WO2019149304A1 - Vorrichtung zur umsetzung von verbrennungs- in elektroenergie und verbrennungsverfahren zum betrieb eines freikolbenmotors - Google Patents

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WO2019149304A1
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combustion
cylinder
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Jürgen Hübsch
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Huebsch Juergen
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    • F02B63/00—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices
    • F02B63/04—Adaptations of engines for driving pumps, hand-held tools or electric generators; Portable combinations of engines with engine-driven devices for electric generators
    • F02B63/041—Linear electric generators

Definitions

  • the invention relates to a device for converting combustion into electrical energy and a combustion method for operating a free-piston engine.
  • a free-piston linear generator usually comprises a piston receptacle with a linearly movable in the piston receptacle to parent piston device, which is under the action of a medium, which expands in an expansion chamber onsraum driven.
  • the piston device is guided linearly movable in a piston seat and the piston device is under the action of a medium which expands in an expansion space driven.
  • the free-piston principle requires that the reversal points of a piston unit in a reciprocating motion are not determined by the force-converting mechanism.
  • the prior art free-wheel linear generators typically include three subsystems having a combustion member, a linear generator, and a gas spring. These are coupled with each other via a rigid piston-rotor unit.
  • the piston unit oscillates between two gas cushions, which build up in the combustion part or in the gas spring.
  • a fuel-air mixture is ignited, so that the pressure rises and the piston unit accelerates in the direction of the gas spring.
  • the gas is compressed in the gas spring cylinder, so that the pressure in the gas spring cylinder increases.
  • the piston unit is first delayed and then back in Speeds up direction of the combustion cylinder.
  • the charge cycle takes place in the combustion cylinder, wherein the exhaust gas is displaced by a fresh charge.
  • the linear generator removes kinetic energy from the system and converts it into electrical energy. Part of the energy is cached as potential energy in the gas spring. By the United combustion in the combustion part of the free piston is accelerated. On the piston unit are permanent magnets. This creates a linear relative movement between tween the permanent and coils. Thus, the energy supplied by the combustion can be electrically decoupled.
  • the piston is braked by the compression of a medium in a gas spring chamber and returned to the combustion cylinder.
  • the piston unit oscillates inherently free and is limited on the one hand by the combustion cylinder and on the other hand by the gas spring. In known Syste men two opposing piston units are used, which are synchronized via a control syn.
  • a second unit can be constructed in mirror image, which has no functional connection to the first unit.
  • functional spaces of the two gas springs or the two combustion parts can be combined.
  • two piston units with a common combustion part then creates an opposed piston system. It is thus performed kinetic energy from the combustion of pistons on the one hand to a generator and on the other chases in gas springs bagespei. This so cached kinetic energy is returned to the expansion of the pistons to implement the compression process.
  • Corresponding devices can be used, for example, as part of hybrid drives for motor vehicles, in particular for serial hybrid concepts. They can also be used as a power generation unit for generating electricity or in connection with cogeneration plants.
  • DE 10 2004 062 440 B4 discloses a free-piston device having a Kolbenholz acquisition with at least one linearly movably arranged in the piston receiving Kol ben issued, wherein the at least one piston means under the effect of a medium We, which expands in an expansion chamber, is driven, and at least one pressure sensor, which is arranged on the at least one piston receiving, wherein at least one pressure sensor is arranged on a resilience space.
  • DE 10 2014 001 770 Al discloses a method in which an existing electric generator is also used as a motor to operate the non-active motion processes. This should be able to dispense with the use of a gas spring. in the
  • the known free-piston linear generators are not spontaneously bootable and reach the propagated th efficiency only when they run in the required operating temperature after the start phase and the operating parameters have stabilized.
  • the pressure in the gas spring must be changed consuming controllable.
  • the two-stroke process is preferably implemented in the known free-piston benlineargeneratoren, the charge can be change-compromised. When changing the charge by flushing, as used in the two-stroke process, the spent working gas from the combustion chamber is replaced by fresh gas in direct contact. This inevitably leads to mixing or overflushing. This charge change process is pseudooptimally adjustable only for narrow operating ranges.
  • the object of the invention is to provide an apparatus and a method available which makes the energy of different fuels, in the same system, into electrical energy with little technical effort, cost-effective, sustainable and with high efficiency and so pollutant emission and waste of fossil resources minimized. Disclosure of the invention
  • the invention is disclosed by the features of the main claim. Embodiments and further developments are the subject of the subsequent claim to the main claim.
  • a device for converting combustion into electrical energy and a combustion method for operating a free-piston engine are disclosed.
  • the combustion process is a three-step full process combustion process.
  • a device a three-step full-process linear generator for the generation of electrical energy
  • the combustion process translates into electrical power.
  • the combustion process does not affect a rotating shaft because the free piston engine is an internal combustion engine without a crankshaft.
  • the implementation of trans latorischen piston movement into electrical energy takes place without the intermediate step egg ner rotational movement.
  • the three-step full-process linear generator can be used, for example, in an electric vehicle to supply power to its electric motors and / or to recharge their batteries.
  • the three-step full-process linear generator converts the chemical energy of the fuel into electrical energy.
  • the three-step full-process linear generator is used in a combustion process for implementing a no-compromise charge change.
  • the erfmdungssiee method discloses a three-stage full process for the implementation of the combustion energy, which ends after completion of the third stage, so the loading change be. Further full processes can follow immediately or with reduced power requirements with time intervals. Each further process sequence is mirrored to its previous one. Each full process converts the maximum thermodynamically convertible energy into an electrical energy pulse. Since each full process outputs a defined energy pulse within a defined time, the detachable power can be determined solely by the pause time between the full processes and thus by the working frequency downwards. Unlike conventional combustion engines, it is unnecessary in this method to design the device for operation under load cycling conditions.
  • the erfmdungssiee three-step full-process linear piston generator has an opposing pair of pistons, a freely movable change of charge piston and an electromag netic unit.
  • This charge change piston is pressed after the expansion in a second step by blowing with previously compressed fresh air in the working cylinder to the opposite side.
  • the loading change piston pushes the ver needed working gas completely out of the working cylinder, while at the same time behind him fresh gas or air flows.
  • a three-step method for operating the free-piston linear generator is disclosed. This three-step process is a full process and finished after completing the third step. In summary, it has the following steps: a) fuel injection, compression and ignition
  • each process flow is supplied with the same, idealized amount of fuel.
  • a stoichiometrically balanced amount of fuel is injected into a working space filled with air and mixed with this during a compression to a homogeneous working gas.
  • the gas can be externally ignited or the compression is controlled as far continued until the mixture is necessarily ignited and goes into combustion. So there is a controlled auto-ignition.
  • the working space can be filled with gas mixture instead of air with a finished working. In this case, instead of fresh air, the system would suck in flammable working gas.
  • the released thermal energy is converted by volume work on the piston via an electromagnetic unit into electrical energy.
  • the amount of air needed in the following step is compressed.
  • the third step c the consumed working gas is replaced by fresh air by means of the charge exchange piston.
  • Two processes are carried out simultaneously with just one piston movement for the change of charge. This is made possible by the said additional piston, the charge change piston.
  • This charge change piston changes after completion of expansion its position to the opposite side and presses so the used gas from the cylinder.
  • the space released behind it fills with fresh air or fresh gas.
  • the charge change piston can be moved by the pressure of the previously compressed air.
  • the three-step full-process linear generator as a whole system has two interlocking main groups. On the one hand, a mechanical complex converts the thermodynamic processes into motion and vice versa.
  • an electromagnetic complex causes the implementation of Abläu fe in the mechanical part of electrical and electrical energy.
  • Combustion energy from different sources is implemented with high efficiency.
  • Both gaseous and liquid fuels of biological, chemical or fossil origin can be reacted in the same process. It is achieved a pollution-minimized combustion.
  • Reduced force conversion increases efficiency, reduces wear and extends service life.
  • the method according to the invention has the advantage that the use of a charge exchange piston causes the spatial separation between the exhaust gas and the fresh gas and enables an efficient charge exchange.
  • the consumed working gas is almost completely eliminated in comparison to the four-stroke process in a significantly shorter change of charge. It is uncompromising when compared to changing the lavatory by rinsing.
  • the charge exchange energy is reduced to egg nen by the saved piston movements and the other by the reibmi nim convinced piston barrel.
  • the charge change piston can move through the "blowing" without or almost no mechanical contact with the cylinder wall.
  • the piston and cylinder surfaces loaded during the combustion process change after each working step. Their thermal stress is therefore considerably reduced.
  • the inventive method has the further advantage that the combustion of the working gas by a controlled, induced by compression ignition he follows (HCCI).
  • This ignition method provides the highest potential of a thermodynamically ideal and pollutant-reduced energy conversion. Compression-induced combustion allows the ratio between actionable energy and pollutant emission to be maximized within an actionable framework.
  • the functional logic of the method allows the interaction and interlocking of natural processes in the flow of movement, the parallel implementation of multiple functional processes in each of the individual steps and the multiple use anyway func onsetti. This minimizes the design costs for mechanical and electrical components. Electronic measures for sensor technology, control and regulation The process flows are manageable.
  • the solenoids that trigger the opening and closing of the piston valves may also be used as electronic sensors to detect the end positions of the piston assemblies.
  • the Spulenan orders of the stators can be electronically besc humiliatet so that they are used for sensory acquisition of the piston positions during their movements NEN.
  • the internal pressure can be determined there on the basis of readable current or voltage parameters in real time.
  • the combustion process opens up new possibilities compared to the hitherto known state of the art.
  • the architecture or the structure of the combustion engine can be significantly simplified, with no compromise in terms of efficiency, pollutant emissions or sustainability must be made.
  • Her bei the optimized combustion and to control the motor processes only a small amount of energy is needed. The losses due to friction, exhaust heat and cooling are minimized. For this reason, it is a high efficiency he aims.
  • the erfmdungsdorfe device is simple, compact and manageable builds up.
  • the three-step full-process linear generator can serve as a power generation unit aboard an electric vehicle, alleviating potential problems with batteries in terms of cost and range.
  • the energy for the electric motor can be provided directly or in conjunction with, possibly even smaller accumulator systems.
  • Ever stricter exhaust emission limits require such new drive concepts in the automotive industry.
  • the internal combustion engine can be used as a support in electrically driven vehicles. In particular, the use for longer distances, which are to be handled by electric vehicles, suitable. Their accumulators would have to be dimensioned with higher capacity, larger and heavier.
  • the three-step full-process linear generator for tel- and long distances can be used in addition as an electric generator that generates power from electrical energy.
  • the entire system has only six friction adherent zones in the form of bearings to stably translate the motive forces. This creates an advantage in terms of friction and wear.
  • the synchronous, counter-rotating movement of the masses compensates for vibration moments and makes the system quiet and low-vibration. It can be made available as a compact individual modules versions of different performance, the space-saving, the power requirements, can be combined into units kom. In a unit consisting of several modules, the failure of one module would not lead to total failure of the entire system. It can continue to work with reduced performance.
  • This safety-relevant aspect is the method for use in aircraft.
  • the three-step full-process linear generator can also be used in stationary applications such as in the energy industry. It can also be used to compensate for fluctuations in the performance of renewable energy or for emergency power supply.
  • the device described is suitable for series production.
  • the components and assemblies have comparatively little variety and complexity. They can be conveniently provided and assembled in mass production. Individually replaceable components reduce waste, repair and maintenance costs.
  • the robust, yet lightweight design also allows deployment in disaster or third world regions.
  • This linear generator can be started and stopped without delay in a fraction of a second.
  • the removable power is proportional to the working frequency. This is from their maximum down freely tax bar.
  • the fuel consumption behaves just as proportionately.
  • An electric vehicle can thus be operated with a reduced-emission and combustion-optimized operation with different fuels to generate the required electrical energy.
  • the provision of electrical energy is short-term, permanent, stationary or mobile.
  • Compact single modules are scalable according to the energy requirement.
  • the transport costs are reduced to a necessary minimum.
  • the use of the internal combustion engine and the process for its operation can be used for increased electromobility on land, water and in the air.
  • the cooling circuit is supplied not only the heat from the working space, but also the heat from the exhaust duct.
  • Figures 1 to 8 represent a three-step full process in the process.
  • Fig. 2 shows the ignition phase
  • FIG. 4 shows the charging change
  • FIG. 5 the end of the charging cycle or the full process is shown
  • Fig. 7 shows the beginning of the compression phase and Fig. 8 illustrates the compression phase.
  • a three-step full-process linear generator 1 is shown. It shows the final and initial situation of the process. In this situation, the system remains until a reboot.
  • the three-step full process linear generator 1 has two interlocking main groups 2, 3a, 3b.
  • a mechanical complex the first main group 2 sets the thermodynamic processes in motion and vice versa.
  • an electromagnetic complex the second main group 3a and 3b, the implementation of the processes in the mechanical part of electrical and electrical Energy.
  • the electromagnetic complex 3a, 3b has two symmetrical, bepie gel opposite arrangements of rotors 28a, 28b and stators 29a, 29b, on.
  • a symmetrically constructed master cylinder 4 who the two, mirrored opposite piston systems 5a, 5b out. These piston systems 5a, 5b move synchronously and linearly away from each other in compression to the cylinder center and in the expansion from the center.
  • Each piston system 5a, 5b has an outer piston 6a, 6b and a central valve element 7a, 7b.
  • Fig. 1 shows the outer end positions of the piston systems 5a, 5b.
  • the outer pistons 6a, 6b are designed so that their respective piston head 8a, 8b has a smaller diameter than their respective foot part 9a, 9b.
  • the outer pistons 6a, 6b are each connected to a piston tube 10a, 10b which guides the moving forces of the piston systems 5a, 5b outside the cylinder system.
  • the piston valve 7a, 7b is designed so that its respective head part 1a, 1b, which is formed in plate shape, acts on the piston head 8a, 8b of the outer piston 6a, 6b in such a way that it can close this seal and on the other hand in the working space (13) acting forces on the outer bulb 6a, 6b transmits.
  • the plate-shaped valve head 11a, 1 lb is formed so that it forms a homogeneous surface with the piston head 8a, 8b of the outer bulb 6a, 6b in the closed state.
  • the piston valve 7a, 7b is by means of a rod 12a, 12b, which leads through the Kol benrohr 10a, 10b, openable from the outside and has the task of the air or gas flow between the cylinder chambers before and behind the piston systems 5a, 5b control.
  • the master cylinder 4 is constructed such that its inner cylinder space, so the working space 13, is drilled so that the piston heads 8a, 8b of both piston systems can be performed on the ge entire movement path therein.
  • the outer cylinder sides 14a, 14b are adapted in their diameters for the movement of the piston feet 9a, 9b and form the suction and pumping system for the fresh air or the fresh gas.
  • This diameter is determined by the fact that the volume change in a piston movement should be outside grö ßer than in the working space 13.
  • the working space 13 another piston, the charging selfl 15, the itself at pressure difference on its outer surfaces freely in the inner cylinder 17 can move back and forth. Its outer surfaces are formed so that they can each lie flat against the piston heads 8a, 8b. Its outer diameter is so measured that it is surrounded by a gas cushion during its movement and thus friction is reducible.
  • the exhaust ports 16a, 16b on the inner cylinder are slit-shaped and symmet rally placed at the same distance from the cylinder center of the inner cylinder so that they are pansionsende for Ex pansionsende when driven apart pistons 5a, 5b or before them. Since the La dewerchselkolben 15 at the end of each expansion phase always alternately applied to one of the two piston heads 8a, 8b, to be covered and closed by this, the respective exhaust port assembly.
  • the runners 28a, 28b of the electromagnetic unit 3a, 3b, that is, the second main group, are non-positively connected to the respective piston tubes 10a, 10b.
  • the stators 29a, 29b are then also designed annular or tubular. They are frictionally connected to the overall system and surround the rotor 28a, 28b at a small distance so that an optimal magnetic interaction can take place. This Anord tion requires little space with large magnetic effective area, has high stability and is inexpensive to manufacture. Alternatively, other arrangements are conceivable.
  • FIG. 2 illustrates the ignition phase and the inner end position of the piston systems 5a, 5b.
  • the working gas is compressed so far that it ignites spontaneously or is externally ignited by means of a suitable device from the cylinder center. If the outer diameter of the main cylinder 4 is tapered over the region of the working space 13 and tet Tindich with an enclosing tube 18, 19 can be performed in the gap 19 cooling liquid. There are connections for insertion and removal of cooling liquid arranged, which are not shown in the figure.
  • a white teres tube 20 surrounds the master cylinder 4 at a distance so that a gap 21 is formed, in which the exhaust gas is introduced from the working space 13 and passed through an exhaust port 22 to the outside.
  • FIG. 3 shows a working or expansion phase in the work step, shortly before the exhaust gas opening 16a becomes free.
  • the pistons 5a, 5b move outwards into their end position.
  • the electromag netic unit 3a, 3b operates as a linear generator.
  • Another outer tube assembly 23 to centrally closes the entire device. In her fresh air from the outside to the piston systems 5a, 5b out and serves as a buffer space for the compressed fresh air or fresh gas.
  • An inlet opening 24 on this pipe is provided with an automatic valve 25 provided that flows only at a pressure gradient inward air or gas and is otherwise closed.
  • the ends of the outer tube assembly 23 as well as the ends of the main cylinder 4 are each closed by a plate 26a, 26b, both of which are positively fixed centrally and sealed to the outside.
  • the central bores 27a, 27b serve as guides and bearings for the outwardly leading piston tubes 10a, 10b.
  • the runners 28a, 28b are attached to the piston tubes 10a, 10b in a force-locking manner and do not require any additional bearings. They move with the outer bulb 6a, 6b linearly and lie, outside the cylinder assembly, symmetrically ge mirrored.
  • the stators 29a, 29b of the electromagnetic unit 3a, 3b are frictionally and / or adjustably arranged with the overall system so that they are optimally in interaction with the rotors 28a, 28b.
  • Runners 28a, 28b and stators 29a, 29b can be designed so that they space-saving enclose the entire system.
  • Fig. 4 illustrates the process of loading change.
  • the piston systems 5a, 5b ge in their Endla.
  • the exhaust ports 16a left are free and the spent working gas flows into the gas channel from the 21st the piston valve 7b right is opened and the replaceable piston 15 is blown through the air compressed in the previous step to the opposite side, whereby the expanded exhaust gas is pushed out of the cylinder.
  • the pressure level between the exhaust gas in the exhaust passage 21 and the incoming fresh air is adjusted so that there is no gas mixing at the exhaust gas opening 16b that has become free on the right during the charge cycle.
  • the right piston system 5b can be retracted so far that the outlet opening 16b is covered by the outer piston 6b before the change of charge begins.
  • Fig. 6 shows the introduction to the compression phase.
  • the piston systems 5a, 5b move to the center.
  • the piston valve 7b remains open.
  • the electromagnetic unit 3a and 3b, ie the second main group, operates as a linear motor.
  • Fig. 7 the beginning of the compression phase is shown.
  • the piston valve 7b is now closed.
  • the compression begins and fuel is introduced via a suitable device 33.
  • the inlet valve 25 opens and fresh air or fresh gas is sucked.
  • the introduction of fuel does not necessarily have to be carried out as described. It is also possible to suck a finished air / fuel mixture instead of pure air into the system, for example comparable to a carburetor or the pre-injection in the intake.
  • a finished air / fuel mixture instead of pure air into the system, for example comparable to a carburetor or the pre-injection in the intake.
  • Advantageously, eliminates the fuel input to the Zylin dermitte and the necessary applications.
  • Fig. 8 illustrates the compression phase.
  • the fuel mixes with the air and is compressed.
  • filler or a nonwoven fabric 37a, 37b is introduced, which may be designed to promote flow and reduces the volume of the air duct 36 with little weight.
  • an absorbent filler 37a, 37b can be supplied with capillary action from the outside, for example by means of a wick (not shown), for example oil. The capillary effect ensures natural and energy-free for a constant saturation. The fresh air sucked in flows around this filler during operation and thus carries entrained lubricant to all areas subject to friction.
  • the electromagnetic cal system has on the one hand the task to transmit the kinetic energy to the piston assemblies, which is necessary to sufficiently compress a fuel mixture and ren to ren, the umzuwan the kinetic energy convertible into electrical energy during combustion.
  • the valve rods 12a, 12b protruding on both sides from the piston tubes 10a, 10b are controllable by means of a suitable device so that they can initiate the charge exchange after the expansion has been completed and can be kept pressed inward during the piston return movement over a relatively long distance relative to the piston tube 10a, 10b , Thus, the piston valve 7a, 7b remain open via a controllable path.
  • this is achieved in such a way that axially magnetized permanent magnets 34a, 34b are attached to the end of the valve rods 12a, 12b, which press each from the piston tube 10a, 10b by means of a spring in such a way that the piston valves 7a, 7b are closed in the normal position.
  • a respective coil 35a, 35b Dipping the magnets 34a, 34b in the effective range of their electrical coils 35a, 35b, which are non-positively ver affiliated with the overall system, a respective coil 35a, 35b by a counter-magnetic field as long as force on the respective magnets 34a, 34b exercise, as this is in their magnetic sphere of influence.
  • a rectified magnetic field can accelerate the closing of the Kol benventils 7a, 7b.
  • an absorbent filler 37 a, 37 b is introduced, by means of a capillary action with a lubricant who trained from oil can be saturated and saturated during operation of sucked fresh gas or -lufit so that this lubricant travels and leads to the frictional zones. Since the compression process can only begin when the piston valve 7a, 7b is closed, so the output volume and thus the effective working gas mass can be easily controlled while the maximum achievable expansion volume remains unchanged. This technique makes it possible to utilize the pressure of the working gas after combustion in a much larger area than is possible in conventional internal combustion engines. In parallel with the exhaust gas pressure, its temperature and thus the burden on the environment and material also decreases.
  • THREE-STEP FULL-PROCESS LINEAR GENERATOR (1) for converting combustion energy into electrical energy, in each case after three movement steps completed and arbitrary like derholbaren full processes, with two mirrored opposing piston systems (5a, 5b) arranged in a master cylinder (4) and are synchronously and linearly movable, wherein between the piston systems (5a, 5b) in a inner cylinder (17) a fully symmetrical loading change piston (15) is formed, which is freely movable there in the axial direction and by a small pressure difference ⁇ 1 bar between its outer surfaces , is movable with its side change after a successful expansion (second step) with a movement a completely completed charge change (third step) causes by displacing in this step, a side change, spent gas fully constantly from an inner cylinder (17) and thereby the back of a filled with fresh gas Ar worktop (13) is created wob These gases remain spatially separated and the processes in each successive full process run in a mirrored direction.
  • Each piston system (5a, 5b) has a Au datedkolben (6a, 6b) and a central valve element (7a, 7b), so chen by means of a force on the valve rods (l2a, l2b) in alternation of, befindli outside the cylinder assembly Controlled open and so a fresh charge the inner cylinder (17) fills, and is closed to include the fresh charge in the inner cylinder, wherein the working space (13) on the head parts (1 la, 1 lb) acting pressure forces always in the positive direction, are directed relative to the piston systems (5a, 5b), which additionally strengthens the closing force of the valve elements and the sealing effect.
  • the outer pistons (6a, 6b) have a piston head (8a, 8b) with small rem diameter, as the respective foot parts (9a, 9b) and the outer piston (6a, 6b) are each connected to a piston tube (1 Oa, lOb) with which the movement forces from outside the Zy cylinder arrangement, in step a) on the piston systems (5a, 5b) are guided or vice versa in Step b), and in the piston tube (10a, 10b) in each case the valve rod (12a, 12b) guided axially movable with.
  • the Lade cartikoben (15) has outer surfaces, which in the closed piston valve (7 a, 7 b) each lie homogeneously flat against the piston heads (8 a or 8 b), wherein after a page change a remaining gas cushion (31) absorbs an impact and after a Compression, the mutually opposite piston surfaces, homogeneous and non-fissured Brennraumbe boundaries form.
  • the master cylinder (4) is designed so that its inner cylinder (17) has a smaller diameter than its outer cylinder sides (14a, 14b), wherein the outer pistons (6a, 6b) are formed so that the diameter of their piston heads (8a, 8b ) are adapted for their running in the inner cylinder (17) and their foot parts (9a, 9b) for running in the outer cylinders (14a, 14b), whereby upon movement of the piston systems (5a, 5b) the volume change in the inner cylinder (17 ) is smaller than at the piston rear sides (32a, 32b) and the back of a connected suction pumping system is formed, which sucks in the collapse of the piston systems (5a, 5b) (first step) fresh gas and when moving apart (second step) sufficiently compresses the fresh gas to accelerate the charge change piston (15) in the third step (charge change) to its opposite position (blow).
  • exhaust ports (16a, 16b) are annularly introduced around the inner cylinder (17) so that they are released only when the piston systems (5a, 5b) are moved apart and are otherwise displaced by the piston systems (5a, 5a). 5b) are closed, or covered by the loading change piston (15).
  • the charge exchange piston (15) is in its free movement BEW, surrounded by a gas jacket during the charge exchange, which wall centered around it in the cylinder at a distance and thus friction is reduced and this distance, which is defined by its diameter, is kept small enough in that an outflow of a fresh charge is reduced by the outlet opening (16a, 16b) which it alternately covers.
  • Both axial and radial symmetrical tube assemblies surround the master cylinder (4) at intervals so that separate spaces arise in which gases or liquid are guided, which are in contact with a large surface of the tube walls in thermal contact with each other and thus the heat from beneficial is implemented, said the first tube (18) surrounds the working space (13) at a distance such that cooling liquid is guided in a first intermediate space (19) and a second tube (20) extends over the entire inner cylinder (17) and has a second intermediate space (21 ) forms as an exhaust gas channel, which opens at an outlet opening (22) and a third Rohranord- tion (23) as an outer shell, in the space between the second tube (20) out an air duct (36) is formed, in which air or fresh gas introduced via the inlet opening (24), to the piston back sides (32 a, 32 b) out and is buffered when the inlet valve (25) is closed.
  • an axially magnetized permanent magnet (34a, 34b) fastened which by means of a spring from the piston tube (10a, lOb) so depressed that the piston valve (7a, 7b) is closed in normal position, wherein the immersion of the permanent magnet (34 a, 34 b) in the effective range of an electrical coil (35 a, 35 b), which is non-positively connected to the overall system whose opposing magnetic field causes an opening of the piston valve (7 a, 7 b), so that the ver-sealed fresh gas behind the charge change piston (15) discharges and maintains this open state via a travel of the piston assembly (5a, 5b) inside, controllable and a gleichge directed magnetic field, the closing force of the spring supported, when collapsing the Kol bensysteme (5a, 5b), the so einsch adopted Working gas quantity for compression without further Vorrichtun conditions is controllable.
  • the THREE-STEP FULL-PROCESS LINEAR GENERATOR (1) is formed of two interlocking main groups (2, 3a, 3b), on the one hand a mechanical complex, the first main group (2), which converts thermodynamic processes into motion and vice versa, and in the composite on the piston tubes (10a, lOb), a mirrored opposite elektagnetic complex, the second main group (3a, 3b), the implementation of the processes in mechanical part of electrical and electrical energy causes by this skin group (3a 3b) works as a linear motor in step a) and performs only the volume work of the compression and in step b) as a generator, the volume work from the expansion into electrical energy, whereby further devices such as mechanical springs or gas springs are dispensable and this electromagnetic complex ( 3a, 3b) is electrically coupled and synchronized.
  • absorbent filler (37 a, 37 b) is introduced surface, which by means of capillary action with lubricant, for. B. oil wel Ches from the outside via wicks (not shown in the drawings) is tracked, saturated where the surfaces of the filler (37 a, 37 b) are flowed during operation of sucked fresh gas to thereby entrained small amounts of lubricant and with the fresh gas is passed to rei adversely affected zones.
  • the three-STEP FULL-PROCESS LINEAR GENERATOR combustion process has the following steps, each defined for a moving operation: a) Fuel injection, if air, and unfinished working gas from outside is introduced.
  • step c) charge exchange, whereby a completely completed process for the conversion of combustion energy in BEWE energy and thus in an electrical energy pulse after step c) is completed and the charge cycle c) using a charge change piston (15) and each full process, beginning nend step a) is actively initiated and so instantaneous electrical energy is available.
  • Each full process sets under the same conditions, the same amount of energy in an electrical energy pulse, and so the maximum removable power is limited by the system-related maximum repetition frequency within a time (maximum working frequency), while at lower power requirements, the pause period between each full processes arbitrarily renewable or process sequences with maximum frequency, are interrupted by pauses, which equates to pulse width modulation in energy technology, without the conditions for a fully optimized process (best point) having to be changed.
  • step a) the ratio between compressible Hägasvolu men to a constant expansion volume after step b), compared to egg nem Atkinson method simple and without additional devices on the controllable duration of action of a magnetic field through the magnetic coils (35 a, 35 b) on the piston valves (7a, 7b), optimized by a relative Kolbenfahrweg inward is adjustable and thus maximizes the energy of an expanding working gas is available.
  • a fuel / air mixture or air is sucked into the system, which is supplied to the beginning of the compression (step a) in the working space (13) fuel or additives via an injection device (33) and together during the compression to a homogeneous gas mixture and this flammable gas mixture is compacted until it ignites spontaneously by the increasing egg gene temperature (HCCI) or previously spark-ignited by a suitable device (not shown in the drawings) and on the other, introduced air in step a) is compressed so far that only At the end of the compression, fuel is injected and goes into combustion (diesel process) and in the THREE-STEP-FULL-PROCESS LINEAR GENERATOR all variants, even in alternation without any constructive changes, can be implemented.
  • HCCI egg gene temperature
  • a suitable device not shown in the drawings
  • the after each full process in alternatelyoirelie ing piston surfaces of the loading change piston (15) are each to one of the piston head surfaces (8a or 8b), the geometry of which form a homogeneous, unbroken axial Brennraumbegren tion and each combustion process alternately left or right, offset to the center of the working cylinder (17) triggered, which optimizes the thermal conditions.
  • the Au ° lake of the loading change piston (15) may be formed symmetrically concave to reduce its weight when the geometry of the piston heads (8 a, 8 b) with the head parts
  • (1 la, 1 lb) of the closed piston valves are analogously designed convex, which additionally centered the charging shaft selflank after a side change.

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Abstract

Vorgeschlagen wird ein Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) zur Umsetzung von Verbrennungs- in Elektroenergie, mit zwei sich gespiegelt gegenüberliegenden Kolbensystemen (5a, 5b), die in einem Hauptzylinder (4) angeordnet und synchron und linear bewegbar sind, wobei zwischen den Kolbensystemen (5a, 5b) in einem inneren Zylinderraum (17) ein Ladewechselkolben (15) ausgebildet ist, sowie ein Verbrennungsverfahren zur Erzeugung von elektrischer Energie.

Description

Vorrichtung zur Umsetzung von Verbrennungs- in Elektroenergie und Verbrennungsver fahren zum Betrieb eines Freikolbenmotors
Beschreibung
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Umsetzung von Verbrennungs- in Elektro energie und ein Verbrennungsverfahren zum Betrieb eines Freikolbenmotors.
Stand der Technik
Bekannt sind Freikolbenlineargeneratoren. Ein Freikolbenlineargenerator umfasst übli cherweise eine Kolbenaufnahme mit einer in der Kolbenaufnahme linear beweglich an geordneten Kolbeneinrichtung, die unter Wirkung eines Mediums, das in einem Expansi onsraum expandiert, angetrieben wird. Beim üblichen Verfahren zum Betrieb des Ver brennungsmotors mit dem Freikolbenlineargenerator wird die Kolbenvorrichtung in einer Kolbenaufnahme linear beweglich geführt und die Kolbenvorrichtung wird unter der Wirkung eines Mediums, das in einem Expansionsraum expandiert, angetrieben. Das Freikolbenprinzip bedingt, dass die Umkehrpunkte einer Kolbeneinheit bei einer Hin- und Herbewegung nicht durch die kraftumsetzende Mechanik festgelegt sind. Die Freiko lbenlineargeneratoren nach dem Stand der Technik weisen üblicherweise drei Teilsysteme mit einem Verbrennungsteil, einem Lineargenerator und einer Gasfeder auf. Diese sind über eine in sich starre Kolben-Läufer-Einheit miteinander verkoppelt. Die Kolben einheit schwingt zwischen zwei Gaspolstem, die sich im Verbrennungsteil bzw. in der Gasfeder aufbauen. Im Verbrennungszylinder wird ein Kraftstoff-Luft-Gemisch gezündet, so dass der Druck ansteigt und die Kolbeneinheit in Richtung der Gasfeder beschleu nigt. Dadurch wird das Gas im Gasfederzylinder komprimiert, so dass der Druck im Gas federzylinder ansteigt. Die Kolbeneinheit wird zunächst verzögert und dann zurück in Richtung des Verbrennungszylinders beschleunigt. Während des Umkehrvorgangs erfolgt im Verbrennungszylinder der Ladungswechsel, wobei das Abgas durch eine Frischladung verdrängt wird. Während jeder Bewegung der Kolbeneinheit entnimmt der Lineargenera tor dem System kinetische Energie und wandelt diese in elektrische Energie. Ein Teil der Energie wird als potentielle Energie in der Gasfeder zwischengespeichert. Durch die Ver brennung im Verbrennungsteil wird der Freikolben beschleunigt. Auf der Kolbeneinheit befinden sich Permanentmagneten. Dadurch entsteht eine lineare Relativbewegung zwi schen den Permanenten und Spulen. So kann die durch die Verbrennung zugeführte Energie elektrisch ausgekoppelt werden. Der Kolben wird durch die Kompression eines Mediums in einem Gasfederraum gebremst und in Richtung des Verbrennungszylinders zurückgestellt. Die Kolbeneinheit schwingt prinzipbedingt frei und wird einerseits vom Verbrennungszylinder und andererseits von der Gasfeder begrenzt. In bekannten Syste men werden zwei gegenläufige Kolbeneinheiten verwendet, die über eine Regelung syn chronisiert werden. Dabei kann eine zweite Einheit spiegelbildlich aufgebaut werden, die keinerlei funktionale Verbindung zur ersten Einheit hat. Alternativ können Funktions räume der beiden Gasfedem oder der beiden Verbrennungsteile zusammengelegt werden. Im Falle von zwei Kolbeneinheiten mit gemeinsamem Verbrennungsteil entsteht dann ein Gegenkolbensystem. Es wird somit kinetische Energie aus der Verbrennung über Kolben zum einen an einen Generator geführt und zum anderen in Gasfedern zwischengespei chert. Diese so zwischengespeicherte Bewegungsenergie wird nach der Expansion auf die Kolben zurückgeführt, um den Verdichtungsvorgang umzusetzen. Entsprechende Vor richtungen können beispielsweise als Teil von Hybridantrieben für Kraftfahrzeuge, insbe sondere für serielle Hybridkonzepte, eingesetzt werden. Sie lassen sich auch als Stromerzeugungseinheit zur Erzeugung von Strom oder im Zusammenhang mit Blockheizkraft werken einsetzen.
Die DE 10 2004 062 440 B4 offenbart eine Freikolbenvorrichtung, die eine Kolbenauf nahme mit mindestens einer in der Kolbenaufnahme linear beweglich angeordneten Kol beneinrichtung aufweist, wobei die mindestens eine Kolbeneinrichtung unter der Wir kung eines Mediums, das in einem Expansionsraum expandiert, antreibbar ist, und min destens einen Drucksensor aufweist, der an der mindestens einen Kolbenaufnahme ange ordnet ist, wobei mindestens ein Drucksensor an einem Rückfederraum angeordnet ist. Die DE 10 2014 001 770 Al offenbart ein Verfahren, bei dem ein vorhandener Elektro generator auch als Motor eingesetzt wird, um die nicht aktiven Bewegungsprozesse zu bedienen. Dadurch soll auf den Einsatz einer Gasfeder verzichtet werden können. Im
Weiteren kann so ein Drei-Takt-Betrieb ermöglicht werden, bei dem ein Ladewechsel durch Spülung in einem Pausentakt bei ruhenden Kolben umgesetzt wird. Es wird auf die Notwendigkeit umfangreicher elektronischer Maßnahmen und Aufwendungen zur Steuerung und Regelung dieses Verfahrens hingewiesen.
Verfahren unter Verwendung von Gasfedem bedingen, dass zur Einleitung der oszillie renden Bewegung, deren Hub und Energie ausreicht, einen Kreisprozess, wie er beim
Zwei- oder Viertaktverfahren notwendig ist, aufrecht zu erhalten, ein großer Aufwand notwendig ist. Die Massen der Kolben müssen mit allen Komponenten in Wechselwir kung mit den Gasfedem in Schwingung gesetzt werden und in Resonanz geführt werden.
Diese Resonanz muss im Betrieb auffechterhalten werden. Um den Startprozess auszu führen und einen stabilen Lauf zu sichern, müssen zahlreiche sensible und sich ständig ändernde Parameter elektronisch erfasst und ausgewertet werden. Daher benötigt das
Verfahren einen großen Rechneraufwand und aufwändige Software. Dies bedingt, dass die bekannten Freikolbenlineargeneratoren nicht spontan startbar sind und den propagier ten Wirkungsgrad nur erreichen, wenn sie nach der Startphase in der benötigten Betriebs temperatur laufen und sich die Betriebsparameter stabilisiert haben. Dazu muss der Druck in den Gasfedem aufwändig steuerbar verändert werden. Das benötigt mindestens eine Vorrichtung, die komprimiertes Gas bereitstellt. Zudem wird bei den bekannten Freikol benlineargeneratoren vorzugsweise das Zweitaktverfahren umgesetzt, wobei der Lade wechsel kompromissbehaftet sein kann. Beim Ladewechsel durch Spülung, wie er beim Zweitaktverfahren angewandt wird, wird das verbrauchte Arbeitsgas aus dem Verbren nungsraum durch Frischgas in direktem Kontakt verdrängt. Dies fuhrt unweigerlich zu einer Vermischung oder Überspülung. Dieses Ladewechselverfahren ist nur für enge Be triebsbereiche pseudooptimal einstellbar.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verfügung zu stellen, welches mit geringem technischen Aufwand, kostengünstig, nachhaltig und mit hoher Effizienz die Energie verschiedener Kraftstoffe, im selben System, in elektrische Energie überführbar macht und so Schadstoffemission und Verschwendung fossiler Ressourcen minimiert. Offenbarung der Erfindung
Die Erfindung wird durch die Merkmale des Hauptanspruchs offenbart. Ausführungsformen und Weiterbildungen sind Gegenstand der sich an den Hauptanspruch anschließen den weiteren Ansprüche. Es wird eine Vorrichtung zur Umsetzung von Verbrennungs- in Elektroenergie sowie ein Verbrennungsverfahren zum Betrieb eines Freikolbenmotors of fenbart.
Das Verbrennungsverfahren ist ein Drei-Schritt-Vollprozess-Verbrennungsverfahren. Dabei wird eine Vorrichtung, ein Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator zur Erzeu gung von elektrischer Energie, eingesetzt. Der Verbrennungsprozess übersetzt sich in ei ne elektrische Leistung. Der Verbrennungsprozess wirkt auf keine drehende Welle, da der Freikolbenmotor ein Verbrennungsmotor ohne Kurbelwelle ist. Die Umsetzung der trans latorischen Kolbenbewegung in elektrische Energie erfolgt ohne den Zwischenschritt ei ner rotatorischen Bewegung. Der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator kann zum Beispiel in einem Elektrofahrzeug zum Einsatz kommen, um dessen Elektromotoren mit Strom zu versorgen und/oder dessen Akkus nachzuladen. Der Drei-Schritt-Vollprozess- Lineargenerator wandelt die chemische Energie des Kraftstoffs in elektrische Energie um. Erfindungsgemäß wird der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator in einem Verbren nungsverfahren zur Umsetzung eines kompromissfreien Ladewechsels verwendet. Das erfmdungsgemäße Verfahren offenbart einen dreistufigen Vollprozess zur Umsetzung der Verbrennungsenergie, der nach Abschluss der dritten Stufe, also des Ladewechsels, be endet ist. Weitere Vollprozesse können unmittelbar oder bei reduziertem Leistungsbedarf mit zeitlichem Abstand folgen. Dabei verhält sich jede weitere Prozessfolge zu seiner vorausgegangenen gespiegelt. Jeder Vollprozess setzt dabei die thermodynamisch maximal umsetzbare Energie in einen elektrischen Energieimpuls um. Da jeder Vollprozess innerhalb einer definierten Zeit einen definierten Energieimpuls ausgibt, ist die abnehmbare Leistung allein durch die Pausenzeit zwischen den Vollprozessen und somit über die Ar- beitsfrequenz nach unten bestimmbar. Anders als bei konventionellen Verbrennungs kraftmaschinen erübrigt es sich bei diesem Verfahren, die Vorrichtung für einen Betrieb unter Lastwechselbedingungen auszulegen. Der erfmdungsgemäße Drei-Schritt-Vollprozess-Linearkolbengenerator weist ein gegenläufiges Kolbenpaar, einen frei beweglichen Ladewechselkolben sowie eine elektromag netische Einheit auf. Dieser Ladewechselkolben wird nach der in einem zweiten Arbeits schritt erfolgten Expansion durch Anblasen mit zuvor komprimierter Frischluft im Arbeitszylinder zur Gegenseite gedrückt. Dabei schiebt der Ladewechselkolben das ver brauchte Arbeitsgas vollständig aus dem Arbeitszylinder, während ihn gleichzeitig Frischgas bzw. -luft hinterströmt. Es wird ein Drei-Schritt-Verfahren zum Betrieb des Freikolbenlineargenerators offenbart. Dieses Drei-Schritt-Verfahren ist ein Vollprozess und nach Abschluss des dritten Schrittes beendet. Es weist dabei zusammengefasst fol gende Schritte auf: a) Kraftstoffeinbringung, Verdichten und Zünden
b) Verbrennen und Arbeiten
c) Ladewechsel
Anders als bei bekannten Verbrennungsverfahren wird hier keine Energie zwischenge speichert, die zur Weiterführung der Abläufe in eine Wiederholung führt. Es werden für einen vollständig abgeschlossenen Prozessablauf drei Kolbenbewegungen ausgeführt.
Des Weiteren wird jedem Prozessablauf dieselbe, idealisierte Menge Kraftstoff zugeführt. Im ersten Schritt a) wird eine stöchiometrisch ausgewogene Kraftstoffmenge in einen mit Luft gefüllten Arbeitsraum eingespritzt und mit dieser während einer Verdichtung zu einem homogenen Arbeitsgas vermischt. Das Gas kann fremdgezündet werden oder die Kompression wird kontrolliert soweit fortgeführt, bis das Gemisch zwingend durchzündet und in Verbrennung übergeht. Es erfolgt also eine kontrollierte Selbstzündung. Alternativ zur Kraftstoffeinspritzung kann der Arbeitsraum statt mit Luft mit einer fertigen Arbeits gasmischung gefüllt werden. In diesem Fall würde das System statt Frischluft zündfähi ges Arbeitsgas ansaugen. Im zweiten Schritt b) wird die freigesetzte Wärmeenergie durch Volumenarbeit an den Kolben über eine elektromagnetische Einheit in elektrische Ener gie umgesetzt. Parallel dazu wird die Luftmenge komprimiert, die im folgenden Schritt benötigt wird. Im dritten Schritt c) wird mittels des Ladewechselkolbens das verbrauchte Arbeitsgas durch Frischluft ersetzt. Es werden für den Ladewechsel zwei Vorgänge gleichzeitig mit nur einer Kolbenbewegung ausgeführt. Dies wird durch den genannten zusätzlichen Kolben, dem Ladewechselkolben, ermöglicht. Dieser Ladewechselkolben wechselt nach abgeschlossener Expansion seine Position zur Gegenseite und drückt so das verbrauchte Gas aus dem Zylinder. Gleichzeitig füllt sich der hinter ihm freiwerdende Raum mit Frischluft bzw. Frischgas. Der Ladewechselkolben kann durch den Druck der zuvor komprimierten Luft bewegt werden. Der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator als Gesamtsystem weist zwei ineinandergreifende Hauptgruppen auf. Zum einen setzt ein mechanischer Komplex die thermodynamischen Vorgänge in Bewegung um und umge kehrt. Zum anderen bewirkt ein elektromagnetischer Komplex die Umsetzung der Abläu fe im mechanischen Teil aus elektrischer- und in elektrische Energie. Die Verbrennungs energie aus unterschiedlichen Quellen wird hocheffizient umgesetzt. Es können sowohl gasförmige als auch flüssige Kraftstoffe biologischer, chemischer oder fossiler Herkunft im selben Verfahren umgesetzt werden. Es wird eine schadstoffrninimierte Verbrennung erzielt. Eine reibungsreduzierte Kräfteumsetzung erhöht den Wirkungsgrad, verringert die Abnutzung und verlängert die Lebensdauer. Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei den Vorteil, dass der Einsatz eines Ladewechselkolbens die räumliche Trennung zwi schen Abgas und Frischgas bewirkt und einen effizienten Ladewechsel ermöglicht. Das verbrauchte Arbeitsgas wird, im Vergleich zum Vier-Takt-Verfahren, in einem deutlich verkürzten Ladewechselvorgang nahezu vollständig ausgeräumt. Im Vergleich zum La dewechsel durch Spülung ist dieser kompromissfrei. Die Ladewechselenergie ist zum ei nen durch die eingesparten Kolbenbewegungen und zum anderen durch den reibungsmi nimierten Kolbenlauf geringer. Der Ladewechselkolben kann sich durch das„Anblasen“ ohne bzw. nahezu ohne mechanischen Kontakt zur Zylinderwand bewegen. Die beim Verbrennungsvorgang belasteten Kolben- und Zylinderflächen wechseln nach jedem Ar beitsschritt. Ihre thermische Beanspruchung ist daher erheblich reduziert.
Das erfindungsgemäße Verfahren hat dabei weiterhin den Vorteil, dass die Verbrennung des Arbeitsgases durch eine kontrollierte, durch Kompression herbeigefuhrte Zündung er folgt (HCCI). Diese Zündmethode stellt das höchste Potential einer thermodynamisch idealen und schadstofffeduzierten Energieumsetzung zur Verfügung. Die durch Kompression herbeigefuhrte Verbrennung ermöglicht, dass in einem umsetzbaren Rahmen das Verhältnis zwischen umsetzbarer Energie und Schadstoffemission maximiert ist. Die Funktionslogik des Verfahrens erlaubt das Zusammenwirken und Ineinandergreifen natürlicher Vorgänge in den Bewegungsfluss, die parallele Umsetzung mehrerer Funktions abläufe in jedem der Einzelschritte und die Mehrfachnutzung ohnehin benötigter Funkti onselemente. Das minimiert die konstruktiven Aufwendungen für mechanische und elekt rische Komponenten. Auch elektronische Maßnahmen zu Sensorik, Steuerung und Rege- lung der Prozessabläufe gestalten sich überschaubar. Die Magnetspulen, die das Öffnen und Schließen der Kolbenventile auslösen, können ebenso als elektronische Sensoren ge nutzt werden, um die Endpositionen der Kolbenanordnungen zu erkennen. Die Spulenan ordnungen der Statoren können elektronisch so beschältet werden, dass diese zur sensori schen Erfassung der Kolbenpositionen während derer Bewegungen genutzt werden kön nen. Der Innendruck ist dort anhand auslesbarer Strom- bzw. Spannungsparameter in Echtzeit bestimmbar. Das Verbrennungsverfahren öffnet neue Möglichkeiten gegenüber dem bislang bekannten Stand der Technik. Die Architektur bzw. der Aufbau der Ver brennungsmaschine kann wesentlich vereinfacht werden, wobei keine Abstriche in Bezug auf Effizienz, Schadstoffemission oder Nachhaltigkeit gemacht werden müssen. Zur Her beiführung der optimierten Verbrennung und zur Steuerung der motorischen Abläufe ist ein lediglich geringer Energieeinsatz notwendig. Die Verluste durch Reibung, Abgas wärme und Kühlung sind minimiert. Aus diesem Grund wird ein hoher Wirkungsgrad er zielt. Die erfmdungsgemäße Vorrichtung ist einfach, kompakt und überschaubar aufge baut. Sie weist eine geringe Bauteilvielfalt sowie einfache und fertigungsfreundliche Ein zelbaugruppen auf, sie kann montagefreundlich, oder eventuell automatisiert zusammen gebaut werden. Sie hat einen geringen Wartungsaufwand und geringe Herstellungskosten für ein langlebiges und nachhaltiges Motorsystem. Der Drei-Schritt-Vollprozess- Lineargenerator kann als Stromerzeugungseinheit an Bord eines Elektrofahrzeugs dienen und somit eventuell auftretenden Problemen mit Akkus bezüglich der Kosten und der Reichweite abhelfen. Die Energie für den Elektromotor kann direkt oder in Verbindung mit, eventuell auch kleineren Akkumulator-Systemen, zur Verfügung gestellt werden. Immer schärfere Abgasgrenzwerte erfordern derartige neue Antriebskonzepte in der Au tomobilindustrie. Der Verbrennungsmotor kann unterstützend in elektrisch angetriebenen Fahrzeugen eingesetzt werden. Insbesondere ist der Einsatz für längere Strecken, die von Elektrofahrzeugen bewältigt werden sollen, geeignet. Deren Akkumulatoren müssten mit höherer Kapazität, größer und schwerer, dimensioniert sein. Sie würden daher hohe Lade ströme beanspruchen. Daher kann der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator für Mit tel- und Langstrecken zusätzlich als Elektrogenerator eingesetzt werden, der aus Kraft stoff elektrische Energie erzeugt. Das Gesamtsystem weist lediglich sechs reibungsbe haftete Zonen in Form von Lagerungen auf, um die Bewegungskräfte stabil umzusetzen. Somit entsteht ein Vorteil bezüglich Reibung und Verschleiß. Die synchrone, gegenläufige Bewegung der Massen kompensiert Vibrationsmomente und macht das System leise und vibrationsarm. Es können Ausführungen unterschiedlicher Leistung als kompakte Einzelmodule bereit gestellt werden, die platzsparend, dem Leistungsbedarf entsprechend, zu Einheiten kom biniert werden können. In einer Einheit aus mehreren Modulen würde der Ausfall eines Moduls nicht zum Totalausfall des Gesamtsystems fuhren. Es kann mit reduzierter Leis tung Weiterarbeiten. Dieser sicherheitsrelevante Aspekt eignet das Verfahren zum Einsatz in Luftfahrzeugen. Der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator kann auch in stationären Anwendungen wie beispielsweise in der Energiewirtschaft eingesetzt werden. Er kann auch zum Ausgleich von Schwankungen der Leistungen von erneuerbaren Energien zum Einsatz kommen oder zur Notstromversorgung. Die beschriebene Vorrichtung ist serien tauglich. Die Bauteile und Baugruppen weisen vergleichsweise geringe Vielfalt und Komplexität auf. Sie können bei Serienfertigung günstig bereitgestellt und zusammenge baut werden. Einzeln auswechselbare Bauteile reduzieren Müll-, Reparatur- und War tungskosten. Die robuste und dennoch leichte Bauweise ermöglicht auch den Einsatz in Katastrophen- oder Dritte Weltregionen. Dieser Lineargenerator ist verzögerungsfrei in einem Bereich von Sekundenbruchteilen start- und stoppbar. Die abnehmbare Leistung ist proportional zur Arbeitsfrequenz. Diese ist von ihrer Maximalen nach unten frei steuer bar. Der Kraftstoffverbrauch verhält sich dabei ebenso proportional. Ein Elektrofahrzeug kann somit mit einem emissionsreduzierten und verbrennungsoptimierten Betrieb mit verschiedenen Kraftstoffen zur Erzeugung der benötigten elektrischen Energie betrieben werden. Die Bereitstellung elektrischer Energie erfolgt kurzfristig, dauerhaft, stationär oder mobil. Kompakte Einzelmodule sind dem Energiebedarf entsprechend skalierbar. Der Transportaufwand reduziert sich auf ein notwendiges Minimum. Der Einsatz des Verbrennungsmotors sowie des Verfahrens zu seinem Betrieb lässt sich für verstärkte Elektromobilität zu Land, zu Wasser und in der Luft einsetzen. Die Anordnungen der den Hauptzylinder umschließenden Rohre und die dadurch entstehenden Kanäle zur Führung von Kühlflüssigkeit, Abgas und Frischluft ergeben, neben der konstruktiven Einfachheit, hohe Stabilität und eine günstige thermische Kopplung der Kammern bzw. Kanäle unter einander. Dem Kühlkreislauf wird nicht nur die Wärme aus dem Arbeitsraum, sondern auch die Wärme aus dem Abgaskanal zugeführt. Das erhöht die entnehmbare Wärmeenergie, die in einer Kühlflüssigkeit transportiert und z.B. zur Beheizung eines Fahrzeu ginnenraums oder der Akkuzellen umgesetzt werden kann. Gleichzeitig bewirkt die Wandverbindung zwischen Abgas und Luftkanal einen thermischen Ausgleich mit der eingesaugten Luft und wärmt diese vor. Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Figurenbeschreibung, den Zeichnungen und den Ansprüchen entnehmbar.
Nachfolgend wird ein Ausfiihrungsbeispiel der erfindungsgemäßen Lösung anhand der beigefiigten schematischen Zeichnungen näher erläutert. Es zeigen:
Die Figuren 1 bis 8 stellen einen Drei-Schritt-Vollprozess im Ablauf dar.
Fig. 1 zeigt die Ausgangslage des Drei-Schritt-Vollprozesses,
Fig. 2 zeigt die Zündungsphase,
Fig. 3 stellt die Arbeits- oder Expansionsphase dar,
Fig. 4 zeigt den Ladewechsel, in Fig. 5 wird das Ende des Ladewechsels bzw. des Vollprozesses dargestellt,
Fig. 6 stellt die Einleitung zur Kompressionsphase dar,
Fig. 7 zeigt den Beginn der Kompressionsphase und Fig. 8 stellt die Kompressionsphase dar.
Nachfolgende Bezugszeichen, die mit a oder b aufgeführt sind, bezeichnen identische Bauteile oder Baugruppen, die sich in den Figuren links und rechts gespiegelt gegenüber stehen.
In Fig. 1 ist ein Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator 1 dargestellt. Sie zeigt die End- und Ausgangslage des Prozesses. In dieser Lage verbleibt das System bis zu einem Neu start. Der Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator 1 weist zwei ineinandergreifenden Hauptgruppen 2, 3a, 3b auf. Zum einen, setzt ein mechanischer Komplex, die erste Hauptgruppe 2, die thermodynamischen Vorgänge in Bewegung um und umgekehrt. Zum anderen bewirkt ein elektromagnetischer Komplex, die zweite Hauptgruppe 3a und 3b, die Umsetzung der Abläufe im mechanischen Teil aus elektrischer- und in elektrische Energie. Der elektromagnetische Komplex 3a, 3b weist zwei symmetrische, sich gespie gelt gegenüberliegende Anordnungen aus Läufern 28a, 28b und Statoren 29a, 29b, auf.
Sie liegen mechanisch getrennt, sind aber elektrisch verkoppelt und synchronisiert. Sie sind als Einheit zu betrachten. In einem symmetrisch aufgebauten Hauptzylinder 4 wer den zwei, sich gespiegelt gegenüberliegende Kolbensysteme 5a, 5b geführt. Diese Kolbensysteme 5a, 5b bewegen sich synchron und linear, bei der Kompression zur Zylindermitte hin und bei der Expansion aus der Mitte voneinander weg. Jedes Kolbensystem 5a, 5b weist einen Außenkolben 6a, 6b und ein mittiges Ventilelement 7a, 7b auf. Fig. 1 zeigt die äußeren Endpositionen der Kolbensysteme 5a, 5b. Die Außenkolben 6a, 6b sind so gestaltet, dass deren jeweiliger Kolbenkopf 8a, 8b einen kleineren Durchmesser hat als ihr jeweiliges Fußteil 9a, 9b. Des Weiteren sind die Außenkolben 6a, 6b jeweils mit ei nem Kolbenrohr 10a, 10b verbunden, welches die Bewegungskräfte der Kolbensysteme 5a, 5b außerhalb des Zylindersystems fuhrt. Das Kolbenventil 7a, 7b ist so gestaltet, dass sein jeweiliges Kopfteil 1 la, 1 lb, das in Tellerform ausgebildet ist, so am Kolbenkopf 8a, 8b des Außenkolbens 6a, 6b wirkt, dass es zum einen diesen dichtend verschließen kann und zum anderen die im Arbeitsraum (13) wirkenden Kräfte auf den Außenkolben 6a, 6b überträgt. Der tellerförmige Ventilkopf 11a, 1 lb ist so ausgebildet, dass er im geschlos senen Zustand eine homogene Fläche mit dem Kolbenkopf 8a, 8b des Außenkolbens 6a, 6b bildet. Das Kolbenventil 7a, 7b ist mittels einer Stange 12a, 12b, die durch das Kol benrohr 10a, 10b führt, von außen öffenbar und hat die Aufgabe, den Luft- bzw. Gasfluss zwischen den Zylinderräumen vor- und hinter den Kolbensystemen 5a, 5b zu steuern. Der Hauptzylinder 4 ist derart aufgebaut, dass sein innerer Zylinderraum, also der Arbeitsraum 13, so gebohrt ist, dass die Kolbenköpfe 8a, 8b beider Kolbensysteme über die ge samte Bewegungsstrecke darin geführt werden können. Die äußeren Zylinderseiten 14a, l4b sind in ihren Durchmessern für den Lauf der Kolbenfüße 9a, 9b angepasst und bilden das Saug- und Pumpsystem für die Frischluft bzw. das Frischgas. Dieser Durchmesser bestimmt sich daraus, dass die Volumenänderung bei einer Kolbenbewegung außen grö ßer sein soll als im Arbeitsraum 13. Zwischen den Kolbensystemen 5a, 5b befindet sich im inneren Zylinderraum, also dem Arbeitsraum 13, ein weiterer Kolben, der Ladewech selkolben 15, der sich bei Druckdifferenz an seinen Außenflächen frei im Innenzylinder 17 hin und her bewegen kann. Seine Außenflächen sind so ausgebildet, dass sie jeweils flächig an den Kolbenköpfen 8a, 8b anliegen können. Sein Außendurchmesser ist so be messen, dass er bei seiner Bewegung von einem Gaspolster umspült wird und somit Rei bung reduzierbar ist. Die Abgasöffnungen 16a, 16b am Innenzylinder sind schlitzförmig ausgebildet und symmet risch in gleichem Abstand zur Zylindermitte des Innenzylinders so platziert, dass sie zum Ex pansionsende bei auseinander gefahrenen Kolben 5a, 5b frei bzw. vor diesen liegen. Da der La dewechselkolben 15 zum Ende jeder Expansionsphase immer im Wechsel an einem der beiden Kolbenköpfe 8a, 8b anliegt, soll von diesem die jeweilige Abgasöffnungsanordnung abgedeckt und verschlossen sein. Die Läufer 28a, 28b der elektromagnetischen Einheit 3a, 3b, also der zweiten Hauptgruppe, sind kraftschlüssig mit den jeweiligen Kolbenrohren 10a, 10b verbunden. Sie können ring- oder rohrförmig ausgebildet sein, so dass sie in ihrer translatorischen Bewegung platzsparend die äußeren Enden der ersten Hauptgruppe 2 in geringem Abstand überfah ren können. Sie können dadurch stabil und ohne zusätzliche Führung bzw. Lagerung geführt werden. Die Statoren 29a, 29b sind dann ebenso ring- oder rohrförmig gestaltet. Sie sind kraft- schlüssig mit dem Gesamtsystem verbunden und umschließen die Läufer 28a, 28b in geringem Abstand so, dass eine optimale magnetische Wechselwirkung stattfinden kann. Diese Anord nung benötigt wenig Platz bei großer magnetisch wirksamer Fläche, weist hohe Stabilität auf und ist günstig herzustellen. Alternativ sind andere Anordungen denkbar.
Fig. 2 stellt die Zündungsphase und die innere Endposition der Kolbensysteme 5a, 5b dar. Das Arbeitsgas ist so weit verdichtet, dass es von selbst zündet oder mittels geeigneter Vorrichtung aus der Zylindermitte fremdgezündet wird. Ist der Außendurchmesser am Hauptzylinder 4 über dem Bereich des Arbeitsraumes 13 verjüngt und mit einem umschließenden Rohr 18 abgedich tet, kann in dem Zwischenraum 19 Kühlflüssigkeit geführt werden. Es sind Anschlüsse zur Ein- und Ausbringung von Kühlflüssigkeit angeordnet, die in der Fig. nicht dargestellt sind. Ein wei teres Rohr 20 umschließt den Hauptzylinder 4 in einem Abstand so, dass ein Zwischenraum 21 entsteht, in den das Abgas aus dem Arbeitsraum 13 eingeleitet und durch eine Abgasöffnung 22 nach außen geführt wird.
Fig. 3 zeigt eine Arbeits- bzw. Expansionsphase im Arbeitsschritt, kurz vor Freiwerden der Abgasöffnung 16a. Die Kolben 5a, 5b bewegen sich nach außen in ihre Endlage. Die elektromag netische Einheit 3a, 3b arbeitet als Lineargenerator. Eine weitere äußere Rohranordnung 23 um schließt zentrisch die gesamte Vorrichtung. In ihr wird Frischluft von außen bis an die Kolben systeme 5a, 5b geführt und dient gleichzeitig als Pufferraum für die komprimierte Frischluft bzw. Frischgas. Eine Einlassöffnung 24 an diesem Rohr ist mit einem selbsttätigen Ventil 25 versehen, das nur bei einem Druckgefälle nach innen Luft bzw. Gas einströmen lässt und sonst geschlossen ist. Die Enden der äußeren Rohranordnung 23 sowie die Enden des Elauptzylinders 4 werden jeweils durch eine Platte 26a, 26b abgeschlossen, die beide kraftschlüssig zentrisch fixiert und nach außen abdichtet. Die mittigen Bohrungen 27a, 27b dienen als Führungen und Lagerungen für die nach außen führenden Kolbenrohre 10a, lOb. An den Kolbenrohren 10a, lOb sind, als Teil der elektromagnetischen Einheit 3a, 3b, jeweils die Läufer 28a, 28b kraft- schlüssig befestigt und bedürfen keiner zusätzlichen Lagerungen. Sie bewegen sich mit den Außenkolben 6a, 6b linear und liegen sich, außerhalb der Zylinderanordnung, symmetrisch ge spiegelt gegenüber. Die Statoren 29a, 29b der elektromagnetischen Einheit 3a, 3b sind kraft- schlüssig und/oder justierbar mit dem Gesamtsystem so angeordnet, dass sie optimal in Wech selwirkung mit den Läufern 28a, 28b sind. Läufer 28a, 28b und Statoren 29a, 29b können so gestaltet sein, dass sie platzsparend das Gesamtsystem umschließen.
Fig. 4 stellt den Vorgang des Ladewechsels dar. Die Kolbensysteme 5a, 5b sind in ihrer Endla ge. Die Auslassöffnungen l6a links sind frei und das verbrauchte Arbeitsgas strömt in den Ab gaskanal 21. das Kolbenventil 7b rechts wird geöffnet und der Wechselkolben 15 durch die im vorausgegangenen Schritt komprimierte Luft zur Gegenseite geblasen, wodurch das entspannte Abgas aus dem Zylinder geschoben wird. Das Druckniveau zwischen Abgas im Abgaskanal 21 und der einströmenden Frischluft wird so eingestellt, dass es an der freigewordenen Abgasöff nung 16b rechts während des Ladewechsels zu keiner Gasvermischung kommt. Alternativ kann vor Beginn des Ladewechsels das rechte Kolbensystem 5b so weit eingefahren werden, dass die Auslassöffnung 16b vom Außenkolben 6b überdeckt ist.
In Fig. 5 ist das Ende des Ladewechsels dargestellt. Dies ist auch das Ende eines Vollprozesses. Ein Gaspolster 31 verhindert einen harten Aufprall.
Fig. 6 zeigt die Einleitung zur Kompressionsphase. Die Kolbensysteme 5a, 5b bewegen sich zur Mitte. Dabei bleibt das Kolbenventil 7b noch offen. Die elektromagnetische Einheit 3a und 3b, also die zweite Hauptgruppe, arbeitet als Linearmotor.
In Fig. 7 ist der Beginn der Kompressionsphase dargestellt. Das Kolbenventil 7b ist jetzt geschlossen. Die Kompression beginnt und Kraftstoff wird über eine geeignete Vorrichtung 33 eingebracht. An den Kolbenrückseiten 32a, 32b entsteht Unterdrück, das Einlassventil 25 öffnet und Frischluft bzw. Frischgas wird angesaugt. Die Kraftstoffeinbringung muss nicht zwingend wie beschrieben erfolgen. Es ist auch möglich, ein fertiges Luft/Kraftstoffgemisch statt reine Luft in das System zu saugen, beispielsweise vergleichbar einem Vergaser oder der Vorein spritzung im Ansaugweg. Vorteilhafterweise entfallen die Kraftstoffeinbringung an der Zylin dermitte und die dazu notwendigen Anwendungen.
Fig. 8 stellt die Kompressionsphase dar. Der Kraftstoff vermischt sich mit der Luft und wird verdichtet. Im Luftkanal 36 ist Füllstoff bzw. ein Vlies 37a, 37b eingebracht, der bzw. das strömungsbegünstigend ausgebildet sein kann und das Volumen des Luftkanals 36 gewichtsarm reduziert. Bei werkstoffbedingter Notwendigkeit einer Schmierung kann einem saugfähigen Füllstoff 37a, 37b kapillarisch von außen, beispielsweise durch einen Docht (nicht dargestellt) z.B. Öl zugeführt werden. Die Kapillarwirkung sorgt auf natürlichem Weg und energiefrei für eine gleichbleibende Sättigung. Die angesaugte Frischluft umströmt im Betrieb diesen Füllstoff und führt so mitgerissenen Schmierstoff an alle reibungsbehafteten Zonen. Das elektromagneti sche System hat zum einen die Aufgabe, die Bewegungsenergie auf die Kolbenanordnungen zu übertragen, die notwendig ist ein Kraftstoffgemisch ausreichend zu verdichten und zum ande ren, die bei der Verbrennung umsetzbare Bewegungsenergie in elektrische Energie umzuwan deln. Die beiderseits aus den Kolbenrohren 10a, lOb herausragenden Ventilstangen 12a, 12b werden mittels geeigneter Vorrichtung so steuerbar, dass sie nach abgeschlossener Expansion den Ladewechsel einleiten und während der Kolben-Zurückbewegung über eine längere Strecke relativ zum Kolbenrohr lOa, lOb nach innen gedrückt gehalten werden können. So kann das Kolbenventil 7a, 7b über einen steuerbaren Weg geöffnet bleiben. Beispielhaft ist das so gelöst, dass an den Ende der Ventilstangen 12a, 12b axial magnetisierte Permanentmagnete 34a, 34b befestigt sind, die sich jeweils mittels Feder vom Kolbenrohr lOa, 10b so abdrücken, dass die Kolbenventile 7a, 7b in Normallage geschlossen sind. Tauchen die Magnete 34a, 34b in den Wirkbereich ihrer elektrischen Spulen 35a, 35b, die kraftschlüssig mit dem Gesamtsystem ver bunden sind, kann eine jeweilige Spule 35a, 35b durch ein gegengerichtetes Magnetfeld solange Kraft auf den jeweiligen Magneten 34a, 34b ausüben, wie sich dieser in ihrem magnetischen Einflussbereich befindet. Ebenso kann ein gleichgerichtetes Magnetfeld das Schließen des Kol benventils 7a, 7b beschleunigen. Bei einer Schmiermethode, die beim erfindungsgemäßen Drei- Schritt-Vollprozess-Lineargenerator 1, aber auch in konventionellen Motorkonzepten angewen det werden kann, ist vorgesehen, dass im Luftkanal 26 ein saugfahiger Füllstoff 37a, 37b einge bracht ist, der mittels einer Kapillarwirkung mit einem Schmierstoff, der aus Öl ausgebildet sein kann, gesättigt ist und während des Betriebs von eingesaugtem Frischgas bzw. -lufit so um strömt wird, dass dieses Schmierstoff mitreist und an die reibungsbehafteten Zonen führt. Da der Komprimierungsvorgang erst beginnen kann, wenn das Kolbenventil 7a, 7b geschlossen ist, kann so das Ausgangsvolumen und damit die wirksame Arbeitsgasmasse einfach gesteuert werden, während das maximal erreichbare Expansionsvolumen unverändert bleibt. Diese Technik erlaubt es, den Druck des Arbeitsgases nach der Verbrennung in einem weit größeren Be reich nutzbar zu machen als dies in konventionellen Verbrennungsmotoren möglich ist. Parallel zum Abgasdruck sinkt auch dessen Temperatur und somit die Belastung für Umwelt und Mate rial.
DREI-SCHRITT-VOLLPROZESS-LINEARGENERATOR (1) zur Umsetzung von Verbrennungs energie in Elektroenergie, in jeweils nach drei Bewegungsschritten abgeschlossenen und beliebig wie derholbaren Vollprozessen, mit zwei sich gespiegelt gegenüberliegenden Kolbensystemen (5a, 5b), die in einem Hauptzylinder (4) angeordnet und synchron und linear bewegbar sind, wobei zwischen den Kolbensystemen (5a, 5b) in einem Innenzylinder (17) ein vollsymmetrischer Ladewechselkolben (15) ausgebildet ist, der dort frei in axialer Richtung beweglich ist und durch eine geringe Druckdifferenz <1 bar zwischen seinen Außenflächen, bewegbar ist wobei sein Seitenwechsel nach einer erfolgten Expansion (zweiter Schritt) mit einer Bewegung einen vollständig abgeschlossenen Ladungswechsel (dritter Schritt) bewirkt, indem er in diesem Schritt, bei einem Seitenwechsel, verbrauchtes Gas voll ständig aus einem Innenzylinder (17) verdrängt und dabei rückseitig ein mit Frischgas gefüllter Ar beitsraum (13) entsteht wobei diese Gase räumlich getrennt bleiben und die Vorgänge in jedem fol genden Vollprozess in gespiegelter Richtung verlaufen. Jedes Kolbensystem (5a, 5b) weist einen Au ßenkolben (6a, 6b) und ein mittiges Ventilelement (7a, 7b) auf, so dass mittels einer Krafteinwirkung über die Ventilstangen (l2a, l2b) im Wechsel von einer, außerhalb der Zylinderanordnung befindli chen Vorrichtung gesteuert geöffnet wird und so eine Frischladung den Innenzylinder (17) füllt, und geschlossen wird, um die Frischladung im Innenzylinder einzuschließen, wobei die im Arbeitsraum (13) auf die Kopfteile (1 la, 1 lb) wirkenden Druckkräfte immer in positiver Richtung, relativ zu den Kolbensystemen (5a, 5b) gerichtet sind, was die Schließkraft der Ventilelemente und die abdichtende Wirkung zusätzlich verstärkt. Die Außenkolben (6a, 6b) weisen einen Kolbenkopf (8a, 8b) mit kleine rem Durchmesser auf, als die jeweiligen Fußteile (9a, 9b) und die Außenkolben (6a, 6b) sind jeweils mit einem Kolbenrohr ( 1 Oa, lOb) verbunden, mit denen die Bewegungskräfte von außerhalb der Zy linderanordnung, in Schritt a) auf die Kolbensysteme (5a, 5b) geführt werden oder umgekehrt in Schritt b), und im Kolbenrohr (lOa, 10b) wird jeweils die Ventilstange (12a, 12b) axial beweglich mit geführt.
Der Ladewechselkoben (15) weist Außenflächen auf, die ihn bei geschlossenem Kolbenventil (7a, 7b) jeweils homogen flächig an den Kolbenköpfen (8a oder 8b) anliegen lässt, wobei nach einem Seiten wechsel ein verbleibendes Gaspolster (31) einen Aufprall abfedert und nach einer Verdichtung, die sich wechselseitig gegenüberliegenden Kolbenflächen, homogene und unzerklüftete Brennraumbe grenzungen bilden. Der Hauptzylinder (4) ist so gestaltet, dass sein Innenzylinder (17) einen kleineren Durchmesser aufweist als seine äußeren Zylinderseiten (14a, 14b), wobei die Außenkolben (6a, 6b) so ausgebildet sind, dass die Durchmesser ihrer Kolbenköpfe (8a, 8b) für ihren Lauf im Innenzylinder (17) und die ihrer Fußteile (9a, 9b) für den Lauf in den äußeren Zylindern (14a, 14b) angepasst sind, wodurch bei einer Bewegung der Kolbensysteme (5a, 5b) die Volumenänderung im Innenzylinder (17) kleiner ist als an den Kolbenrückseiten (32a, 32b) und dadurch rückseitig ein verbundenes Saug- Pumpsystem ausgebildet ist, welches beim Zusammenfahren der Kolbensysteme (5a, 5b) (erster Schritt) Frischgas einsaugt und beim Auseinanderfahren (zweiter Schritt) das Frischgas ausreichend komprimiert, um den Ladewechselkolben (15) im dritten Schritt (Ladungswechsel) zu seiner gegen überliegenden Position zu beschleunigen (blasen).
Am Innenzylinder (17), symmetrisch zur Zylindermitte, sind Abgasöffnungen (16a, 16b) ringförmig um den Innenzylinder (17) so eingebracht, dass sie erst bei auseinandergefahrenen Kolbensystemen (5a, 5b) im Wechsel frei werden und sonst von den Kolbensystemen (5a, 5b) verschlossen, oder vom Ladewechselkolben (15) abgedeckt sind. Der Ladewechselkolben (15) wird in seiner freien Bewe gung, während des Ladungswechsels von einem Gasmantel umspült, der ihn in ringsum zur Zylinder wand auf Abstand zentriert und somit Reibung reduziert wird und dieser Abstand, der durch seinen Durchmesser definiert wird, klein genug gehalten ist, dass ein Ausströmen einer Frischladung durch die von ihm abwechselnd abgedeckte Auslassöffnung (16a, 16b) reduziert wird.
Axial wie radial umgreifen symmetrische Rohranordnungen den Hauptzylinder (4) in Abständen so, dass voneinander getrennte Zwischenräume entstehen, in denen Gase oder Flüssigkeit geführt werden, die mit großer Oberfläche der Rohrwände in thermischem Kontakt zueinander stehen und so die Ab wärme nutzbringend umsetzbar ist, wobei das erste Rohr (18) den Arbeitsraum (13) in einem Abstand so umschließt, dass in einem ersten Zwischenraum (19) Kühlflüssigkeit geführt wird und sich ein zweites Rohr (20) über den gesamten Innenzylinder (17) erstreckt und einen zweiten Zwischenraum (21) als Abgaskanal ausbildet, der an einer Auslassöffnung (22) mündet sowie eine dritte Rohranord- nung (23) als Außenhülle, in deren Zwischenraum zum zweiten Rohr (20) ein Luftkanal (36) ausge bildet ist, in welchen Luft oder Frischgas über die Einlassöffnung (24) eingeleitet, bis an die Kolben rückseiten (32a, 32b) geführt und bei geschlossenem Einlassventil (25) gepuffert wird.
Am Ende der Ventilstange (l2a, l2b) ist ein axial magnetisierter Permanentmagnet (34a, 34b) befes tigt, der sich mittels einer Feder vom Kolbenrohr (10a, lOb) so abdrückt, dass das Kolbenventil (7a, 7b) in Normallage geschlossen ist, wobei beim Eintauchen des Permanentmagneten (34a, 34b) in den Wirkbereich einer elektrischen Spule (35a, 35b), die kraftschlüssig mit dem Gesamtsystem verbunden ist, deren gegengerichtetes Magnetfeld ein Öffnen des Kolbenventils (7a, 7b) bewirkt, damit das ver dichtete Frischgas hinter den Ladewechselkolben (15) entlässt und diesen geöffneten Zustand über einen Fahrweg der Kolbenanordnung (5a, 5b) nach innen, steuerbar aufrechterhält und ein gleichge richtetes Magnetfeld die Schließkraft der Feder unterstützt wodurch, beim Zusammenfahren der Kol bensysteme (5a, 5b) die so einschließbare Arbeitsgasmenge zur Verdichtung ohne weitere Vorrichtun gen steuerbar ist. Der DREI-SCHRITT-VOLLPROZESS-LINEARGENERATOR (1) ist aus zwei ineinandergreifenden Hauptgruppen (2, 3a, 3b) ausgebildet, wobei zum einen ein mechanischer Kom plex, die erste Hauptgruppe (2), die thermodynamischen Vorgänge in Bewegung umsetzt und umge kehrt, und im Verbund über die Kolbenrohre (10a, lOb), ein sich gespiegelt gegenüberliegender elekt romagnetischer Komplex, die zweite Hauptgruppe (3a, 3b), die Umsetzung der Abläufe im mechani schen Teil aus elektrischer und in elektrische Energie bewirkt, indem diese Hautgruppe (3a, 3b) in Schritt a) als Linearmotor arbeitet und allein die Volumenarbeit der Verdichtung leistet und in Schritt b) als Generator, die Volumenarbeit aus der Expansion in Elektroenergie umsetzt, wodurch weitere Vorrichtungen, wie mechanische Federn oder Gasfedem verzichtbar sind und dieser elektromagnetische Komplex (3a, 3b) elektrisch gekoppelt und synchronisiert ist. Im Luftkanal (36)ist saugfähiger Füllstoff (37a, 37b) flächig eingebracht, der mittels Kapillarwirkung mit Schmierstoff, z. B. Öl, wel ches von außen über Dochte (in den Zeichnungen nicht dargestellt) nachgeführt wird, gesättigt ist wo bei die Oberflächen des Füllstoffs (37a, 37b) während des Betriebs von eingesaugtem Frischgas um strömt werden und dabei geringe Mengen Schmierstoff mitgerissen und mit dem Frischgas an rei bungsbehaftete Zonen geführt wird.
Das Verbrennungsverfahren mit einem DREI-SCHRITT-VOLLPROZESS-LINEARGENERATOR weist folgende Schritte auf, die jeweils für einen Bewegungsvorgang definiert sind: a) Kraftstoffeinbringung, sofern Luft, und nicht fertig gemischtes Arbeitsgas von außen eingebracht wird.
Verdichten und Zünden, bei gleichzeitigem Ansaugen von Frischgas
b) Verbrennen und Arbeiten, bei gleichzeitigem Vorkomprimieren des Frischgases
c) Ladungswechsel, wobei ein vollständig abgeschlossener Prozess zur Umsetzung von Verbrennungsenergie in Bewe gungsenergie und damit in einen elektrischen Energieimpuls nach dem Schritt c) beendet ist und der Ladungswechsel c) unter Einsatz eines Ladewechselkolbens (15) erfolgt und jeder Vollprozess, begin nend mit Schritt a) aktiv eingeleitet wird und so unverzögert elektrische Energie abrufbar ist.
Jeder Vollprozess setzt unter gleichen Bedingungen die gleiche Energiemenge in einen elektrischen Energieimpuls um, und so wird die maximal abnehmbare Leistung durch die systembedingt maximale Wiederholhäufigkeit innerhalb einer Zeit begrenzt (maximale Arbeits frequenz), während bei geringerem Leistungsbedarf, die Pausendauer zwischen den einzelnen Vollprozessen beliebig verlängerbar ist oder Prozessfolgen mit maximaler Frequenz, durch Pausen unterbrochen werden, was einer Pulsweitenmodulation in der Energietechnik gleich kommt, ohne dass die Bedingungen für einen wirkoptimierten Vollprozess (Bestpunkt) verän dert werden müssen. Im Schritt a) ist das Verhältnis zwischen verdichtbarem Arbeitsgasvolu men zu einem konstant bleibenden Expansionsvolumen nach Schritt b), im Vergleich zu ei nem Atkinson-Verfahren einfach und ohne zusätzliche Vorrichtungen, über die steuerbare Einwirkdauer eines Magnetfeldes durch die Magnetpulen (35a, 35b) auf die Kolbenventile (7a, 7b), über einen relativen Kolbenfahrweg nach innen optimiert einstellbar ist und so die Energie eines expandierenden Arbeitsgases maximiert nutzbar wird. Zum einen wird ein Kraftstoff/Luftgemisch oder Luft in das System gesaugt, welcher zum Beginn der Verdichtung (Schritt a) im Arbeitsraum (13) Kraftstoff oder Zusätze über eine Einspritzvorrichtung (33) zugeführt und während der Verdichtung gemeinsam zu einem homogenen Gasgemisch wird und dieses zündfahige Gasgemisch soweit verdichtet wird, bis es durch die zunehmende Ei gentemperatur von selbst zündet (HCCI) oder vorher durch eine geeignete Vorrichtung (nicht in den Zeichnungen dargestellt) fremdgezündet wird und zum anderen, eingebrachte Luft in Schritt a) soweit verdichtet wird, dass erst zum Ende der Kompression Kraftstoff eingespritzt wird und in Verbrennung übergeht (Diesel- Verfahren) und im DREI-SCHRITT- VOLLPROZESS-LINEARGENERATOR alle Varianten, auch im Wechsel ohne konstrukti ve Änderungen umsetzbar sind. Die nach jedem Vollprozess im Wechsel sich gegenüberlie genden Kolbenflächen des Ladewechselkolbens (15) werden zu jeweils einer der Kolbenkopf- flächen (8a oder 8b), deren Geometrie eine homogene unzerklüftete axiale Brennraumbegren zung bilden und jeder Verbrennungsprozess im Wechsel links oder rechts, versetzt zur Mitte des Arbeitszylinders (17) ausgelöst, was die thermischen Bedingungen optimiert. ...Die Au ßenflächen des Ladewechselkolbens (15) können zu seiner Gewichtsreduzierung symmetrisch konkav ausgebildet sein, wenn die Geometrie der Kolbenköpfe (8a, 8b) mit den Kopfteilen
(1 la, 1 lb) der geschlossenen Kolbenventile analog konvex gestaltet sind, was den Ladewech selkolben nach einem Seitenwechsel zusätzlich zentriert.
Alle in der Beschreibung, den nachfolgenden Ansprüchen und den Zeichnungen darge stellten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Bezugszeichenliste
1 Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator
2 erste Hauptgruppe (Verbrennungsteil)
3a elektromagnetische Einheit der zweiten Hauptgruppe
3b elektromagnetische Einheit der zweiten Hauptgruppe
4 Hauptzylinder
5a Kolbensystem
5b Kolbensystem
6a Außenkolben
6b Außenkolben
7a Kolbenventil (Ventilelement)
7b Kolbenventil (Ventilelement)
8a Kolbenkopf
8b Kolbenkopf
9a Fußteil Kolben
9b Fußteil Kolben
10a Kolbenrohr
10b Kolbenrohr
l la Kopfteil Ventilelement
l lb Kopfteil Ventilelement
12a Stange Ventilelement
12b Stange Ventilelement
13 Arbeitsraum / Zylinderraum
14a äußere Zylinderseite
14b äußere Zylinderseite
15 Ladewechselkolben
16a Abgasöffnung
16b Abgasöffnung
17 Innenzylinder
18 erstes Rohr
19 erster Zwischenraum (Kühlung) 20 zweites Rohr
21 zweiter Zwischenraum (Abgaskanal)
22 Auslassöffnung
23 äußere Rohranordnung
24 Einlassöffnung
25 Einlassventil
26a Platte
26b Platte
27a mittige Bohrung
27b mittige Bohrung
28a Läufer
28b Läufer
29a Stator
29b Stator
30a Kolbenzwischenraum
30b Kolbenzwischenraum
31 Gaspolster
32a Kolbenrückseite
32b Kolbenrückseite
33 Vorrichtung zur Kraftstoffeinbringung 34a Magnet Ventilelement
34b Magnet Ventilelement
35a Magnetspule
35b Magnetspule
36 Luftkanal
37a Füllstoff bzw. Vlies
37b Füllstoff bzw. Vlies

Claims

Ansprüche
1. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1 ) zur Umsetzung von Verbrennungs- in Elektroenergie, mit zwei sich gespiegelt gegenüberliegenden Kolbensystemen (5a, 5b), die in einem Hauptzylinder (4) angeordnet und synchron und linear bewegbar sind, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den Kolbensystemen (5a, 5b) in einem inneren Zylinderraum (17) ein Ladewechselkolben (15) ausgebildet ist, der im inneren Zylinder raum (17) frei in axialer Richtung beweglich ist.
2. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeich net, dass der Ladewechselkolben (15) im inneren Zylinderraum (17) durch Druckdiffe renz bewegt wird.
3. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedes Kolbensystem (5a, 5b) einen Außen kolben (6a, 6b) und ein mittiges Ventilelement (7a, 7b) aufweist, dass mittels einer Krafteinwirkung über die Ventilstangen (l2a, 12b) im Wechsel von einer, außerhalb der Zylinderanordnung befindlichen Vorrichtung gesteuert öffenbar ist und so eine Frisch ladung den Innenzylinder (17) füllbar ist, und schließbar ist, um die Frischladung im Innenzylinder einzuschließen, wobei die im Arbeitsraum (13) auf die Kopfteile (1 la,
11 b) wirkenden Druckkräfte immer in positiver Richtung, relativ zu den Kolbensyste men (5a, 5b) gerichtet sind, wodurch die Schließkraft der Ventilelemente und die abdichtende Wirkung zusätzlich wird.
4. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenkolben (6a, 6b) jeweils einen Kolbenkopf (8a, 8b) aufweisen, die einen kleineren Durchmesser haben als seine jeweiligen Fußteile (9a, 9b) und dass die Außenkolben (6a, 6b) jeweils mit einem Kolbenrohr (10a, 10b) verbunden sind, mit dem die Bewegungskräfte der Kolbensysteme (5a, 5b) außerhalb eines Zylindersystems führbar sind.
5. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator ( 1 ) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, dass der Ladewechselkolben (15) Außenflächen aufweist, die jeweils flächig an den Kolbenköpfen (8a, 8b) der Außenkolben (6a, 6b) anliegen.
6. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Kolbenköpfe (8a, 8b) der Außenkolben (6a, 6b) jeweils Ventilelemente (7a, 7b) aufweisen, wobei mit deren tellerförmig ausge bildete Kopfteilen (1 la, 1 lb) die Kolbenköpfe (8a, 8b) jeweils dichtend verschließbar sind und die auf die Kopfteile (1 la, 1 1 b) wirkenden Kräfte auf die jeweiligen Außen kolben (6a, 6b) übertragbar sind.
7. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach Anspruch 6, dadurch gekennzeich net, dass die Ventilelemente (7a, 7b) mittels einer Stange (12a, 12b) durch das Kolben rohr (10a, 10b) öffenbar sind und dadurch ein Gasfluss zwischen den Zylinderräumen im Hauptzylinder (4) vor und hinter den Kolbensystemen (5a, 5b) steuerbar ist.
8. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargererator (1 ) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Hauptzylinder (4) so gestaltet ist, dass sein In nenzylinder (17) einen kleineren Durchmesser aufweist als seine äußeren Zylinderseiten (l4a, 14b), wobei die Außenkolben (6a, 6b) so ausgebildet sind, dass die Durchmesser ihrer Kolbenköpfe (8a, 8b) für ihren Lauf im Innenzylinder (17) und die ihrer Fußteile (9a, 9b) für den Lauf in den äußeren Zylindern (14a, 14b) angepasst sind, wodurch bei einer Bewegung der Kolbensysteme (5a, 5b) die Volumenänderung im Innenzylinder (17) kleiner ist als an den Kolbenrückseiten (32a, 32b) und dadurch rückseitig ein ver bundenes Saug- Pumpsystem ausgebildet ist, wobei beim Zusammenfahren der Kolben systeme (5a, 5b) Frischgas eingesaugt wird und beim das Frischgas ausreichend kom primiert wird, so dass der Ladewechselkolben (15) durch einen Ladungswechsel zu sei ner gegenüberliegenden Position beschleunigt wird.
9. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass am Innenzylinder (17), symmetrisch zur Zy- lindermite, Abgasöffnungen (l6a, 16b) ringförmig um den Innenzylinder (17) so ein gebracht sind, dass sie bei auseinandergefahrenen Kolbensystemen (5a, 5b) im Wechsel frei werden und bei nicht auseinandergefahrenen Kolbensystemen (5a, 5b) von den Kolbensystemen (5a, 5b) verschlossen, oder vom Ladewechselkolben (15) abgedeckt sind.
10. Drei-Schrit-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass der Ladewechselkolben (15) in seiner freien Bewe gung während des Ladungswechsels von einem Gasmantel umspült wird, wobei der Ladewechselkolben (15) ringsum zur Zylinderwand auf Abstand zentriert ist und dadurch Reibung reduziert wird und dieser Abstand, der durch seinen Durchmesser de finiert wird, klein genug gehalten ist, dass ein Ausströmen einer Frischladung durch die von ihm abwechselnd abgedeckte Auslassöffnung (16a, 16b) reduziert wird.
11. Drei-Schrit-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass axial wie radial symmetrische Rohranordnungen den Hauptzylinder (4) in Abständen so umgreifen, so dass voneinander getrennte Zwischen räume ausgebildet sind, in denen Gase oder Flüssigkeit geführt werden, die mit großer Oberfläche der Rohrwände in thermischem Kontakt zueinander stehen und so die Ab wärme nutzbringend umsetzbar ist, wobei das erste Rohr (18) den Arbeitsraum (13) in einem Abstand so umschließt, dass in einem ersten Zwischenraum (19) Kühlflüssigkeit geführt wird und sich ein zweites Rohr (20) über den gesamten Innenzylinder (17) er streckt, und einen zweiten Zwischenraum (21) als Abgaskanal ausbildet, der an einer Auslassöffnung (22) mündet sowie eine drite Rohranordnung (23) als Außenhülle, in deren Zwischenraum zum zweiten Rohr (20) ein Luftkanal (36) ausgebildet ist, in wel chen Luft oder Frischgas über die Einlassöffnung (24) eingeleitet, bis an die Kolben rückseiten (32a, 32b) geführt und bei geschlossenem Einlassventil (25) gepuffert wird.
12. Drei-Schrit-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass am Ende der Ventilstange (12a, 12b) ein axial mag netisierter Permanentmagnet (34a, 34b) befestigt ist, der sich mitels einer Feder vom Kolbenrohr (10a, 10b) so abdrückt, dass das Kolbenventil (7a, 7b) in Normallage ge schlossen ist, wobei beim Eintauchen des Permanentmagneten (34a, 34b) in den Wirk bereich einer elektrischen Spule (35a, 35b), die kraftschlüssig mit dem Gesamtsystem verbunden ist, deren gegengerichtetes Magnetfeld ein Öffnen des Kolbenventils (7a, 7b) bewirkt und damit das verdichtete Frischgas hinter den Ladewechselkolben (15) entlässt und diesen geöffneten Zustand über einen Fahrweg der Kolbenanordnung (5a, 5b) nach innen, steuerbar aufrechterhält und ein gleichgerichtetes Magnetfeld die Schließkraft der Feder unterstützt, wodurch beim Zusammenfahren der Kolbensysteme (5a, 5b) die so einschließbare Arbeitsgasmenge zur Verdichtung ohne weitere Vorrichtungen steu erbar ist.
13. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass im Luftkanal (36) saugfahiger Füllstoff (37a, 37b) flächig eingebracht ist, der mittels Kapillarwirkung mit Schmierstoff, der von außen über Dochte nachgeführt wird, gesättigt ist, wobei die Oberflächen des Füllstoffs (37a, 37b) während des Betriebs von eingesaugtem Frischgas umströmt werden und dabei ge ringe Mengen Schmierstoff mitgerissen und mit dem Frischgas an reibungsbehaftete Zonen geführt wird.
14. Drei-Schritt-Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der vorhergehenden Ansprü che, dadurch gekennzeichnet, dass die Außenflächen des Ladewechselkolbens (15) zu seiner Gewichtsreduzierung symmetrisch konkav ausgebildet sind und die Geometrie der Kolbenköpfe (8a, 8b) mit den Kopfteilen (1 1a, 1 lb) der geschlossenen Kolbenventi le analog konvex gestaltet sind, was den Ladewechselkolben nach einem Seitenwechsel zusätzlich zentriert.
15. Verbrennungsverfahren mit einem Drei-Schritt- Vollprozess-Lineargenerator (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 mit folgenden Schritten, die jeweils für einen Bewe gungsvorgang definiert sind: a) Kraftstoffeinbringung, Verdichten und Zünden, bei gleichzeitigem Ansaugen von Frischgas
b) Verbrennen und Arbeiten, bei gleichzeitigem Vorkomprimieren des Frischgases, c) Ladungswechsel,
wobei ein vollständig abgeschlossener Prozess zur Umsetzung von Verbrennungsenergie in Bewegungsenergie und damit in einen elektrischen Energieimpuls nach dem Schritt c) beendet ist und der Ladungswechsel c) unter Einsatz eines Ladewechselkol- bens (15) erfolgt und jeder Vollprozess, beginnend mit Schritt a) aktiv eingeleitet wird und so unverzögert elektrische Energie abgerufen wird.
16. Verbrennungsverfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass zwei ineinan- dergreifenden Hauptgruppen (2, 3a, 3b) ausgebildet werden, wobei zum einen ein me chanischer Komplex, die erste Hauptgruppe (2), die thermodynamischen Vorgänge in Bewegung umsetzt und umgekehrt, und im Verbund über die Kolbenrohre (lOa, 10b), ein sich gespiegelt gegenüberliegender elektromagnetischer Komplex, die zweite Hauptgruppe (3a, 3b), die Umsetzung der Abläufe im mechanischen Teil aus elektri scher und in elektrische Energie bewirkt, indem diese Hautgruppe (3a, 3b) in Schritt a) als Linearmotor arbeitet und allein die Volumenarbeit der Verdichtung leistet und in Schritt b) als Generator, die Volumenarbeit aus der Expansion in Elektroenergie um setzt, wodurch dieser elektromagnetische Komplex (3a, 3b) elektrisch gekoppelt und synchronisiert wird.
17. Verbrennungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 oder 16, dadurch gekennzeich net, dass der Ladungswechsel in Schritt c) durch den vollsymmetrischen Ladewechsel kolben (15) erfolgt, der dort frei in axialer Richtung durch eine geringe Druckdifferenz <1 bar zwischen seinen Außenflächen bewegt wird, wobei sein Seitenwechsel nach ei ner erfolgten Expansion in Schritt b) mit einer Bewegung einen vollständig abgeschlos senen Ladungswechsel in Schritt c) bewirkt, indem er im Schritt c), bei einem Seiten wechsel, verbrauchtes Gas vollständig aus dem Innenzylinder (17) verdrängt und dabei rückseitig ein mit Frischgas gefüllter Arbeitsraum (13) entsteht, wobei diese Gase räumlich getrennt bleiben und die Vorgänge in jedem folgenden Vollprozess in gespie gelter Richtung verlaufen.
18. Verbrennungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass im Schritt a), das Verhältnis zwischen verdichtbarem Arbeitsgasvolumen zu einem konstant bleibenden Expansionsvolumen nach Schritt b ohne zusätzliche Vorrichtungen über die steuerbare Einwirkdauer eines Magnetfeldes durch die Magnetspulen (35a, 35b) auf die Kolbenventile (7a, 7b), über einen relativen Kolbenfahrweg nach innen op timiert einstellbar ist und so die Energie eines expandierenden Arbeitsgases maximiert nutzbar wird.
19. Verbrenn ungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass zum einen ein Kraftstoff/Luftgemisch oder Luft in das System gesaugt wird, der zum Beginn der Verdichtung (Schritt a) im Arbeitsraum (13) Kraftstoff oder Zusätze über eine Einspritzvorrichtung (33) zugefuhrt und während der Verdichtung gemeinsam zu einem homogenen Gasgemisch wird, und dieses zündfahige Gasgemisch soweit verdichtet wird, bis es durch die zunehmende Eigentemperatur von selbst zündet oder vorher durch eine geeignete Vorrichtung fremdgezündet wird, und zum anderen einge- brachte Luft in Schritt a) soweit verdichtet wird, dass erst zum Ende der Kompression Kraftstoff eingespritzt wird und in Verbrennung übergeht.
20. Verbrennungsverfahren nach einem der Ansprüche 15 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Außenflächen des Ladewechselkolbens (15), die ihn bei geschlossenem Kolbenventil (7a, 7b) jeweils homogen flächig an den Kolbenköpfen (8a oder 8b) anlie- gen lässt, nach einem Seitenwechsel ein verbleibendes Gaspolster (31 ) einen Aufprall abfedert und nach einer Verdichtung, durch die sich an wechselseitig gegenüberliegen den Kolbenflächen homogene und unzerklüftete Brennraumbegrenzungen bilden, wobei jeder Verbrennungsprozess im Wechsel links oder rechts, versetzt zur Mitte des Ar beitszylinders (17), ausgelöst wird, wodurch die thermischen Bedingungen optimiert werden.
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