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