoraufladung, also der Vergrößerung der Masse der eingeführten Ladung, bei der eine Abkühlung der Ladung bei ihrer externen Verdichtung in Ansaugsystemen für einen besseren Füllungsgrad der Zylinder angewendet wird. Die schnelle Aufnahme von überschüssiger Wärme aus dem Verbrennungskamm erinhait, sogar in Bruchteilen von Millisekunden, durch Aufbringen thermischer Puffer auf den Kopf der Verbrennungskammer und den Kolbenboden sowie durch Erweiterung der Oberfläche thermischer Puffer ist an die Dynamik des verbrennenden Gemisches angepasst und gleicht im Arbeitstakt ohne Verluste die Temperatur und den Arbeitsdruck im Verbrennungskammerinhalt an. Durch lokale Wärmeströme zwischen dem Verbrennungskammerinhalt und dem thermischen Puffer wird gleichzeitig eine vorübergehende und örtliche Überhitzung in dem verbrennenden Gemisch unterdrückt. Das hat zur Folge, dass eine Beschränkung oder Beseitigung von Selbstzündungen und Klopfen, der Freisetzung von Stickoxiden ΝΟχ sowie des Abbaus von Hydroxidketten im Kraftstoff eintritt. Vermindert werden auch thermische Höchstbelastungen der Verbrennungskammer sowie schlagartige mechanische Belastungen vor allem der Kurbelwelle und ihrer Lager in der Phase unmittelbar nach dem oberen Totpunkt des Kolbens, in der die kinematischen Determinanten der Kurbelstruktur für sie am ungünstigsten sind. Gleichzeitig erfolgt in der aktiven Verbrennungskammer schon in den ersten Motorbetriebszyklen eine völlige thermische Stabilisierung der Verbrenn ungsbedingungen, und alle schädlichen Erscheinungen der Arbeit des kalten Motors werden beseitigt. Die thermische Stabilisierung der Verbrennungsbedingungen in der Verbrennungskammer, also die völlige Verbrennung, bei der die Verbrennungsprodukte ausschließlich Kohlendioxid und Wasser sind, wird durch die thermische Trägheit der Kühlanlage bestimmt. In der aktiven Verbrennungskammer ist das die Fähigkeit des thermischen Puffers zu seiner schnellen Aufheizung. Die Menge der Wärmeenergie, die für die Aufheizung des thermischen Puffers und vor allem seiner an den Verbrennungskammerinhalt angrenzenden Oberschicht erforderlich ist, wird schon in den ersten Motorbetriebszyklen erreicht. Das Aufbringen thermischer Puffer in der Verbrennungskammer ist technologisch einfach und erfordert keine erheblichen Konstruktionsveränderungen des Motors. Das Aufbringen thermischer Puffer auf den Kolbenboden oder den Kopf kann bei existierenden Motoren sogar unter Werkstattbedingungen vor allem unter Anwendung serienmäßig bereitgestellter Pufferelemente durchgeführt werden. Die Aufgabe der Kühlung des Verbrennungskammerinhalts durch den thermischen Puffer und danach die Aufgabe der Zurückgewinnung der aufgenommenen Wärme werden auf die kurze Aufbewahrung einer Wärmeportion während des Arbeitstaktes oder zwischen aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen eingeschränkt. Der Wert der übertragenen Wärmeportion resultiert aus der Menge der Energie, die in einem einzelnen Motorbetriebszyklus in einer einzelnen Verbrennungskammer verarbeitet wird. Sowohl die Zeit der Verarbeitung als auch die Menge der Energie sind gering, und die Verarbeitung erfolgt unter Ausnutzung der grundlegenden Motorfunktionen. Konstruktions- und Ausrüstungsanforderungen sind deshalb vereinfacht und beschränken sich auf geringe Modifizierungen der Verbrennungskammer. ohne zusätzliche Funktionen oder zusätzliche Verarbeitungsanlagen. In der aktiven Verbrennungskammer, in der die Kühlung des Verbrennungskammerinhalts eine zusätzliche Außenkühlung erfordert, ist eine intensive Außenkühlung auf die Zeit beschränkt, in der sich der Kolbenboden in der Temperaturaußengestaltungszone verlagert, was zur Folge hat, dass Wärmeverluste auf unentbehrliche Portionen, die in einem Teil des Arbeitstaktes aufgenommen werden, beschränkt sind. In einem kurzen Impuls der Aufnahme der Wärmeportion, wenn sich die Wärmewelle durch den thermischen Puffer hindurch verlagert, heizt sich die Oberfläche des thermischen Puffers proportional zu dem Wert der Temperatur des entzündeten Gemisches, also von etwa 2000 K bis etwa 1000 K, auf. Das ermöglicht eine katalytische Reinigung von Abgasen an der Oberfläche des thermischen Puffers und auch ein Abbrennen von Verbrennungsrückständen, das schon bei Temperaturen von mehr als etwa 450° C erfolgt.
Eine aktive Verbrennungskammer, die mit einem Verbrennungskammerring ausgestattet ist, ermöglicht ein einfaches Einbringen aktiver Schichten in die Verbrennungskammer und eine intensive Einwirkung der aktiven Schichten auf den Verbrennungskammerinhalt. Aktive Schichten werden draußen auf ein Bauelement, wie es der Verbrennungskammerring ist, aufgebracht, das danach in herkömmlichen Motoren, sogar unter Werkstattbedingungen, in einer Verbrennungskammer platziert wird. Die hohe Intensität der Einwirkung aktiver Schichten wird dadurch, dass sie zu inneren Zonen des Verbrennungskammerinhalts gelangen, und auch durch ein Vermischen bewirkende Bewegungen des Verbrennungskammerringes, der in Spielanpassung und drehbar angebracht ist, erzielt. Konstruktion und Technologie des Verbrennungskammerringes, der außerhalb des Motors hergestellt wird, sind nicht durch die Erfordernisse der Technologie von Motorblöcken beschränkt, und der Ring kann leichter an Bedingungen, die in Verbrennungskammern auftreten, angepasst werden. Die aktive Schicht eines thermischen Puffers erhöht die thermische Effektivität und beschränkt Außenkühlungsverluste. Im Motorbetriebszyklus werden überschüssige Wärmeportionen auf dem ersten Pufferungspfad zyklisch gepuffert, auf dem in der Zone der Zündung und intensiven Verbrennung des Gemisches Wärme zu dem thermischen Puffer aufgenommen wird und der Verbrennungskammerinhalt danach, wenn seine Temperaturen gesunken sind, durch diese Wärme aufgeheizt wird. Durch die aktive Isolatorschicht sowie durch die Form der Bauelemente des Verbrennungskammerringes, an denen sie angebracht ist, werden die Zündung des Gemisches und die Flammenfront gestaltet. Durch einen ovalen Rahmen des Ringes mit einer auf den Rahmen aufgebrachten aktiven Isolatorschicht wird eine ovale Flammenfront mit einer unterschiedlichen Zeit, die die Flammenfront von der Zündungszone bis zum Erreichen der mittleren Zone der Verbrennungskammer braucht, also einer verlängerten Zeit der Verbrennung des Gemisches und einem angeglichenen Arbeitsdruck, gestaltet.
Der Gegenstand der Erfindung wird in dem Ausführungsbeispiel erklärt und in der Zeichnung dargestellt: Fig. 1 zeigt die thermische Struktur einer Verbrennungskammer, wobei, Fig. l a - Temperaturkennlinie des Verbrennungskammerinhalts im Arbeitstakt, Fig. l b - Aufteilung der Verbrennungskammer nach thermischen Zonen, Fig. 2 - zeigt die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors, Fig. 3 zeigt die Wärmeübertragungspfade in der aktiven Verbrennungskammer, Fig. 4 - zeigt den auf die Oberfläche der Verbrennungskammer aufgetragenen thermischen Puffer, wobei, Fig. 4a - thermischer Puffer mit konstanter Dicke, Fig. 4b - thermischer Puffer aus Verbundwerkstoff, Fig. 4c - thermischer Puffer mit variabler Dicke, Fig. 4d - auf die Abschirmung für adiabatische Umwandlung aufgetragener thermischer Puffer, Fig. 4e - mit der außenerhitzten Wand verzahnter thermischer Puffer, Fig. 5 - zeigt das auf den Ventilteller aufzubringende Pufferelement, Fig. 6 - zeigt den aus Nanoröhrchen hergestellten thermischen Puffer, wobei, Fig. 6a Struktur des thermischen Puffers aus Nanoröhrchen mit kreisförmigem Querschnitt, Fig. 6b - Struktur des thermischen Puffers aus Nanoröhrchen mit hexagonalem Querschnitt, Fig. 7 - zeigt die Verbrennungskammer eines Kolbenmotors mit einem in ihr platzierten Verbrennungskammerring, Fig. 8 - zeigt Aufbauschemata eines Verbrennungskammerringes, wobei, Fig. 8a - Aufbauschema eines aus einer Stütze und einem Kranz bestehenden Verbrennungskammerringes, Fig. 8b - Aufbauschema eines aus einer Stütze, einem Kranz und einem Rahmen bestehenden Verbrennungskammerringes, Fig. 8c - Aufbauschema eines Verbrennungskammerringes mit unteren Stoßdämpfern, Fig. 8d - Aufbauschema eines Verbrennungskammerringes mit Kolbenverbindungsstücken, Fig. 8e - Aufbauschema eines Verbrennungskammerringes mit Kopfverbindungsstücken, Fig. 8f - Aufbauschema eines Verbrennungskammerringes mit oberen Stoßdämpfern, Fig. 9 - zeigt ein Aufbauschema eines Verbrennungskammerringes mit aufgebrachten aktiven Schichten, Fig. 10 - zeigt Ausführungen eines Verbrennungskammerringes, wobei, Fig. 10a Verbrennungskammerring mit einem Kranz in Form eines an einer Stütze angebrachten und mit einem Rahmen verstärkten Gitters, Fig. 10b - Verbrennungskammerring mit einem durch Arme verstärkten Gitter, Fig. 10c - Verbrennungskammerring mit einem Kranz in Form von Schaufeln und Flügeln, Fig. l Od - Verbrennungskammerring mit einem Kranz in Form eines an einer Stütze, Flügeln und Schaufeln angebrachten Gitters, Fig. l Oe - Verbrennungskammerring mit einem Kranz in Form eines an einer Stütze, Flügeln und Schaufeln angebrachten sowie mit einem Rahmen in Form eines Vielecks verstärkten Netzes, Fig. l Of - Verbrennungskammerring mit einem Rahmen in Form einer Ellipse, Fig. 1 1 zeigt eine Stütze in Form eines elastischen geweilten Ringes, Fig. 12 - zeigt ein Einsetzschema eines in einer Verbrennungskammer in Spielanpassung anliegenden Verbrennungskammerringes, Fig. 13 - zeigt ein Einsetzschema eines in einer Verbrennungskammer in Spielanpassung anliegenden Verbrennungskammerringes mit einer gewellten Stütze,
Beispiel 1
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors hat einen im Inneren der Verbrennungskammer KS aufgebrachten thermischen Puffer BT, der an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer KS durch einen thermischen Isolator IT thermisch getrennt ist. Der thermische Puffer BT ist im oberen Arbeitsraum der Verbrennungskammer KS in der Spitzentemperaturzone TH des Verbrennungskammerinhalts KZ platziert, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche Pm liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer KS parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens KT bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel am ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur Tm ist, wobei die Trenntemperatur Tm gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T im Arbeitstakt ist. Der thermische Puffer BT ist in Form einer Schicht hergestellt, die auf innere Wände der Verbrennungskammer KS aufgebracht ist, wobei zwischen den Wänden der Verbrennungskammer KS und der Schicht des thermischen Puffers BT eine Schicht eines thermischen Isolators IT platziert ist. Der thermische Puffer BT ist aus kompaktem Werkstoff hergestellt, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität 1 , 1 J/cm3K beträgt und dessen Temperaturleitzahl 0.1 cm2/s beträgt, wobei der thermische Puffer BT darüber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers BT 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskamm er inhalt KZ aufgenommenen Wärmeportion beträgt, wobei die aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommene Wärmeportion 90 % der Energie beträgt, die dem Verbrennungskammerinhalt KZ in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird. Diese Parameter verleihen dem thermischen Puffer BT Dynamik und einen Pufferungsbereich von niedrigen bis zu höchsten Motordrehzahlen, die für die Stelle, wo er in der Verbrennungskammer KS angebracht ist, passend sind, wobei in der Verbrennungskammer KS im Arbeitstakt vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT bis zum unteren Totpunkt UT des Kolbens KT Zonen der thermischen Einwirkung auf den Verbrennungskammerinhalt KZ, also als Zündungsgestaltungszone ZP, Temperaturaußengestaltungszone ZT, Spitzentemperaturzone TH, Zone intensiver Umwandlung TA und Endtemperaturzone TK, festgelegt werden. Der Durchgang des Kolbenbodens des Kolbens KT durch die Zonen der thermischen Einwirkung auf den Verbrennungskammerinhalt KZ legt aufeinander folgende Zustände des Verbrennungskammerinhalts KZ im Arbeitstakt fest. In der Spitzentemperaturzone TH treten vorübergehend Spitzenwerte der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T auf, die aus der Dynamik der Verbrennung des Gemisches resultieren. Nach der Verbrennung des Gemisches treten in der Spitzentemperaturzone TH auch weitere Werte der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T auf. Wenn sich der Kolbenboden des Kolbens KT in der Zone intensiver Umwandlung TA verlagert, sind die kinematischen Determinanten der Kurbelstruktur bei den größten Werten der Tangentialkoniponente der Druckkraft auf den Kolben KT am günstigsten für die thermodynamische Umwandlung. Wenn sich der Kolbenboden des Kolbens KT dagegen in der Endtemperaturzone TK verlagert, in der nur Endtemperaturen des Verbrennungskammerinhalts T auftreten, ist die thennodynamische Umwandlung schon begrenzt.
In verschiedenen Ausführungen der aktiven Verbrennungskammer KS können die Zündungsgestaltungszone ZP, die Temperaturaußengestaltungszone ZT und die Spitzentemperaturzone TH eine unterschiedliche Reihenfolge haben und können auch miteinander verbunden sein. Die Spitzentemperaturzone TH, die Zone intensiver Umwandlung TA und die Endtemperaturzone TK sind durch eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung OA thermisch geschützt.
Beispiel 2
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass sie einen zweiten, ergänzenden thermischen Puffer BT hat, der zwischen dem ersten thermischen Puffer BT und der Trennfläche Pm platziert und auf die Abschirmung für adiabatische Umwandlung OA aufgebracht ist. Der zweite thermische Puffer BT ist aus kompaktem Werkstoff hergestellt, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität 1 ,5 J/cm3K beträgt und dessen Temperaturleitzahl l,7 cm2/s beträgt, wobei der zweite thermische Puffer BT darüber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers BT 100 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommenen Wärm ep ortion beträgt, wobei die aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommene Wärmeportion 5 % der Energie beträgt, die dem Verbrennungskammerinhalt KZ in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird. Diese Parameter verleihen dem thermischen Puffer BT eine Dynamik und einen Pufferungsbereich, die für die Stelle, wo er in der Verbrennungskammer KS angebracht ist, passend sind.
Beispiel 3
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergesteilt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass sie einen zweiten thermischen Puffer BT hat, der im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer KS in der Endtemperaturzone TK des Verbrennungskammerinhalts KZ platziert ist, wobei in der Lage des Kolbens KT im oberen Totpunkt OT 20 % der Oberfläche des thermischen Puffers BT an Öl oder Ölnebel im Kurbelgehäuse des Motors angrenzen. Darüber hinaus liegt der untere Arbeitsraum unter der Trennfläche Pm, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer KS parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens KT bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel am ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur Tm ist, wobei die Trenntemperatur Tm gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T im Arbeitstakt ist. Der thermische Puffer BT hat geometrische Abmessungen und ist aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel α von der Lage beim Trenndrehwinkel am bis zum unteren Totpunkt UT des Kolbens KT zurücklegt. Dieser thermische Puffer BT ist aus Zeolith hergestellt, wobei die Verbrennungskammer KS mit einem Ladungsbefeuchter ausgestattet ist, der im Ansaugsystem des Motors angeordnet ist.
Beispiel 4
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass innerhalb der Verbrennungskammer KS über der Spitzentemperaturzone TH in der Seitenwand der Verbrennungskammer KS eine wärmeleitfähige außenerhitzte Wand DD angebracht ist. Die außenerhitzte Wand DD und die Wand des thermischen Puffers BT sind verzahnt, wobei die Grenze zwischen der außenerhitzten Wand DD und dem thermischen Puffer BT wellenförmig ist. Die außenerhitzte Wand DD hat Heizungskanäle, wobei der Eingang zu den Heizungskanälen durch den Abgaskanal DS mit dem Auspuff einer zweiten Verbrennungskammer verbunden ist und der Ausgang aus den Heizungskanälen mit dem Auspuff des Motors verbunden ist, wobei der Abgaskanal DS mit einem Abgasventil DV ausgestattet ist. Darüber hinaus ist die außenerhitzte Wand DD von dem thermischen Puffer BT durch einen thermischen Isolator IT thermisch isoliert.
Beispiel 5
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel I mit dem Unterschied, dass innerhalb der Verbrennungskamm er KS über der Spitzentemperaturzone TH in der Seitenwand der Verbrennungskammer KS eine wärmeleitfähige außengekühlte Wand CH angebracht äst. Die außengekühlte Wand CH hat Kühlungskanäle, wobei der Zufluss zu den Kühlungskanälen durch einen Kühlkanal CC über ein Kühlungsventil CV mit einer Kühlpumpe verbunden ist und der Abfluss aus den Kühlungskanälen mit dem Rückzufluss der Kühlanlage verbunden ist. Zwischen der außengekühlten Wand CH und dem unteren Totpunkt UT des Kolbens KT hat die Verbrennungskammer KS eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung OA, die um die Verbrennungskammer KS herum angeordnet ist.
Beispiel 6
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 5 mit dem Unterschied, dass das Kühlmittel Luft ist.
Beispiel 7
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass am Kolbenboden des Kolbens KT zwei thermische Puffer BT angebracht sind, von denen der erste als Schicht in Form eines flachen Ringes, der an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzt, hergestellt ist und der zweite in Form eines Gitters über Vertiefungen im Kolbenboden des Kolbens KT angebracht ist.
Beispiel 8
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie in den Beispielen 1 , 2 und 3 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt durchgeführt werden, also der Zeit, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbehvellendrehwinkel von 360° zurücklegt.
Beispiel 9
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie in den Beispielen 1 und 2 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass die Obergrenze der Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT bis zur Lage beim Trenndreh winkel am zurücklegt.
Beispiel 10
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT aus einer Superlegierung von Nickel, Niob und Tantal mit einem hohen Wolframgehalt, die eine volumetrische spezifische Wärmekapazität von 2,57 J/cm3K sowie eine Temperaturleitzahl von 0,779 cm2/s hat, hergestellt ist.
Beispiel 1 1
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass in der Verbrennungskammer KS auf die Seitenwand der Verbrennungskammer KS und mit ihrer glatten Innenfläche integriert ein thermischer Puffer BT aufgebracht ist sowie weitere vier thermische Puffer BT auf die dem Inneren der Verbrennungskammer KS zugewandte Seite von vier Ventiltellern aufgebracht sind. Die thermischen Puffer BT sind in Form einer Schicht hergestellt, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer KS aufgebracht ist, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer KS und Schichten des thermischen Puffers BT eine Schicht eines thermischen Isolators IT platziert ist. Oberflächen des thermischen Puffers BT, die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzen, haben eine Farbe und eine Struktur, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
Beispiel 12
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 11 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT, die auf Ventilteller aufgebracht sind, eine an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende erweiterte Oberfläche haben, wobei diese Oberfläche mattiert ist.
Beispiel 13
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 1 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT, die auf Ventilteller aufgebracht sind, eine an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende erweiterte Oberfläche haben, wobei diese Oberfläche porös ist.
Beispiel 14
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergesteilt wie im Beispiel 1 1 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT, die auf Ventilteiler aufgebracht sind, eine an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende erweiterte Oberfläche haben, wobei diese Oberfläche geprägt ist und eine gewellte Form hat.
Beispiel 15
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT, der in Form eines perforierten Plättchens hergestellt ist, über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer KS platziert ist.
Beispiel 16
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 5 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT, der über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer KS platziert ist, in Form eines Gitters hergestellt ist.
Beispiel 1 7
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 1 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT aus zwei Schichten bestehen, die aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften hergestellt sind, wobei die Schichten des thermischen Puffers BT eine variable Dicke haben.
Beispiel 1 8
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 1 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT aus zweiphasigem Verbundwerkstoff, in dem Pufferkörner BZ in einen duktilen Binder eingebracht sind, hergestellt sind. Die Pufferkörner BZ haben die Form von Nanoröhrchen mit kreisförmigem Querschnitt, deren Basen zu dem Verbrennungskammerinhalt KZ gerichtet sind.
Beispiel 19
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 18 mit dem Unterschied, dass die Pufferkörner BZ die Form von Nanoröhrchen mit hexagonalem Querschnitt haben.
Beispiel 20
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 1 1 mit dem Unterschied, dass auf Ventilteller Pufferelemente EB aufgebracht sind, die aus einer geschichteten Folie, die eine obere Schicht des thermischen Puffers BT, eine mittlere Schicht des thermischen Isolators IT und eine untere Binderschicht WS enthält, hergestellt sind, wobei die Binderschicht WS aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt ist. Die Pufferelemente EB haben eine Form, die an die Bauteile der Verbrennungskammer KS, auf die sie aufgebracht sind, angepasst ist.
Beispiel 21
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors hat im Inneren der Verbrennungskammer KS einen zwischen dem Kolben KT und dem Kopf KG eingesetzten Verbrennungskammerring P, der aus einer Stütze PA in Form eines Ringes und einem innerhalb dieses Ringes angebrachten Kranz PB besteht. Auf die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberfläche der Bestandteile des Verbrennungskammerringes P ist eine aktive Schicht aufgebracht, und die Oberfläche des Kranzes PB ist eine Arbeitsfläche.
Beispiel 22
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie in Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA Kopfverbindungsstücke PL in Form einer Schraubverbindung hat, mit denen der Verbrennungskammerring P an dem Kopf KG befestigt ist, wobei auf die an den Kopf KG angrenzende Fläche der Stütze PA eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist und auf die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberfläche der Bestandteile des Verbrennungskammerringes P zwei aktive Schichten aufgebracht sind. Die auf die Stütze PA aufgebrachte aktive Schicht ist eine Isolatorschicht BI, deren Werkstoff eine niedrige Wärmeleitfähigkeit und eine niedrige volumetrische spezifische Wärmekapazität hat. Die auf den Kranz PB aufgebrachte aktive Schicht ist eine Schicht eines thermischen Puffers BT.
Beispiel 23
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 22 mit dem Unterschied, dass die Isolatorschicht BI eine Schicht aus porösen, durch Eloxieren erzeugten Aluminiumoxiden ist, die an der Oberfläche durch eine dünne Abdichtungsschicht, die Katalysatoren aus Platin und Rhodium enthält, verschlossen sind.
Beispiel 24
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie in den Beispielen 22 und 23 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA Kolbenverbindungsstücke PN in Form einer Dübelverbindung hat, mit denen der Verbrennungskammerring P an dem Kolben KT befestigt äst, wobei auf die an den Kolben KT angrenzende Fläche der Stütze PA eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist.
Beispiel 25
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass aktive Schichten, die auf die Stütze PA aufgebracht sind, den Kranz PB bilden.
Beispiel 26
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB porös ist und durch einen Rahmen PC, der der Stütze PA gegenüberliegt, verstärkt ist, wobei auf den Rahmen PC und auf die innere Oberfläche der Stütze PA eine aktive Isolatorschicht BI aufgebracht ist und auf die übrige Oberfläche des Verbrennungskammerringes P, die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzt, eine Schicht eines thermischen Puffers BT aufgebracht ist.
Beispiel 27
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein Gitter PK aus vertikalen dünnen Wänden ist, das mit radial ausgerichteten Armen PH und einem ovalen Rahmen PC versteift ist, wobei an den Kolben KT Kolbenverbindungsstücke PN angeklebt sind.
Beispiel 28
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein Netz PG ist, das mit radial ausgerichteten Armen PH und einem Rahmen PC versteift ist, wobei an den Kopf KG Kopfverbindungsstücke PL angeklebt sind. Der Verbrennungskammerring P ist aus Magnesiumlegierungen hergestellt, auf die aktive Schichten aufgebracht sind, und die Ränder des Verbrennungskammerringes P sind rund.
Der Verbrennungskammerring P kann aus Leichtmetallen oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, aus Magnesium oder Aluminium oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, auf die aktive Schichten aufgebracht sind, hergestellt sein.
Beispiel 29
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 21 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA ein Ring ist, der in Spielanpassung zu dem Zylinder KC ausgeführt ist, wobei der Außendurchmesser z der Stütze PA kleiner ist als der Innendurchmesser w des Zylinders KC und die Diagonale d des Axialschnitts der Stütze PA größer ist als der Innendurchmesser w des Zylinders KC. Darüber hinaus ist auf die an die glatte Innenfläche des Zylinders KC angrenzende Fläche der Stütze PA eine Schicht eines thermischen Isolators mit niedrigem Reibungskoeffizienten aufgebracht.
Beispiel 30
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA auf der oberen Seitenfläche obere Stoßdämpfer PO in Form von flachen Federn hat, die die Zusammenstöße des Verbrennungskammerringes P mit dem Kopf KG dämpfen, und auf der unteren Seitenfläche ähnliche untere Stoßdämpfer PP hat, die die Zusammenstöße des Verbrennungskammerringes P mit dem Kolbenboden des Kolbens KT dämpfen.
Beispiel 31
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA ein gewellter Ring ist.
Beispiel 32
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA ein federnder gewellter Ring ist.
Beispiel 33
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA ein federnder tellerförmiger Ring ist. Beispiel 34
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB gleichmäßig angeordnete und radial ausgerichtete Schaufeln PT hat, die an der Stütze PA angebracht sind, wobei geometrische Flächen der Schaufeln PT unter einem Anstellwinkel zu der geometrischen Ringachse PX eingestellt sind.
Beispiel 35
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 34 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein an Schaufeln PT angebrachtes Gitter PK hat.
Beispiel 36
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 35 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein an Schaufeln PT angebrachtes Netz PG hat, das mit einem Rahmen PC in Form eines Vielecks verstärkt ist.
Beispiel 37
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 29 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB gleichmäßig angeordnete und radial ausgerichtete Flügel PS hat, die an der Stütze PA angebracht sind. Die Flügel PS haben zu der geometrischen Ringachse PX parallele Sehnen, wobei sich die Punkte der maximalen Wölbung der Skelettlinie der Flügel PS 50 % vom Rand der Fläche des Flügels PS, also in der Mitte zwischen den Rändern der Fläche, befinden. Die Skelettlinie ist symmetrisch, und die Richtung der erzeugten aerodynamischen Kraft, die eine Kraft ist, die den Verbrennungskammerring P um die Ringachse PX rotieren lässt, ist konstant und unabhängig von der Strömungsrichtung.
Beispiel 38
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 37 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB Flügel PS hat, die ein Tragflächenprofil haben, wobei die Sehnen dieser Flügel PS unter einem Anstellwinkel zu einer Fläche, die sich senkrecht zu der geometrischen Ringachse PX erstreckt und durch geometrische Kreise des Verbrennungskammerringes P festgelegt ist, eingestellt sind. Die erzeugte aerodynamische Kraft ist auf den Kopf KG gerichtet und ist eine Auftriebskraft des Verbrennungskammerringes P. Beispiel 39
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie in den Beispielen 37 und 38 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein an Flügeln PS angebrachtes Gitter PK hat.
Beispiel 40
Die aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors ist hergestellt wie im Beispiel 3 mit dem Unterschied, dass der Kranz PB ein an Flögeln PS angebrachtes Netz PG hat, das mit einem Rahmen PC verstärkt ist.
Die aktive Verbrennungskammer KS eines Kolbenmotors gemäß der Erfindung kann in Abhängigkeit von den Aufgaben der Wärmeübertragung mit einigen thermischen Puffern BT ausgestattet sein, dazu gehören thermische Puffer BT, die auf die Seitenwand der Verbrennungskammer KS und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht sind, im oberen Arbeitsraum zur Pufferung von überschüssiger Wärme und im unteren Arbeitsraum zur Pufferung von Wärme aus Abgasen und weitere thermische Puffer BT auf Bauteilen des Kopfes der Verbrennungskammer KS, auf der dem Inneren der Verbrennungskammer KS zugewandten Seite von Ventiltellern sowie am Kolbenboden des Kolbens KT. Der thermische Puffer BT kann in Form eines perforierten Plättchens oder eines Gitters hergestellt sein, wobei der plättchen- oder gitterförmige thermische Puffer BT über einer Vertiefung im Kopf einer Verbrennungskammer KS oder über einer Vertiefung im Kolbenboden des Kolbens KT platziert ist. Der thermische Puffer BT kann ebenso in Form einer Schicht hergestellt sein, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer KS aufgebracht ist, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer KS und Schichten des thermischen Puffers BT eine Schicht eines thermischen Isolators IT platziert ist. Darüber hinaus kann der thermische Puffer BT in Form von Schichten hergestellt sein, die aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften sowie aus Verbundwerkstoff hergestellt sind. Der Verbundwerkstoff kann ein zweiphasiger Werkstoff sein, in dem Pufferkörner BZ in einen duktilen Binder eingebracht sind. Die Pufferkörner BZ haben die Form von Nanoröhrchen, deren Basen zu dem Verbrennungskammerinhalt KZ gerächtet sind, wobei die Nanoröhrchen aus einem Werkstoff hergestellt sind, der aus der Gruppe Wolfram und schwere Wolframlegierungen W-Ni-Fe oder W-Cu-Ni, bei denen der Wolframgehalt 90 % bis 98 % beträgt, ausgewählt ist, wogegen der duktile Binder ein Metali ist, das aus der Gruppe Ni und dessen Legierungen Ni-Fe, Ni-Cu sowie Co ausgewählt ist. Schichten des thermischen Puffers BT können eine variable Dicke haben. Im Inneren der Verbrennungskammer KS können darüber hinaus Pufferelemente EB angebracht sein, die aus einer Schichtfolie, die eine obere Schicht des thermischen Puffers BT, eine mittlere Schicht des thermischen Isolators IT und eine untere Binderschicht WS enthält, hergestellt sind, wobei die Binderschicht WS aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt sein kann und die Pufferelemente EB eine Form haben, die an die Bauteile der Verbrennungskammer KS, auf die sie aufgebracht sind, angepasst ist.
Beispiel 41
Ein Verfahren zur Übertragung von Wärme in einer aktiven Verbrennungskammer besteht darin, dass zwischen aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen in einem Pufferungszyklus eine überschüssige Wärnieportion aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ zu einem neuen Verbrennungskammerinhalt KZ übertragen wird und dann im Motorbetriebszyklus Wärme im Inneren des neuen Verbrennungskammerinhalts KZ mit einer aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärmeportion ergänzt wird, wobei im Inneren der Verbrennungskammer KS mindestens ein thermischer Puffer BT platziert wird, der an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer KS thermisch getrennt wird. Die Stelle, wo der thermische Puffer BT angebracht wird, wird festgelegt entsprechend den Zonen der thermischen Einwirkung auf den Verbrennungskammerinhalt KZ, also der Zündungsgestaltungszone ZP, der Temperaturaußengestaltungszone ZT, der Spitzentemperaturzone TH, der Zone intensiver Umwandlung TA und der Endtemperaturzone TK, die in der Verbrennungskammer KS für den Arbeitstakt von OT bis UT des Kolbens KT festgelegt werden. Die Verbrennungskammer KS wird zusätzlich durch eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung OA abgeschirmt, die um die Spitzentemperaturzone TH, die Zone intensiver Umwandlung TA und gegebenenfalls die Endtemperaturzone TK herum angeordnet wird. Der thermische Puffer BT wird aus einem Werkstoff und mit geometrischen Abmessungen hergestellt, die derart sind, dass die Obergrenze der Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel α vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT bis zur Lage beim Trenndrehwinkel am zurücklegt, und der thermische Puffer BT wird aus kompaktem Werkstoff hergestellt, bei dem die Untergrenze der volumetrischen spezifischen Wärmekapazität 1 , 1 J/cm3K beträgt und die Untergrenze der Temperaturleitzahl 0, 1 cm2/s beträgt. Der thermische Puffer BT hat geometrische Abmessungen und wird aus einem Werkstoff hergestellt, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers BT 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommenen Wärmeportäon beträgt, wobei aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ durch den thermischen Puffer BT eine Portion von 90 % der Energie aufgenommen wird, die dem Verbrennungskammerinhalt KZ in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird, und der Verbrennungskammerinhalt KZ wird dann in demselben Motorbetriebszyklus, vorteilhaft erweise wenn sich der Kolbenboden des Kolbens KT in der Zone intensiver Umwandlung TA verlagert, nach der Absenkung der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T als Ergebnis der thennodynamischen Umwandlung durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer BT angesammelt hat, zusätzlich erhitzt, und nach Beendigung des Arbeitstaktes wird die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus durch Wärme, die in dem thermischen Puffer BT verblieben ist, zusätzlich erhitzt, wodurch der thermische Puffer BT auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt des nächsten Motorbetriebszyklus vorbereitet wird. Der Pufferungszyklus, also der Zyklus der Erhitzung und Abkühlung des thermischen Puffers BT, beginnt vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT an, der den Arbeitstakt eröffnet, und endet im oberen Totpunkt OT des Kolbens KT, der den Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus abschließt. Der thermische Puffer BT wird im oberen Arbeitsraum der Verbrenn ungskammer KS, vorteilhafterweise in der Spitzentemperaturzone TH des Verbrennungskammerinhalts KZ, platziert, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche Pm liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer KS parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens KT bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel am ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur Tm ist, wobei die Trenntemperatur Tm gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T im Arbeitstakt ist. Der thermische Puffer BT wird durch einen thermischen Isolator IT von Bauteilen der Verbrennungskammer KS thermisch getrennt, wobei der thermische Puffer BT auf die Seitenwand der Verbrennungskammer KS und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht wird. Der thermische Puffer BT wird in Form einer Schicht hergestellt die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer KS aufgebracht wird, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer KS und der Schicht des thermischen Puffers BT eine Schicht eines thermischen Isolators IT eingefügt wird.
Beispiel 42
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass in der Verbrennungskammer KS zwischen dem ersten thermischen Puffer BT und der Trennfläche Pm ein zweiter, ergänzender thermischer Puffer BT platziert und auf die Abschirmung für adiabatische Umwandlung OA aufgebracht wird. Der zweite thermische Puffer BT wird aus kompaktem Werkstoff hergestellt, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität 1 ,5 J/cm3K beträgt und dessen Temperaturleitzahl l ,7 cm7s beträgt, wobei der zweite thermische Puffer BT darüber hinaus geometrische Abmessungen erhält und aus einem Werkstoff hergestellt wird, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers BT 100 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommenen Wärmeportion beträgt, wobei die aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ aufgenommene Wärmeportion 5 % der Energie beträgt, die dem Verbrennungskammerinhalt KZ in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird, und die Obergrenze der Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt durchgeführt werden, also der Zeit, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel α von 360° zurücklegt.
Beispiel 43
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass in der Verbrennungskammer KS ein thermischer Puffer BT in Form eines Pufferelements EB platziert wird, das aus einer Folie hergestellt wird, die Schichten enthält, von denen die obere eine Schicht des thermischen Puffers BT äst, die mittlere eine Schicht eines thermischen Isolators IT ist und die untere eine Binderschicht WS ist. Die Binderschicht WS wird aus einem thermisch isolierenden Werkstoff hergestellt.
Beispiel 44
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass in der Verbrennungskammer KS ein thermischer Puffer BT platziert wird, der in Form eines perforierten Plättchens hergestellt wird, wobei der thermische Puffer BT über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer KS platziert wird.
Beispiel 45
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass innerhalb der Verbrennungskammer KS über der Spitzentemperaturzone TH in der Seitenwand der Verbrennungskammer KS eine wärmeleitfähige außenerhitzte Wand DD angebracht wird, wobei in der außenerhitzten Wand DD Heizungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Heizmedium, vorteilhafterweise Abgase aus einer zweiten Verbrennungskammer, zugeführt wird, wobei der Verbrennungskammerinhalt KZ durch eine Wärmeportion aus der zweiten Verbrennungskammer zusammen mit Wärme, die sich in dem thermischen Puffer BT angesammelt hat, zusätzlich erhitzt wird. Die außenerhitzte Wand DD wird von dem thermischen Puffer BT durch einen thermischen Isolator IT thermisch isoliert.
Beispiel 46
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer KS in der Endtemperaturzone TK des Verbrennungskammerinhalts KZ platziert wird, wobei der untere Arbeitsraum unter der Trennfläche Pm liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer KS parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens KT bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel am ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur Tm ist, wobei die Trenntemperatur Tm gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T im Arbeitstakt ist, wobei wenn sich der Kolbenboden des Kolbens KT in der Endtemperaturzone TK verlagert, aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ, also Abgasen, vor deren Ausscheidung im Auspufftakt eine Wärmeportion entnommen wird, durch die die Ladung im Ansaug- und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus aufgeheizt wird, wodurch der thermische Puffer BT auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt des nächsten Motorbetriebszyklus vorbereitet wird. Der thermische Puffer BT wird aus einem Werkstoff hergestellt und der Puffer BT erhält geometrische Abmessungen, die derart sind, dass die Obergrenze der Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbeiweilendrehwinkel von der Lage beim Trenndrehwinkel am bis zum unteren Totpunkt UT des Kolbens KT zurücklegt. Dieser thermische Puffer BT wird aus Zeolith hergestellt, der im Ansaug- und im Verdichtungstakt befeuchtet wird.
Beispiel 47
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 46 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT aus einem Werkstoff hergestellt wird und der Puffer BT geometrische Abmessungen erhält, die derart sind, dass die Obergrenze der Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand gleich der Zeit ist, in der der Ansaugtakt und der Verdichtungstakt durchgeführt werden, also der Zeit, in der die Kurbelwelle einen Weg entsprechend einem Kurbeiweilendrehwinkel a von 360° zurücklegt.
Beispiel 48
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass innerhalb der Verbrennungskammer KS über der Spitzentemperaturzone TH in der Seitenwand der Verbrennungskammer KS eine wärmeleitfähige außengekühlte Wand CH angebracht wird, wobei in der außengekühlten Wand CH Kühlungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Kühlmittel, vorteilhafterweise Luft, zugeführt wird. Beispiel 49
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass innerhalb der Verbrennungskammer KS ein thermischer Puffer BT angebracht wird, der aus einer Superlegierung von Nickel, Niob und Tantal mit einem hohen Wolframgehalt, die eine volumetrische spezifische Wärmekapazität von 2,57 J/cm3K sowie eine Temperaturleitzahl von 0,779 cm7s hat, hergestellt wird.
Beispiel 50
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass ein thermischer Puffer BT auf die Seitenwand der Verbrennungskammer KS und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht wird sowie weitere vier thermische Puffer BT auf die dem Inneren der Verbrennungskammer KS zugewandte Seite von vier Ventiltellern aufgebracht werden. Die thermischen Puffer BT werden in Form einer Schicht hergestellt, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer KS aufgebracht wird, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer KS und Schichten des thermischen Puffers BT eine Schicht eines thermischen Isolators IT platziert wird. Oberflächen des thermischen Puffers BT, die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzen, erhalten eine Farbe und eine Struktur, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
Beispiel 51
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 50 mit dem Unterschied, dass an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberflächen der auf Ventilteller aufgebrachten thermischen Puffer BT durch Mattieren erweitert werden.
Beispiel 52
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 50 mit dem Unterschied, dass auf thermischen Puffern BT, die auf Ventilteller aufgebracht werden, eine poröse Oberfläche hergestellt wird.
Beispiel 53
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 50 mit dem Unterschied, dass an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberflächen der auf Ventilteller aufgebrachten thermischen Puffer BT durch Prägen erweitert werden und diesen Oberflächen eine gewellte Form gegeben wird.
Beispiel 54
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT in Form eines perforierten Plättchens hergestellt wird, das über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer KS angebracht wird.
Beispiel 55
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT in Form eines Gitters hergestellt wird, das über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer KS angebracht wird.
Beispiel 56
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass der thermische Puffer BT aus zwei Schichten mit unterschiedlichen thermischen und mechanischen Eigenschaften sowie mit einer variablen Dicke hergesteilt wird.
Beispiel 57
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 56 mit dem Unterschied, dass die thermischen Puffer BT aus zweiphasigem Verbundwerkstoff hergestellt werden, in dem Pufferkörner BZ in einen duktilen Binder eingebracht sind. Die Pufferkörner BZ werden als Nanoröhrchen mit kreisförmigem Querschnitt geformt, deren Basen zu dem Verbrennungskammerinhalt KZ gerichtet sind, wobei die Nanoröhrchen aus einer schweren Wolframlegierung W- Ni-Fe, bei der der Wolframgehalt 98 % beträgt, hergestellt werden, wogegen als duktiler Binder die Legierung Nä-Fe verwendet wird.
Beispiel 58
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 57 mit dem Unterschied, dass die Pufferkörner BZ als Nanoröhrchen mit hexagonalem Querschnitt geformt werden. Beispiel 59
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 50 mit dem Unterschied, dass auf Ventilteller Pufferelemente EB aufgebracht werden, die aus einer separat gefertigten geschichteten Folie hergestellt werden. Die Folie wird aus einer oberen Schicht des thermischen Puffers BT, einer mittleren Schicht des thermischen Isolators IT und einer unteren Binderschicht WS geformt, wobei die Binderschicht WS aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt wird. Den Pufferelementen EB wird eine Form gegeben, die an die Bauteile der Verbrennungskammer KS, auf die sie aufgebracht werden, angepasst ist.
Das Verfahren gemäß der Erfindung ermöglicht wiederhoibare Wärmepufferungszyklen, beginnend vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT am Anfang des Arbeitstaktes bis zum oberen Totpunkt OT des Kolbens KT am Ende des Verdichtungstaktes des nächsten Motorbetriebszyklus, wobei in diesem Zyklus Wärme im Verbrennungskammerinhalt KZ durch Übertragung einer Wärmeportion innerhalb der Verbrennungskammer KS, aber außerhalb ihres Inhalts, angeglichen wird. Wärmeportionen werden durch thermische Puffer auf drei Wärmeübertragungspfaden, einem ersten Pufferungspfad Sl , einem zweiten Pufferungspfad S2 und einem dritten Pufferungspfad S3, übertragen. Auf dem ersten Pufferungspfad S l wird überschüssige Wärme übertragen, auf dem zweiten Pufferungspfad S2 wird Wärme aus Abgasen übertragen und auf dem dritten Pufferungspfad S3 wird Wärme aus Abgasen einer zweiten Verbrennungskammer übertragen, wobei der Verbrennungskammerinhalt KZ im laufenden oder im nächsten Motorbetriebszyklus durch übertragene Wärmeportionen zusätzlich erhitzt wird. Die Pufferung von Wärme im Zyklus vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT am Anfang des Arbeitstaktes bis zum oberen Totpunkt OT des Kolbens KT am Ende des Verdichtungstaktes des nächsten Betriebszyklus erfolgt unabhängig vom Motortyp, d.h. bei Viertaktmotoren wie auch bei Zweitaktmotoren mit Funkenzündung und auch mit Selbstzündung. In Abhängigkeit von den Aufgaben der Wärmeübertragung werden in der aktiven Verbrennungskammer KS einige thermische Puffer BT aufgebracht, wozu solche gehören, die auf die Seitenwand der Verbrennungskammer KS mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht werden; weitere thermische Puffer BT werden auf Bauteile des Kopfes der Verbrennungskammer KS und auch auf die dem Inneren der Verbrennungskammer KS zugewandte Seite von Ventiltellern sowie auf den Kolbenboden des Kolbens KT in Form eines perforierten Plättchens oder eines Gitters oder eines flachen Ringes aufgebracht. Die aufgebrachten thermischen Puffer BT werden in Form von Schichten gebildet, wobei diese Schichten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt werden, insbesondere aus Metall, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Nickel, Platin, Rhenium, Beryllium, Vanadium und deren Legierungen oder Superlegierungen, Aluminiumlegierungen und Eisenlegierungen ausgewählt ist. Darüber hinaus erhalten an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberflächen der thermischen Puffer BT eine Farbe und eine Struktur, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind. Ebenso wird die Oberfläche eines thermischen Puffers BT erweitert, indem sie mattiert, porig gemacht oder geprägt wird.
Beispiel 60
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass die Wärmeportionen in den Verbrennungskammern eines Personenkraftwagens, der einen Vierzylinder- Viertaktmotor, also vier Verbrennungskammern KS, hat, übertragen werden. Der Personenkraftwagen fährt eine Stunde bei Motordrehzahlen zwischen 3000 und 6000 U/min, wobei der Motor Kraftstoff mit einem Heizwert von 10 kWh/Liter proportional zur Motordrehzahl im Bereich von fünf bis zehn Litern verbrennt. Während dieser einen Stunde Fahrt leistet der Motor bei einer Drehzahl von 3000 U/min insgesamt 180 000 Umdrehungen, also bei vier Zylindern insgesamt 360 000 Arbeitstakte. Jeder Motorbetriebszyklus dauert 40 ms, wobei ein Arbeitstakt, als Übergang vom oberen Totpunkt OT des Kolbens KT zum unteren Totpunkt UT des Kolbens KT, 10 ms dauert, und durch den Motor fließt während der einen Stunde Fahrt ohne Änderung der Drehzahl ein Energiestrom von 50 kWh, also 180 Megajoule. Somit fließen in jedem Arbeitstakt 500 J Energie durch jede Verbrennungskammer KS. In ähnlicher Weise leistet der Motor mit einer Drehzahl von 6000 U/min die doppelte Anzahl von Arbeitstakten. Der Energiestrom ist doppelt so groß, aber die in einem einzelnen Arbeitstakt verarbeitete Energieportion ändert sich nicht. Somit ist die Energieportion, die in einem einzelnen Arbeitstakt in einem vorbestimmten Drehzahlbereich verarbeitet wird, unabhängig von der Motordrehzahl und beträgt immer 500 J pro Arbeitstakt, wobei die Laufzeit des Arbeitstaktes im Bereich von 10 ms bis 5 ms variiert.
Aufgrund der bekannten Bilanz, die die durchschnittliche Verteilung der Energieströme in Verbrennungsmotoren beschreibt, wird angenommen, dass die zur Feststellung der Parameter des thermischen Puffers BT zu bestimmende Verteilung der Energieflüsse in einem einzelnen Motorbetriebszyklus in einer Verbrennungskammer KS aufeinanderfolgend 30 %, also 150 J, für die mechanische Arbeit und 10 %, also 50 J, für die Überwindung der Motorreibungskräfte und den Ventiltrieb beträgt. Diese beiden Energieportionen werden durch den Kolben KT als Ergebnis der thermodynamischen Umwandlung übertragen. Dann werden 30 %, also 150 J, mit den Abgasen und 30 %, also 150 J, durch die Motorkühlung ausgeschieden. Um Wärme vor Ausscheidung in das Kühlsystem zu schützen, ist es daher nötig, im Wärmepufferungszyklus, wenn sich der Koibenboden des Kolbens KT in der Spitzentemperaturzone TH bewegt, aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ die Wärmeportion 150 J aufzunehmen.
Diese Wärmeportion wird auf dem ersten Pufferungspfad S l , Fig. 3, übertragen. Der erste Pufferungspfad Sl beginnt in der Spitzentemperaturzone TH mit der Erhitzung des thermischen Puffers BT durch Wärme aus dem Verbrennungskammerinhalt KZ, Die Anfangstemperatur des thermischen Puffers BT beträgt 350 K, und die Anfangsteniperatur des Verbrennungskammerinhalts KZ beträgt 21 0 K, wobei die Zeit der Wärmeübertragung die Durchgangszeit des Kolbenbodens des Kolbens KT durch die Spitzentemperaturzone TH nicht überschreiten soll. Bei einem Kurbelwellendrehwinkelwert der Spitzentemperaturzone TH von 24° und der Motordrehzahl von 6000 U/min beträgt die Durchgangszeit des Kolbenbodens des Kolbens KT durch die Spitzentemperaturzone TH 0,67 ms.
Die Zeit der Wärmeübertragung wird als Summe der Zeit der Aufnahme der Warme durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT und der Durchgangszeit der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT im nichtstationären Zustand bestimmt, wobei in der Durchgangszeit der Wärmewelle der thermische Puffer BT mit der übertragenen Wärmeportion aufgefüllt wird.
Die Wärmeaufnahme durch die Oberfläche berechnet sich nach:
Q = q · S · Δ T · t, dabei sind:
Q - aufgenommene Wärme [J],
W
q - Wärmeübergangskoeffizient Γ —— - 1,
° ° L Km 2 J
S - Oberfläche des thermischen Puffers BT, als Wärmeaufnahmefläche [cm
ΔΤ - Temperaturdifferenz [K], wobei Variabilität der Temperaturen
Wärmeströmen mittels ihrer durchschnittlichen Werte berücksichtigt wurde, t— Wärmeaufnahmezeit [s].
Mit:
ΔΤ = 1750 K,
Q = 150 J,
t = 0,67 ms,
W
q = 50000
Km 2
beträgt die erforderliche Wärmeaufnahmefläche des thermischen Puffers BT:
S = 25 cm2.
Die Auffüllungszeit des thermischen Puffers BT mit der einzelnen Wärmeportion berechnet sich nach der Gesamtwärmekapazität des thermischen Puffers BT, die für Erhitzung im nichtstationären Zustand dreimal höher als für den stationären Zustand angenommen wird. Bei der Erhitzung mit der Impulswärme ist die Kennlinie der Temperaturwerte entlang dem Wärmewellenweg eine Funktion zweiten Grades, deren Integral das den Wert der mittleren Temperatur des thermischen Puffers BT bestimmt, einen Koeffizienten von 1 /3 hat. Demzufolge beträgt die Gesamtwärmekapazität des thermischen Puffers BT für 30 % Wärmepufferung und . 150 J Wärmeportionsübertragung ΔΒ = 450 J und wird wie folgt entwickelt:
Der thermische Puffer BT wird aus Wolfram hergestellt, für den sich die volumetrische spezifische Wärmekapazität berechnet nach:
b = Q■ cp,
dabei sind:
j
b - volumetrische spezifische Wärmekapazität Γ — Γ Γ ],
cm K
Q - Massendichte Γ 1,
cm 3 cp - spezifische Wärme [ ~~ - ],
9K
Mit:
Q = 1 9,3
c m ■ cp = 0.133 ,
gK
beträgt die volumetrische spezifische Wärmekapazität des thermischen Puffers BT:
J
b = 2,567
c m3K
Die Gesamtwärmekapazität des thermischen Puffers BT berechnet sich nach:
ΔΒ = b · x■ S · ΔΤ,
dabei sind:
ΔΒ - Gesamtwärmekapazität [J],
j
b - volumetrische spezifische Wärmekapazität [ 3 - ], x - Schichtdicke des thermischen Puffers BT [mm],
S - Oberfläche des thermischen Puffers BT als Wärmeaufnahmefiäche [cm
ΔΤ - Temperaturdifferenz [K] .
Mit:
= 450 J,
Figure imgf000046_0001
S = 25 cm2,
ΔΤ = 1750 K
beträgt die ausreichende Schichtdicke des thermischen Puffers BT x = 0,04 mm.
Die Wärmediffusivität oder Temperaturleitzahl im thermischen Puffer BT ist definiert als:
λ
a = b *
dabei sind:
cm 2
a - Temperaturleitzahl [ ],
W
λ - Wärmeleitfähigkeit [ — - ], b - volumetrische spezifische Wärmekapazität [
cm 3 K
Mit:
W
λ = 2
cmK '
J
b = 2,567 3 ,
c m K
2
ein
beträgt die Temperaturleitzahl a = 0,779 .
s
Die Durchgangszeit der Wärmewelle durch die Schicht des thermischen Puffers berechnet sich nach: t = *: ,
2 a
dabei sind:
t - Durchgangszeit der Wärmewelle [s],
x - Schichtdicke des thermischen Puffers BT [mm],
cm 2
a - Temperaturleitzahl [ —— ]. Mit:
x - 0, 1 mm, die aus technologischen Gründen größer als die berechnete ausreichende Schichtdicke angenommen wird, a - 0.779 2ü! ,
s
beträgt die Durchgangszeit der Wärmewelle durch die Schicht des thermischen Puffers BT:
t = 0,064 ms.
Zu dieser Zeit geht der Kolben KT bei einer Motordrehzahl von 6000 U/min auf einem Weg, der einem Kurbe!wel!endrehwinkel α von 2,3° entspricht. Demnach ist die Wärmeaufnahmezeit durch die Oberfläche des thermischen Puffers BT viele Male länger als die Durch gangszeit der Wärmewelle durch den thermischen Puffer BT, was die geometrischen Abmessungen des thermischen Puffers BT bestimmt.
Im weiteren Verlauf des ersten Pufferungspfades S l, wenn sich der Kolbenboden des Kolbens KT unterhalb der Spitzenteniperaturzone TH bewegt und in die Zone intensiver Umwandlung TA eintritt und darin unten die Trennfläche Pm passiert, wird die Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T infolge der thermodynamischen Umwandlung in der Endtemperaturzone TK auf einen Wert im Bereich um 1800 K bis 1000 K abgesenkt.
Der thermische Puffer BT gibt die Wärmeportion ab und gleicht seine Temperatur mit der Temperatur des Verbrennungskammerinhaits T ab. Die Wärmeportionsübertragung aus dem thermischen Puffer BT zu dem Verbrennungskammerinhalt KZ berechnet sich nach:
Q = q - S - Ä T - t.
Mit:
S = 25 cm\
ΔΤ = 400 K,
t = 4 ms, als Durchgangszeit des Kolbenbodens des Kolbens KT unterhalb der Spitzentemperaturzone TH, bekommt der Verbrennungskammerinhalt KZ aus dem thermischen Puffer BT im Arbeitstakt die Wärmeportion von Q = 100 J zurück. Zusammen mit interner Wärme wird die Wärmeportion von Q = 100 J mit dem wegen des zweiten Hauptsatzes der Thermodynamik angenommenen Wirkungsgrad von 50 % in mechanische Arbeit umgewandelt. Die restlichen 50 % von Q, d.h. 50 J Wärme, vergrößern die Abgaswärme von 150 J auf 200 J. Im unteren Totpunkt UT des Kolbens KT, wenn der Ausstoßtakt beginn behält der thermische Puffer BT den restlichen Teil der Wärme von Q = 50 J mit der Endtemperatur vom Arbeitstakt um etwa 1000 K. Nach Einführen einer Frischladung mit einer Anfangstemperatur um etwa 300 K wird die im thermischen Puffer BT verbliebene Wärmeportion in den neuen Verbrennungskammerinhalt KZ übertragen. Dabei wird der thermische Puffer BT auf die Anfangstemperatur des nächsten Wärmepufferungszyklus von etwa 350 K abgekühlt.
Mit:
W
q = 20000
Km 2 '
S = 25 cm2,
ΔΤ = 350 Κ,
t— 8 ms, als 80 % der Laufzeit von Ansaugtakt und Verdichtungstakt, wird es möglich, in den neuen Verbrennungskammerinhalt KZ aus dem thermischen Puffer BT im Ansaugtakt und Verdichtungstakt eine Wärmeportion von bis zu Q = 140 J zu übertragen. Demnach wird der thermische Puffer BT mit großer Dynamikreserve abgekühlt.
Mit Endbilanz aller Wärmeportionen in dem Verbrennungskammerinhalt KZ, die alle Pufferungspfade endet. wird die interne Wärme des neuen Verbrennungskammerinhalts KZ auch mittels der aus dem thermischen Puffer BT übertragenen End- Wärmeportion von Q = 50 J zusammen mit der aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärme gebildet und hierbei überschüssige Wärme im nächsten Arbeitstakt, im nächsten Wärmepufferungszyklus, gebildet.
Beispiel 61
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie in den Beispielen 46 und 60 mit dem Unterschied, dass die Wärmeportionen in der Verbrennungskammer KS zusätzlich auf dem zweiten Pufferungspfad S2 übertragen werden. Der zweite Pufferun sp fad S2 beginnt, wenn der Kolbenboden des Kolbens KT in die Endtemperaturzone TK, in der ein zweiter thermischer Puffer BT eingebettet ist, eintritt. Der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts T ändert sich von etwa 1200 K bis zur Endtemperatur im unteren Totpunkt UT des Kolbens KT, etwa 1000 K. Die Anfangstemperatur des zweiten thermischen Puffers BT beträgt 350 K. Demzufolge wird der zweite thermische Puffer BT durch den Verbrennungskammerinhalt KZ erhitzt, und die gepufferte Wärmeportion beträgt 75 J, wobei die Wärmepoition übertragen wird, auch wenn der Kolbenboden des Kolbens KT über den unteren Totpunkt UT gegangen ist und der Ausstoßtakt beginnt. Bei einem Kurbelwellendrehwinkelwert der Endtemperaturzone TK von etwa 24° vor dem unteren Totpunkt UT des Kolbens KT und noch etwa 24° nach dem unteren Totpunkt UT des Kolbens KT und bei der Motordrehzahl von 6000 U/min beträgt die Durchgangszeit des Kolbenbodens des Kolbens KT durch die Endtemperaturzone TK 1 ,33 ms.
Mit:
ΔΤ = 650 Κ
Q = 75 J,
t = ! ,_>:> ms, beträgt die erforderliche Wärmeaufnahmefläche des zweiten thennischen Puffers BT: S = 29 cm2.
Demzufolge beträgt die Gesamtwärmekapazität des thermischen Puffers BT für 15 % Wännepufferung und 75 J Wärmeportionsübertragung ΔΒ = 225 J.
Der thermische Puffer BT wird aus Aluminiumlegierung hergestellt.
Mit:
9
Q = 2,7 — -3 ,
c m
0 = 0,9 beträgt die volumetrische spezifische Wärmekapazität des thermischen Puffers BT:
Figure imgf000050_0001
.
Der zweite thermische Puffer BT wird auf bis 1000 K beheizt, und im Ausstoßtakt behält er die übertragene Wärmeportion.
Nach Einführen einer Frischladung mit einer Anfangstemperatur um etwa 300 K wird die im thermischen Puffer BT verbliebene Wärmeportion von Q = 75 J in den neuen Verbrennungskammerinhalt KZ übertragen. Dabei wird der thermische Puffer BT auf eine Anfangstemperatur des ächsten Wärmepufferungszyklus von etwa 350 K abgekühlt.
Mit:
W
q » 20000 — ,
Km 2
S = 29 cnr,
ΔΤ = 350 Κ,
t = 8 ms als 80 % der Laufzeit von Ansaugtakt und Verdichtungstakt
wird es möglich, aus dem thermischen Puffer BT in den neuen Verbrennungskammerinhalt KZ im Ansaugtakt und Verdichtungstakt eine Wärmeportion von bis zu Q = 160 J zu übertragen.
Mit:
ΔΒ = 225 J, b = 2,43 — - ,
c m K
S = 29 cm2. ΔΤ = 650
beträgt die ausreichende Schichtdicke des thermischen Puffers BT x = 0,05 mm.
Mit Endbilanz aller Wärmeportionen in dem Verbrennungskammerinhalt KZ, die alle Pufferungspfade endet, wird die interne Wärme des neuen Verbrennungskammerinhalts KZ auch mittels der aus dem zweiten thermischen Puffer BT übertragenen Wärmeportion von Q = 75 J zusammen mit der aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärme und mit der aus dem ersten thermischen Puffer BT übertragenen Endwärmeportion von Q = 50 J gebildet und hierbei überschüssige Wärme gebildet, von der im nächsten Arbeitstakt, im nächsten Wärmepufferungszyklus, die Wärmeportion von Q = 100 J zurückgewonnen wird. Unter den angenommenen Werten der Temperatur ΔΤ und dem angenommenen Wärmeübergangskoeffizienten q wird somit nach Einbetten von zwei thermischen Puffern BT mit ausreichender Schichtdicke von x = 0,05 mm und einer Oberfläche von S = 25 cm2 und S = 29 cm2 in die Verbrennungskammer KS die als Ergebnis der thermodynamischen Umwandlung durch den Kolben KT im einzelnen Arbeitstakt übertragene mechanische Energieportion von 200 J auf 312 J vergrößert, ohne dass die Kraftstoffzufuhr vergrößert wird.
Diese zusätzliche mechanische Energieportion wird nach thermodynamischer Umwandlung mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 50 % aus 225 J Wärme gewonnen.
Beispiel 62
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie in den Beispielen 45 und 61 mit dem Unterschied, dass die Wärmeportionen in der Verbrennungskammer KS zusätzlich auf dem dritten Pufferungspfad S3 übertragen werden und die außenerhitzte Wand DD im Kopf der Verbrennungskammer KS eingebettet wird. Der dritte Pufferungspfad S3 beginnt im Ansaugtakt des nächsten Motorbetriebszyklus und endet im Verdichtungstakt dieses Zyklus, wobei die außenerhitzte Wand DD mittels Abgasen mit 800 K Abgastemperatur aus der zweiten Verbrennungskammer erhitzt wird.
Die Anfangsteniperatur der außenerhitzten Wand DD beträgt 350 K. Demzufolge wird in die außenerhitzte Wand DD von den eingeführten Abgasen die Wärmeportion von 50 J übertragen. Gleichzeitig wird eine Frischladung mit einer Anfangstemperatur von etwa 300 K in die Verbrennungskammer KS eingeführt und dann im Ansaug- und
Verdichtungstakt mittels der übertragenen Wärmeportion beheizt.
Mit:
ΔΤ = 300 Κ,
Q = 50 J,
t = 10 ms, q = 20000 [ ^ ] beträgt die erforderliche Abgaswärmeaufnahmefläche der außen erhitzten Wand DD: S - 8,3 cm2,
und die Abgaswärmeaufnahmefläche ist eine an Abgase angrenzende, erweiterte gesamte Innenfläche der Heizungskanäie in der außenerhitzten Wand DD, wobei die Innenfläche der Heizungskanäle porös ist.
Dabei sind die außenerhitzte Wand DD und der Abgaskanal DS von den Bauteilen der Verbrennungskamin er KS thermisch getrennt. Dies Hegt daran, dass die außenerhitzte Wand DD, die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzt, zusätzlich, ähnlich wie der thermische Puffer BT, teilweise die geschützte überschüssige Wärme puffert.
Mit:
ΔΤ = 325 K,
Q = 50 J,
t = 10 ms, q - 20000 ^
beträgt die erforderliche Wärmeaufnahmefläche des Verbrennungskammerinhaits KZ, also die an den Verbrennungskammerinhalt KZ angrenzende Oberfläche der außenerhitzten Wand DD: S = 7, 1 cm2.
Am Ende des Pufferungszyklus, also am Anfang des Arbeitstaktes, wird die interne Wärme des neuen Verbrennungskammerinhalts KZ infoige der Wärmeportionsübertragung auf drei Pufferungspfaden S l , S2 und S3 um l 75 J vergrößert.
Nachdem die Verbrennungskammer KS im Motor zur Umwandlung der Wärmeportion von 500 J ausgelegt ist, wird die Kraftstoffportion im Ansaugtakt verringert, um die Energieportion in der in die Verbrennungskammer KS geladenen Mischung von 500 J auf 325 J zu verringern.
Also wird bei der inneren Wärmebilanz für den Verbrennungskammerinhalt KZ eines einzelnen Motorbetriebszyklus die im Pufferungszyklus übertragene konstante Wärmeportion von 175 J in jedem Motorbetriebszyklus mit der aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärme von 325 J ergänzt.
Dabei wird im folgenden Arbeitstakt infolge Übertragung der Wärmeportion von Q = 100 J aus dem thermischen Puffer BT in den Verbrennungskammerinhalt KZ auf dem ersten Pufferungspfad S l die durch den Kolben KT übertragene Energieportion von 200 J auf 250 J vergrößert. Diese zusätzliche mechanische Energieportion wird nach thermodynamischer Umwandlung mit einem angenommenen Wirkungsgrad von 50 % aus 100 J Wärme gewonnen.
In der Außenbilanz der Energieströme für die einzelnen Motorbetriebszyklen in der einzelnen aktiven Verbrennungskammer KS werden 250 J mechanische Energie aus der durch Verbrennung des Gemisches gewonnenen Energie von 325 J gewonnen, und dann werden 75 J Wärme mit den Abgasen ausgeschieden. Diese 75 J sind die Restwärme von 200 J, die nach dem Arbeitstakt zuerst in den Abgasen geblieben sind und von denen dann eine 75-J-Portion durch den zweiten thermischen Puffer BT in den neuen Verbrennungskammerinhalt KZ gepuffert wurde und eine 50-J-Portion durch die außenerhitzte Wand DD auf die zweite Verbrennungskammer KS übertragen wurde.
Beispiel 63
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 41 mit dem Unterschied, dass auf einen Verbrennungskammerring P außerhalb der Verbrennungskammer KS eine aktive Schicht, die eine Schicht eines thermischen Puffers BT ist aufgebracht wird und der Verbrennungskammerring P mit der aufgebrachten Schicht eines thermischen Puffers BT danach in der Verbrennungskammer KS zwischen dem Kolben KT und dem Kopf KG platziert wird. Im Motorbetriebszyklus werden überschüssige Wärmeportionen auf dem ersten Pufferungspfad S 1 zyklisch gepuffert, auf dem in der Zone der Zündung und intensiven Verbrennung des Gemisches Wärme zu dem thermischen Puffer BT aufgenommen wird und der Verbrennungskammerinhalt KZ danach, wenn seine Temperaturen gesunken sind, durch diese Wärme aufgeheizt wird. Eine Zunahme des Verdichtungsgrades, die durch Platzieren eines zusätzlichen Bauelements in der Verbrennungskammer KS und die daraus folgende Verkleinerung ihres Volumens entstanden ist. wird durch eine Verlängerung der Ansaugöffnungszeit korrigiert. Gleichzeitig werden in der Einrichtung für die Regulierung der Außenkühlung des Verbrennungskammerinhalts KZ die Einstellungen der Kühlungsintensität gesenkt, wodurch die Wärmeportionen, die durch den thermischen Puffer BT zyklisch gepuffert werden, vergrößert werden und die Wärmepoitionen, die der Kühleinrichtung zugeführt werden, verkleinert werden.
Beispiel 64
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 63 mit dem Unterschied, dass an dem Verbrennungskammerring P außerhalb der Verbrennungskammer KS eine aktive Isolatorschicht BI angebracht wird, und nach dem Platzieren des Verbrennungskammerringes P mit der aufgebrachten Isolatorschicht BI in der Verbrennungskammer KS werden im Motorbetriebszyklus durch die hohe Temperatur der Oberfläche der Iso!atorschicht BI, die durch Speicherung von Wärme in den aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen entstanden ist, sowie durch die Form der Stütze PA und des Rahmens PC, auf denen die Isolatorschicht BI aufgebracht wurde, die Zündung des Gemisches und die Flammenfront gestaltet.
Durch einen ovalen Rahmen PC mit einer darauf aufgebrachten aktiven Isolatorschicht BI wird eine ovale Flammenfront mit einer unterschiedlichen Zeit, die die Flammenfront von der Zündungszone bis zum Erreichen der mittleren Zone der Verbrennungskammer KS braucht, gestaltet, also wird die Zeit der Verbrennung des Gemisches verlängert und wird der Arbeitsdruck angeglichen.
Beispiel 65
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 63 mit dem Unterschied, dass die Stütze PA des Verbrennungskammerringes P in Spielanpassung zu dem Zylinder KC der Verbrennungskammer KS ausgeführt wird, wobei der Verbrennungskammerring P derart in der Verbrennungskammer KS platziert wird, dass die Ringachse PX mit der Zylinderachse KX möglichst gleichlaufend äst. Im Motorbetriebszyklus wird dem Verbrennungskammerring P durch elastische Zusammenstöße der Stütze PA abwechselnd mit dem Kopf KG und dem Kolben KT eine Hin- und Herbewegung entlang der Zylinderachse KX erteilt, und durch Einwirkung des Verbrennungskammerinhalts KZ auf die Schaufeln PT werden dem Verbrennungskammerring P Rotationsbewegungen um die Ringachse PX erteilt. Durch die Bewegungen des Verbrennungskammerringes P wird der Verbrennungskammerinhalt KZ vereinheitlicht, wird die Intensität der Wärmeübertragung zwischen dem Verbrennungskammerinhalt KZ und der Schicht eines thermischen Puffers BT erhöht sowie wird die Lage der Ringachse PX in der Zylinderachse KX stabilisiert.
Beispiel 66
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 65 mit dem Unterschied, dass durch Flügel PS mit symmetrischer Skelettlinie, deren Sehne parallel zu der Ringachse PX eingestellt wird und durch die in dem Verbrennungskammerinhalt KZ eine aerodynamische Kraft mit konstanter Richtung unabhängig von der Strömungsrichtung, also unabhängig von der Richtung der Hin- und Herbewegung des Verbrennungskammerringes P, erzeugt wird, dem Verbrennungskammerring P eine unidirektionale Rotationsbewegung um die Ringachse PX erteilt wird. Gleichzeitig werden mittels der Flügel PS, die ein Tragflächenprofil haben, wobei die Sehnen dieser Flügel PS unter einem Anstellwinkel zu einer Fläche, die sich senkrecht zu der geometrischen Ringachse PX erstreckt und durch geometrische Kreise des Verbrennungskammerringes P festgelegt ist, eingestellt werden, und durch die im Verbrennungskammerinhalt KZ ein aerodynamischer Auftrieb erzeugt wird, die Kräfte der elastischen Zusammenstöße der Stütze PA mit dem Kopf KG und dem Kolben KT beschränkt.
Beispiel 67
Das Verfahren zur Wärmeübertragung in der aktiven Verbrennungskammer verläuft wie im Beispiel 65 mit dem Unterschied, dass dem Verbrennungskammerring P durch Ausrichtung des Ladungsstrahls einschließlich der Einspritzung von Kraftstoff und Oxidati onsm ittel auf den Kranz PB eine Rotationsbewegung erteilt wird. Bezugszeichenliste:
BI - Isolatorschicht,
BT - thermischer Puffer.
BZ - Pufferkörner,
CC - Kühlungskanal,
CH - Außengekühlte Wand,
CV - Kühlungsventil,
DD - Außenerhitzte Wand,
DS - Abgaskanal,
DV - Abgasventil,
EB - Pufferelement,
IT - Thermischer Isolator,
KC - Zylinder,
KG - Kopf,
S - Verbrennungskammer,
KT - Kolben,
KX - ZyÜnderachse,
KZ - Verbrennungskammerinhalt,
NZ - Ladungsbefeuchter,
OA - Abschirmung für adiabatische Umwandlung,
P - Verbrennungskammerring,
PA - Stütze,
PB - Kranz,
PC - Rahmen,
PG - N tz,
PH - Arm,
PK - Gitter,
PL - Kopfverbindungsstück,
PN - Kolbenverbindungsstück,
PO - Oberer Stoßdämpfer,
PP - Unterer Stoßdämpfer,
PS - Flügel,
PT - Schaufel,
PX - Ringachse,
Pm - Trennfläche,
S l - Erster Pufferungspfad,
S2 - Zweiter Pufferungspfad,
S3 - Dritter Pufferungspfad,
T - Temperatur des Verbrennungskammerinhalts,
TA - Zone intensiver Umwandlung, TH - Spitzentemperaturzone.
TK - Endtemperaturzone,
Tm - Trenntemperatur,
WS - Binderschicht,,
ZP - Zündungsgestaltungszone,
ZT - Temperaturaußengestaltungszone, - Kurbelwellendrehwinkel, am - Trenndrehwinkel,
d - Diagonale der Stütze, w - Innendurchmesser des Zylinders, z - Außendurchmesser der Stütze.

Claims

Patentansprüche
1. Aktive Verbrennungskammer eines Kolbenmotors, dadurch gekennzeichnet, dass es im Inneren der Verbrennungskammer (KS) mindestens einen thermischen Puffer (BT) gibt, der an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt ist, wobei der thermische Puffer (BT) aus kompaktem Werkstoff hergestellt ist, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität größer als 1 , 1 J/cm3K und dessen Temperaturleitzahl größer als 0, 1 cm2/s ist, und der thermische Puffer (BT) gegebenenfalls aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith und vorteilhafterweise aus Zeolith hergestellt ist, wobei der thermische Puffer (BT) darüber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers (BT) in dem Bereich von 100 % bis 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) aufgenommenen Wärmeportion liegt und wobei die aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) aufgenommene Wärmeportion in dem Bereich von 5 % bis 90 % der Energie liegt, die dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird.
2. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) im oberen Arbeitsraum der Verbrennungskammer (KS), vorteifhafterweise in der Spitzentemperaturzone (TH) des Verbrennungskammerinhalts (KZ), platziert ist, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche (Pm) liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer (KS) parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens (KT) bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel (am) ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur (Tm) äst, wobei die Trenntemperatur (Tm) gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) im Arbeitstakt ist.
3. Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) durch einen thermischen Isolator (IT) von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt ist.
4. Verbrennungskammer nach Ansprüchen 1 und 3, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) auf die Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht ist.
5. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) auf Bauteile des Kopfes der Verbrennungskammer (KS) und/oder auf die dem Inneren der Verbrennungskammer (KS) zugewandte Seite von Ventiltellern aufgebracht ist.
6. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form mindestens einer Schicht hergestellt ist, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer (KS) aufgebracht ist, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer (KS) und Schichten des thermischen Puffers (BT) mindestens eine Schicht eines thermischen Isolators (IT) platziert ist.
7. Verbrennungskammer nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form mindestens zweier Schichten hergestellt ist, wobei diese Schichten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt sind.
8. Verbrennungskammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des thermischen Puffers (BT) eine variable Dicke hat.
9. Verbrennungskammer nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine Schicht des thermischen Puffers (BT) aus Verbundwerkstoff, vorteilhafterweise aus zweiphasigem Verbundwerkstoff, in dem Pufferkörner (BZ) in einen duktilen Binder eingebracht sind, hergestellt ist.
10. Verbrennungskammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Pufferkörner (BZ) die Form von Nanoröhrchen mit kreisförmigem oder hexagonalem Querschnitt haben, deren Basen zu dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) gerichtet sind, wobei die Nanoröhrchen aus Werkstoff hergestellt sind, der aus der Gruppe Wolfram und schwere Wolframlegierungen W-Ni-Fe oder W-Cu-Ni, bei denen der Wolframgehalt vorteilhafterweise 90 % bis 98 % beträgt, ausgewählt ist.
1 1. Verbrennungskammer nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass der duktile Binder ein Metall ist, das aus der Gruppe Ni und dessen Legierungen Ni- Fe, Ni-Cu sowie Co ausgewählt ist.
12. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus einem perforierten Plättchen, vorteilhafterweise einem Gitter, hergestellt ist, wobei der thermische Puffer (BT) über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer (KS) platziert ist.
13. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass es im Inneren der Verbrennungskammer (KS) mindestens ein Pufferelement (EB) gibt, das aus einer Folie hergestellt ist, die mindestens zwei Schichten enthält, von denen mindestens eine obere Schicht eine Schicht eines thermischen Puffers (BT) ist, mindestens eine mittlere Schicht eine Schicht eines thermischen Isolators (IT) ist und mindestens eine untere Schicht eine Binderschicht (WS) ist.
14. Verbrennungskammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Binderschicht (WS) aus thermisch isolierendem Werkstoff hergestellt ist.
15. Verbrennungskammer nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das Pufferelement (EB) eine Form hat, die an die Bauteile der Verbrennungskammer (KS), auf die es aufgebracht ist, angepasst ist.
16. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des thermischen Puffers (BT), die an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt, eine Farbe und eine Struktur hat, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
17. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche mattiert ist.
18. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche porös ist.
1 . Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche geprägt und vorteilhafterweise gewellt ist.
20. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskammer (KS) mit einer Abschirmung für adiabatische Umwandlung (OA) ausgestattet ist, die vorteilhafterweise um die Spitzentemperaturzone (TH), die Zone intensiver Umwandlung (TA) und gegebenenfalls die Endtemperaturzone (TK) herum angeordnet ist.
21. Verbrennungskammer nach Anspruch 1. dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbrennungskammer (KS) über der Spitzentemperaturzone (TH) eine wärmeleitfähige außenerhitzte Wand (DD) angebracht ist, wobei die außenerhitzte Wand (DD) vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) und/oder im Kopf der Verbrennungskammer (KS) angebracht ist, wobei die außenerhitzte Wand (DD) Heizungskanäle hat, wobei der Eingang zu den Heizungskanälen durch den Abgaskanal (DS) mit dem Auspuff einer zweiten Verbrennungskammer verbunden ist und der Ausgang aus den Heizungskanälen mit dem Auspuff des Motors verbunden ist, und wobei der Abgaskanal (DS) vorteilhafterweise mit einem Abgasventil (DV) ausgestattet ist.
22. Verbrennungskammer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die außenerhitzte Wand (DD) von dem thennischen Puffer (BT) thermisch isoliert äst, vorteilhafterweise durch einen thermischen Isolator (IT).
23. Verbrennungskammer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die außenerhitzte Wand (DD) und der thermische Puffer (BT) verzahnt sind, wobei die Grenze zwischen der außenerhitzten Wand (DD) und dem thermischen Puffer (BT) vorteilhafterweise wellenförmig ist.
24. Verbrennungskammer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die außenerhitzte Wand (DD) und der Abgaskanal (DS) von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt sind.
25. Verbrennungskammer nach Anspruch 21 , dadurch gekennzeichnet, dass die außenerhitzte Wand (DD) Heizungskanäle hat, die eine an Abgase angrenzende erweiterte innere Oberfläche haben, wobei die innere Oberfläche der Heizungskanäle vorteilhafterweise porös ist.
26. Verbrennungskammer nach Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers (BT) und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer (BT) im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem urbelwellendrehwinkel ( ) von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel (a) vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (KT) bis zur Lage beim Trenndrehwinkel (am) zurücklegt.
27. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus einem Metall hergestellt ist, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Nickel, Platin. Rhenium, Beryllium, Vanadium und deren Legierungen oder Superlegierungen, Aluminiumlegierungen und Eisenlegierungen ausgewählt ist.
28. Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbrennungskammer (KS) über der Spitzentemperaturzone (TH) eine wärmeleitfahige außengekühlte Wand (CH) angebracht ist, wobei die außengekühlte Wand (CH) vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) angebracht ist, wobei die außengekühlte Wand (CH) Kühlungskanäle hat, wobei der Zufluss zu den Kühlungskanälen durch einen Kühlkanal (CC) über ein Kühlungsventil (CV) mit einer Kühipumpe verbunden ist und der Abfluss aus den Kühlungskanälen mit dem Rückzufluss der Kühlanlage verbunden ist, wobei es darüber hinaus zwischen der außengekühlten Wand (CH) und dem unteren Totpunkt (UT) des Kolbens (KT) eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung (OA) gibt, die um die Verbrennungskammer (KS) herum angeordnet ist.
29. Verbrennungskammer nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass die außengekühlte Wand (CH) luftgekühlt ist.
30. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichne dass der thermische Puffer (BT) im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer (KS), vorteilhafterweise in der Endtemperaturzone (TK) des Verbrennungskammerinhalts (KZ), platziert ist, wobei der untere Arbeitsraum unter der Trennfläche (Pm) liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer (KS) parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens (KT) bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel (am) ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur (Tm) ist, wobei die Trenntemperatur (Tm) gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) im Arbeitstakt ist.
31. Verbrennungskammer nach Ansprüchen 1 und 30, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers (BT) und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer (BT) im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel (a) von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel (a) von der Lage beim Trenndrehwinkel (am) bis zum unteren Totpunkt (UT) des Kolbens (KT) zurücklegt.
32. Verbrennungskammer nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus Werkstoff mit den Eigenschaften von ZeoÜth, vorteilhafterweise aus Zeolith, hergestellt ist, wobei die Verbrennungskammer (KS) mit einem Ladungsbefeuchter (NZ) ausgestattet ist, der vorteilhafterweise im Ansaugsystem des Motors angeordnet ist.
33. Verbrennungskammer nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in der Endtemperaturzone (TK) angeordnet ist, wobei in der Lage des Kolbens (KT) im oberen Totpunkt (OT) mindestens ein Teil der Oberfläche des thermischen Puffers (BT) an Öl oder Ölnebel im Kurbelgehäuse des Motors angrenzt.
34. Verbrennungskammer nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kolbenboden des Kolbens (KT) mindestens ein thermischer Puffer (BT), der an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt, aufgebracht ist.
35. Verbrennungskammer nach Anspruch 34, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, über Vertiefungen im Kolbenboden des Kolbens (KT) angebracht ist.
36. Verbrennungskammer nach Anspruch 34. dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) die Form eines flachen Ringes hat.
37. Verbrennungskammer nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Kolben (KT) und dem Kopf (KG) ein Verbrennungskammerring (P) eingesetzt ist, der mit einer Stütze (PA) ausgestattet ist, in die ein Kranz (PB) eingebracht ist, wobei die an den Verbrennungskamm er inh alt (KZ) angrenzende Oberfläche des Verbrennungskammerringes (P) mit mindestens einer aktiven Schicht (BI, BT) bedeckt ist, von denen mindestens eine einen thermischen Puffer (BT) bildet.
38. Verbrennungskammer nach Anspruch 37. dadurch gekennzeichnet, dass aktive Schichten, die auf die Stütze (PA) aufgebracht sind, den Kranz (PB) bilden.
39. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (PB) perforiert ist.
40. Verbrennungskammer nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (PB) in Form eines Netzes (PG) und/oder eines Gitters (PK), vorteilhafterweise aus vertikalen dünnen Wänden, das in die Stütze (PA) eingebracht ist, hergestellt ist.
41. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (PB) zwischen der Stütze (PA) und einem Rahmen (PC), der vorteilhafterweise oval ist, eingebracht ist.
42. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (PB) mit radial ausgerichteten Armen (PH) versteift ist.
43. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Ränder des Verbrennungskammerringes (P) rund sind.
44. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) in Spielanpassung zu dem Zylinder (KC) hergestellt ist, wobei der Außendurchmesser (z) der Stütze (PA) kleiner ist als der Innendurchmesser (w) des Zylinders (KC) und die Diagonale (d) des Axialschnitts der Stütze (PA) größer ist als der Innendurchmesser (w) des Zylinders (KC).
45. Verbrennungskammer nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass auf die an die glatte Innenfläche des Zylinders (KC) angrenzende Fläche der Stütze (PA) eine Schicht eines thermischen Isolators mit niedrigem Reibungskoeffizienten aufgebracht äst.
46. Verbrennungskammer nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) obere Stoßdämpfer (PO) und/oder untere Stoßdämpfer (PP) hat.
47. Verbrennungskammer nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass der Kranz (PB) radial ausgerichtete Schaufeln (PT), wobei geometrische Flächen der Schaufeln (PT) unter einem Anstellwinkel zu der Ringachse (PX) eingestellt sind, und/oder Flügel (PS) hat, wobei mindestens zwei Flügel (PS), die Rotationskräfte mit einer von der Strömungsrichtung unabhängigen Richtung erzeugen, zu der geometrischen Ringachse (PX) parallele Sehnen der Flügel (PS) haben, wobei sich die Punkte der maximalen Wölbung der Skelettlinie der Flügel (PS) 50 % vom Rand der Fläche des Flügels (PS), also symmetrisch zwischen den Rändern der Fläche, befinden, und/oder mindestens zwei Flügel (PS), die Auftriebskräfte erzeugen, ein Tragflächenprofil haben, wobei die Sehnen dieser Flügel (PS) parallel oder unter einem Anstellwinkel zu einer Fläche, die sich senkrecht zu der geometrischen Ringachse (PX) erstreckt, also durch geometrische Kreise des Verbrennungskammerringes (P) festgelegt ist, eingestellt sind.
48. Verbrennungskammer nach Anspruch 47, dadurch gekennzeichnet, dass an Schaufeln (PT) und/oder an Flügeln (PS) des Kranzes (PB) ein Gitter (PK) und/oder ein Netz (PG) angebracht ist, wobei das Netz (PG) vorteilhafterweise durch einen Rahmen (PC) verstärkt ist.
49. Verbrennungskammer nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) ein federnder Ring ist.
50. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) ein gewellter und vorteilhafterweise ein federnder Ring ist.
51. Verbrennungskammer nach Anspruch 44, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) ein federnder tellerförmiger Ring ist.
52. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskammerring (P) durch KopfVerbindungsstücke (PL) mit dem Kopf (KG) verbunden ist, wobei vorteilhafterweise auf die an den Kopf (KG) angrenzende Fläche der Stütze (PA) eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist.
53. Verbrennungskammer nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfverbindungsstücke (PL) durch Press- und/oder Dübei- und/oder Schraubverbindung mit dem Kopf (KG) verbunden sind.
54. Verbrennungskammer nach Anspruch 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Kopfverbindungsstücke (PL) an den Kopf (KG) angeklebt sind.
55. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskammerring (P) durch Kolbenverbindungsstücke (PN) mit dem Kolben (KT) verbunden ist, wobei vorteilhafterweise auf die an den Kolben (KT) angrenzende Fläche der Stütze (PA) eine Schicht eines thermischen Isolators aufgebracht ist.
56. Verbrennungskammer nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenverbindungsstücke (PN) durch Press- und/oder Dübel- und/oder Schraubverbindung mit dem Kolben (KT) verbunden sind.
57. Verbrennungskammer nach Anspruch 55, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenverbindungsstücke (PN) an den Kolben (KT) angeklebt sind.
58. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass der Verbrennungskammerring (P) aus Leichtmetallen oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, vorteilhafterweise aus Magnesium oder Aluminium oder ihren Legierungen oder Superlegierungen, auf die aktive Schichten aufgebracht sind, hergestellt ist.
59. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Schicht eine Isolatorschicht (BI) ist, die aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und niedriger volumetrischer spezifischer Wärmekapazität hergestellt ist.
60. Verbrennungskammer nach Anspruch 59, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (BI) auf die innere Oberfläche der Stütze (PA) und/oder auf den Rahmen (PC) aufgebracht ist.
61. Verbrennungskammer nach Anspruch 60, dadurch gekennzeichnet, dass die Isolatorschicht (BI) aus porösen Oxiden, vorteilhafterweise aus durch Eloxieren erzeugten Oxiden von Aluminium oder seinen Legierungen, die an der Oberfläche durch eine dünne Abdichtungsschicht verschlossen sind, hergesteilt ist.
62. Verbrennungskammer nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine aktive Schicht (BI, BT) Katalysatoren, vorteilhafterweise Platin, enthält.
63. Verfahren zur Übertragung von Wärme in einer aktiven Verbrennungskammer, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen aufeinander folgenden Motorbetriebszyklen in einem Pufferungszyklus überschüssige Wänneportionen aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) zu einem neuen Verbrennungskammerinhalt (KZ) übertragen werden und dann im Motorbetriebszyklus Wärme im Inneren des neuen Verbrennungskammerinhalts (KZ) mit einer aus der Verbrennung des Gemisches gewonnenen Wärmeportion ergänzt wird, wobei im Inneren der Verbrennungskammer (KS) mindestens ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, der an den Verbrennungskammerinhalt KZ) angrenzt und von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt wird, und die Stelle, wo der thermische Puffer (BT) angebracht wird, festgelegt wird entsprechend den Zonen der thermischen Einwirkung auf den Verbrennungskammerinhalt (KZ), also der Zündungsgestaltungszone (ZP), der Temperaturaußengestaltungszone (ZT), der Spitzentemperaturzone (TH), der Zone intensiver Umwandlung (TA) und der Endtemperaturzone (TK), die in der Verbrennungskammer (KS) für den Arbeitstakt vom oberen Totpunkt (OT) bis zum unteren Totpunkt (UT) des Kolbens (KT) festgelegt werden, wobei der thermische Puffer (BT) aus kompaktem Werkstoff hergestellt wird, dessen volumetrische spezifische Wärmekapazität größer als 1 , 1 J/cm3K und dessen Temperaturleitzahl größer als 0, 1 cm2/s ist, und der thermische Puffer (BT) gegebenenfalls aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith und vorteilhafterweise aus Zeolith hergestellt wird, wobei der thermische Puffer (BT) darüber hinaus geometrische Abmessungen hat und aus einem Werkstoff hergestellt ist, die derart sind, dass der Wert der gesamten Wärmekapazität des thermischen Puffers (BT) in dem Bereich von 100 % bis 650 % des Wertes der aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) aufgenommenen Wärmeportion liegt, wobei aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) durch den thermischen Puffer (BT) eine Wärmeportion in einer Menge von 5 % bis 90 % der Energie, die dem Verbrennungskammerinhalt (KZ) in einem einzelnen Motorbetriebszyklus zugeführt wird, aufgenommen wird und dann in demselben Motorbetriebszyklus, vorteilhafterweise wenn sich der Kolbenboden des Kolbens (KT) in der Zone intensiver Umwandlung (TA) verlagert, nach der Absenkung der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (KZ) als Ergebnis der thermodynamischen Umwandlung der Verbrennungskammerinhalt (KZ) durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer (BT) angesammelt hat, aufgeheizt wird und nach Beendigung des Arbeitstaktes die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus durch Wärme, die in dem thermischen Puffer (BT) verblieben ist, aufgeheizt wird, wodurch der thermische Puffer (BT) auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt vorbereitet wird, wobei der Pufferungszyklus, also der Zyklus der Erhitzung und Abkühlung des thermischen Puffers (BT), vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (KT) an, der den Arbeitstakt eröffnet, beginnt und im oberen Totpunkt (OT) des Koibens (KT), der den Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus abschließt, endet.
64. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) im oberen Arbeitsraum der Verbrennungskammer (KS), vorteilhafterweise in der Spitzentemperaturzone (TH) des Verbrennungskammerinhalts (KZ), platziert wird, wobei der obere Arbeitsraum über der Trennfläche (Pm) liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer (KS) parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Kolbenbodens des Kolbens (KT) bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trenndrehwinkel (am) ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur (Tm) ist, wobei die Trenntemperatur (Tm) gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) im Arbeitstakt ist.
65. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) durch einen thermischen Isolator (IT) von Bauteilen der Verbrennungskammer (KS) thermisch getrennt wird.
66. Verfahren nach Ansprüchen 63 und 64, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) auf die Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) und mit ihrer glatten Innenfläche integriert aufgebracht wird.
67. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) auf Bauteile des Kopfes der Verbrennungskammer (KS) und/oder auf die dem Inneren der Verbrennungskammer (KS) zugewandte Seite von Ventiltellern aufgebracht wird.
68. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form mindestens einer Schicht hergestellt wird, die auf innere Bauelemente der Verbrennungskammer (KS) aufgebracht wird, wobei zwischen Bauelementen der Verbrennungskammer (KS) und Schichten des thermischen Puffers (BT) mindestens eine Schicht eines thermischen Isolators (IT) eingefügt wird.
69. Verfahren nach Anspruch 68, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form mindestens zweier Schichten hergestellt wird, wobei diese Schichten aus Werkstoffen mit unterschiedlichen thermischen und/oder mechanischen Eigenschaften hergestellt werden.
70. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, der in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, hergestellt wird, wobei der thermische Puffer (BT) über einer Vertiefung im Kopf der Verbrennungskammer (KS) platziert wird.
71. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass im Inneren der Verbrennungskammer (KS) mindestens ein Pufferelement (EB) platziert wird, das aus einer Folie hergestellt ist, die mindestens zwei Schichten enthält, von denen mindestens eine obere Schicht eine Schicht eines thermischen Puffers (BT) ist, mindestens eine mittlere Schicht eine Schicht eines thermischen Isolators (IT) ist und mindestens eine untere Schicht eine Binderschicht (WS) ist.
72. Verfahren nach Anspruch 71 , dadurch gekennzeichnet, dass die Binderschicht (WS) aus thermisch isolierendem Werkstoff hergesteilt wird.
73. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, dessen an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende Oberfläche eine Farbe und eine Struktur hat, die an die Absorption von aus dem entzündeten Gemisch freigesetzter Lichtenergie angepasst sind.
74. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) ein thennischer Puffer (BT) platziert wird, der eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche mattiert ist.
75. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, der eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche porös ist.
76. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) ein thermischer Puffer (BT) platziert wird, der eine an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzende erweiterte Oberfläche hat, wobei diese Oberfläche geprägt wird und ihr vorteilhafterweise eine gewellte Form gegeben wird.
77. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass die Verbrennungskammer (KS) durch eine Abschirmung für adiabatische Umwandlung (OA) abgeschirmt wird, die vorteilhafterweise um die Spitzentemperaturzone (TH), die Zone intensiver Umwandlung (TA) und gegebenenfalls die Endtemperaturzone (TK) herum angeordnet wird.
78. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbrennungskammer (KS) über der Spitzentemperaturzone (TH) eine wärmeleitfahige außenerhitzte Wand (DD) angebracht wird, wobei die außenerhitzte Wand (DD) vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) und/oder im Kopf der Verbrennungskammer (KS) angebracht wird, wobei in der außenerhitzten Wand (DD) Heizungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Heizmedium, vorteilhafterweise Abgase aus einer zweiten Verbrennungskammer, zugeführt wird, wobei der Verbrennungskammerinhalt (KZ) durch eine Wärmeportion aus der zweiten Verbrennungskammer beheizt wird.
79. Verfahren nach Anspruch 78, dadurch gekennzeichnet, dass die außenerhitzte Wand (DD) von dem thermischen Puffer (BT) thermisch isoliert wird, vorteilhafterweise durch einen thermischen Isolator (IT).
80. Verfahren nach Ansprüchen 63 und 64, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus einem Werkstoff und mit geometrischen Abmessungen hergestellt wird, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers (BT) und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer (BT) im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel (a) von 360° entspricht vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel (a) vom oberen Totpunkt (OT) des Kolbens (KT) bis zur Lage beim Trenndrehwinkel (am) zurücklegt.
81. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus einem Metall hergestellt wird, das aus der Gruppe Wolfram, Molybdän, Titan, Chrom, Tantal, Nickel, Platin, Rhenium, Beryllium, Vanadium und deren Legierungen oder Superlegierungen, Aluminiumlegierungen und Eisenlegierungen ausgewählt ist.
82. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb der Verbrennungskammer (KS) über der Spitzentemperaturzone (TH) eine wärme leitfähige außengekühlte Wand (CH) angebracht wird, wobei die außengekühlte Wand (CH) vorteilhafterweise in der Seitenwand der Verbrennungskammer (KS) angebracht wird, wobei in der außengekühlten Wand (CH) Kühlungskanäle hergestellt werden, mit denen ein Kühlmittel, vorteilhafterweise Luft, zugeführt wird.
83. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) im unteren Arbeitsraum der Verbrennungskammer (KS), vorteilhafterweise in der Endtemperaturzone (TK) des Verbrennungskammerinhalts (KZ), platziert wird, wobei der untere Arbeitsraum unter der Trennfläche (Pm) liegt, die zu der geometrischen Basis der Verbrennungskammer (KS) parallel ist und festgelegt ist durch die Lage des Koibenbodens des Kolbens (KT) bei einer Winkellage der Kurbelwelle, die gleich dem Trennwinkel (am) ist, bei dem der Wert der Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) einen Wert hat, der gleich der Trenntemperatur (Tm) ist, wobei die Trenntemperatur (Tm) gleich der mittleren Temperatur des Verbrennungskammerinhalts (T) im Arbeitstakt ist, wobei wenn sich der Kolbenboden des Kolbens (KT) in der Endtemperaturzone (TK) verlagert, aus dem Verbrennungskammerinhalt (KZ), also Abgasen, vor deren Ausscheidung im Auspufftakt eine Wärmeportion entnommen wird, durch die die Ladung im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt des nächsten Motorbetriebszyklus aufgeheizt wird, wodurch der thermische Puffer (BT) auf die Aufnahme einer Wärmeportion im Arbeitstakt vorbereitet wird.
84. Verfahren nach Ansprüchen 63 und 83, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus einem Werkstoff und mit geometrischen Abmessungen hergestellt wird, die derart sind, dass die Zeit der Aufnahme der Wärmeportion durch die Oberfläche des thermischen Puffers (BT) und des anschließenden Durchgangs der Wärmewelle durch den thermischen Puffer (BT) im nichtstationären Zustand so lang wie oder kürzer als die Zeit ist, in der die Kurbelwelle einen Weg, der einem Kurbelwellendrehwinkel (a) von 360° entspricht, vorteilhafterweise einen Weg entsprechend einem Kurbelwellendrehwinkel (a) von der Lage beim Trenndreh winkel (am) bis zum unteren Totpunkt (UT) des Kolbens (KT) zurücklegt.
85. Verfahren nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) aus Werkstoff mit den Eigenschaften von Zeolith, vorteilhafterweise aus Zeolith, hergestellt wird, der im Ansaugtakt und im Verdichtungstakt befeuchtet wird.
86. Verfahren nach Anspruch 84, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in der Endteniperaturzone (TK) angeordnet wird und wenn sich der Kolbenboden des Kolbens (KT) bei dem oberen Totpunkt (OT) verlagert, Öl oder Ölnebel im Kurbelgehäuse des Motors durch Wärme, die sich in dem thermischen Puffer (BT) angesammelt hat, beheizt wird.
87. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kolbenboden des Kolbens (KT) mindestens ein thermischer Puffer (BT), der an den Verbrennungskammerinhalt (KZ) angrenzt, aufgebracht wird,
88. Verfahren nach Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, dass der thermische Puffer (BT) in Form eines perforierten Plättchens, vorteilhafterweise eines Gitters, über Vertiefungen im Kolbenboden des Kolbens (KT) angebracht wird.
89. Verfahren nach Anspruch 87, dadurch gekennzeichnet, dass auf den Kolbenboden des Kolbens (KT) ein thermischer Puffer (BT) in Form eines flachen Ringes aufgebracht wird.
90. Verfahren nach Anspruch 63, dadurch gekennzeichnet, dass in der Verbrennungskammer (KS) zwischen dem Kolben (KT) und dem Kopf (KG) ein Verbrennungskammerring (P) platziert wird, auf den vorher aktive Schichten aufgebracht werden, wobei auf den Verbrennungskammerring (P) als aktive Schicht mindestens eine Schicht eines thermischen Puffers (BT) und gegebenenfalls mindestens eine Isolatorschicht (BI) aufgebracht werden, wobei eine daraus folgende Zunahme des Verdichtungsgrades gegebenenfalls durch eine Verlängerung der Ansaugöffhungszeit korrigiert wird und gleichzeitig in der Einrichtung für die Regulierung der Außenkühlung des Verbrennungskammerinhalts (KZ) die Einstellungen der Kühlungsintensität gesenkt werden.
91 . Verfahren nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, dass durch die aufgetragene Isolatorschicht (BI) aus einem Werkstoff mit niedriger Wärmeleitfähigkeit und niedriger Wärmekapazität die Zündung des Gemisches und die Flammenfront gestaltet werden.
92. Verfahren nach Anspruch 90, dadurch gekennzeichnet, dass die Stütze (PA) des Verbrennungskammerringes (P) in Spielanpassung zu dem Zylinder (KC) der Verbrennungskammer (KS) hergestellt wird, wobei der Verbrennungskammerring (P) derart in der Verbrennungskammer (KS) angebracht wird, dass sich die geometrische Ringachse (PX) möglichst mit der geometrischen Zylinderachse (KX) deckt, und dem Verbrennungskammerring (P) vorteilhafterweise eine Rotationsbewegung um die Ringachse (PX) und gegebenenfalls eine Hin- und Herbewegung entlang der Zylinderachse (KX) erteilt werden.
93. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungskammerring (P) durch elastische Zusammenstöße oberer Stoßdämpfer (PO) mit dem Kopf (KG) und elastische Zusammenstöße unterer Stoßdämpfer (PP) mit dem Kolben (KT) oder durch elastische Zusammenstöße der als federnder und vorzugsweise als gewellter Ring hergestellten Stütze (PA) abwechselnd mit dem Kopf (KG) und mit dem Kolben (KT) eine Hin- und Herbewegung erteilt wird.
94. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungskammerring (P) durch Einwirkung des Verbrennungskammerinhalts (KZ) auf Schaufeln (PT) und auf Flügel (PS), die gleichzeitig die synchrone Lage der geometrischen Ringachse (PX) in der geometrischen Zylinderachse (KX) stabilisieren, eine Bewegung erteilt wird, wobei die Kräfte der elastischen Zusammenstöße der Stütze (PA) mit dem Kopf (KG) und mit dem Kolben (KT) mittels des durch die Flügel (PS) erzeugten aerodynamischen Auftriebskraft beschränkt werden.
95. Verfahren nach Anspruch 92, dadurch gekennzeichnet, dass dem Verbrennungskammerring (P) durch Ausrichtung des Ladungsstrahls auf den Kranz (PB), vorteilhafterweise durch Einspritzung von Kraftstoff oder Oxidationsmittel auf Arme (PH) und/oder Schaufeln (PT), eine Rotationsbewegung erteilt wird.
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