GRUND DER ERFINDUNG Im Motorenbau, insbesondere bei Motoren für Personenkraftwagen, dominiert der 4-Takt-Motor nach Otto, der fossilen Kraftstoff in Form von Benzin benötigt.

Der 4-Takt-Motor nach Diese) wird wegen seiner höheren Entstehungskosten leider nur relativ wenig in Personenkraftwagen verwendet, obwohl er wesentlich weniger und billiger zu realisierenden Kraftstoff konsumiert, die Wärmekraftmaschine mit dem höchsten thermischen Wirkungsgrad ist, deshalb ein höheres Drehmoment hat und ungleich langlebiger ist als ein Benzinmotor. Dieselmotore sind aus die- sen Gründen bei einer Gesamtbilanz aus Nutzen, Umweltbelastung und Ressourcenverbrauch wesent- lich günstiger als Benzinmotore, wenn die lebenserhaltende Ökologie und die lebensermöglichenden Ressourcen verantwortungsvoll behandelt werden. Die Abgase von Dieselmotoren sind nicht umwelt- schädlicher als die von Benzinmotoren, wenn analoge Anstrengungen wie für Benzinmotore ergriffen werden, wie zum Beispiel die Verbrennung der Russpartikei samt entsprechender Filter, bevor die Abga- se in die Atmosphäre abgegeben werden.

Der Kreiskolbenmotor nach Wankel, der gegenläufige Massebewegungen genial vermeidet, keinen Ven- tilantrieb benötigt, weniger Bauteile, weniger Gewicht und eine geringere Grösse hat, hat aufgrund seiner Konstruktionsmerkmale leider Dichtigkeitsprobleme, die aussergewöhlichen technischen Auf- wand und Kosten erfordern und aufgrund seiner hohen Wärmeverluste trotzdem einen relativ hohen Benzinverbrauch bewirken.

Elektromotore haben grundsätzliche Probleme hinsichtlich der Speicherfähigkeit ihrer elektrischen An- triebsenergie. Es sind permanent, sogar bei entladenen Energiespeichern und die abgegebene Motor- leistung stark reduzierende, sehr schwere Batterien mit extrem langen, die Verfügbarkeit erheblich be- einträchtigende Ladezeiten notwendig. Der Energie-und Ressourceneinsatz zur Erzeugung und Bereit- stellung elektrischer Energie ist ein Mehrfaches der für die Fahrleistung zur Verfügung stehenden Ener- gie und sowohl relativ als auch absolut ungleich höher als bei Benzin-und Dieselmotoren. Zusätzlich wird elektrische Energie meistens umweltbelastend und oft für das Leben äusserst riskant erzeugt, z. B. durch Atomkraftwerke mit auf Dauer kaum beherrschbaren Risiken und nicht verantwortlich bewältig- barem Atom-Müll. Eine realistische, ethisch verantwortbare Gesamtbilanz von Elektromotoren für indi- viduell betriebene Fahrzeuge ist deshalb sehr negativ.

Die erst in den Anfängen der Verwertbarkeit steckenden Wasserstoffmotore benötigen äusserst viel Sauerstoff. Es ist fraglich, ob solcher bei den extremen klimatischen Veränderungen und den resultie- renden samt den direkten Vernichtungen der Flora durch den Menschen, d. h. Vernichtung der lebens- notwendigen Sauerstoffproduzenten durch und wegen Hochzivilisationen, auf Dauer im notwendigen Umfang zur Verfügung steht, ohne den Exodus dieser Zivilisationen und des Lebens überhaupt zu be- schleunigen. Ausserdem bestehen extraordinäre Probleme, um den viele 100° C kalten flüssigen Was- serstoff herzustellen, zu transportieren und gebrauchsfähig temperiert im Tank eines Kraftfahrzeuges zu lagern.

Ganz allgemein benötigen alle bisherigen Motore Ressourcen in einem Umfang und belasten direkt und indirekt die Natur durch Emissionen in einem Ausmass, dass die Grenzen der individuellen Mobilität durch die Grenzen einer dauerhaft möglichen Belastbarkeit der natürlichen Lebensgrundlagen der Menschheit und des Lebens allgemein bereits deutlich überschritten sind. Dies ist offensichtlich belegt durch die permanente Zunahme an C02-Emissionen, die sehr wesentlich durch Motore verursacht sind, mit resultierender Klimaerwärmung, Treibhauseffekt, saurem Regen und massivsten Indikatoren wie Artenausrottung, Mutationen von Pflanzen, Tieren und Menschen sowie vielfältigsten, sich permanent häufenden und an Intensität zunehmenden, weltweiten Naturkatastrophen.

Deshalb ist es für das Überlebenkönnen der Menschen und ihrer Welt zwingend notwendig, einerseits Massenverkehrsmittel zu attraktivieren, andererseits die individuelle Mobilität so zu verändern, dass sie langfristig verantwortet werden kann. Letzteres ist zum Teil möglich durch gesetzliche Limite für Auto- mobile, wie z. B. reduzierte Höchstgeschwindigkeiten, maximale Leistungsvermögen, maximale Gewich- te, maximaler Treibstoffverbrauch, maximale Abgasemissionen. Die grundsätzliche, extrem wichtige Notwendigkeit zu solchen Massnahmen zeigt sich an der Halbwertzeit von C02. Sie beträgt rund 100 Jahre ! Aus Gründen der psychischen Konditionen des Menschen und der daraus resultierenden gesellschaftli- chen Mechanismen ist es leider nicht möglich, von heute auf morgen gravierende Veränderungen des allgemeinen Verhaltens zu realisieren, die verantwortlicher mit der Welt umgehen. Solches geht nur langfristig, sofern die Politik und die Wirtschaft sich auf ihre Verantwortung besinnen und weniger den Wünschen der Massen entsprechen bzw. deren Willen beeinflussend spezifisch definieren, um an der Macht zu bleiben oder um Gewinne zu maximieren und Pfründe zu sichern. Unabhängig davon ist es pragmatisch nicht machbar, von heute auf morgen völlig andere Techniken mit anderen infrastrukturel- len Rahmenbedingungen als heute zu realisieren.

Aus diesen komplexen Gründen ist es aktuell zwingend notwendig, Motore zu bauen, die (ohne zwangsläufige Umwege von erst noch aufwendigst und langwierigst zu optimierenden neuen, nach komplexer realistischer Bewertung auch haltbaren, weil insgesamt vertretbaren Verfahren, unter Einsatz von hoch ausgereiften Techniken, Antriebsenergien wesentlich besser nutzen als heute, dadurch we- sentlich weniger Ressourcen aller Art benötigen und wesentlich weniger umweltzerstörende Emissionen verursachen. In diesem Sinne ist das bewährte, grundsätzlich einfache, relativ leicht zu realisierende und extrem ausgereifte 4-Takt-Prinzip von Hubkolben-Verbrennungsmotoren, sogenannten 4-Takt- Motoren, in seiner ursächlichen Grundlage entscheidend zu verbessern.

4-Takt-Motore nach Otto und Diesel haben nämlich einen gravierenden, grundsätzlichen Mangel.

Durch ihr physikalisches Prinzip, mit erstens Ansaugbewegung, zweitens Verdichtungsbewegung, drit- tens Arbeit leistende Explosionsbewegung und viertens Ausstossbewegung des Kolbens, finden mittels einer Energiefreisetzung vier gegenläufige Massebewegungen des Kolbens statt.

Das heisst : Trotz aller technischer Aufwendungen und reibungsreduzierender Schmierungen wird durch drei nur mitgeschleppte, gegenläufige Massebewegungen des Kolbens samt deren zwangsläufiger Rei- bungsverluste durch Umkehrung und Umwandlung in die Drehbewegung der Kurbelwelle die Explosi- onsenergie des Kraftstoffs zum Teil durch den Motor selbst vernichtet und nur eine der vier Zylinder- bewegungen wird, sogar energiereduziert, in benötigte, drehende Arbeitsleistung umgesetzt.

AUFGABENSTELLUNG Es ist, als ursächlicher Antrieb von Verbrennungsmotoren, eine Zylinder-Kolben-Einheit zu erfinden, welche, im Gegensatz zu 4-Takt-Motoren nach Otto und Diesel, deren drei mitgeschleppten, energe- tisch nicht nur nutzlosen, sondern Antriebsenergien vernichtenden Kolbenbewegungen vermeidet, des- halb weniger Kraftstoff benötigt und damit automatisch geringere Abgasemissionen verursacht, indem jede einzelne Kolbenbewegung energiert ist, aber die technisch ausgereiften, sekundären Motortechni- ken von 4-Takt-Motoren trotzdem verwendet sind.

LÖSUNG DER AUFGABENSTELLUNG Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabenstellung gemäss der Kennzeichnung des unabhängigen Patentanspruches 1. Ihre Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind darin begründet, dass jede einzelne Kolbenbewegung eines nach dem 4-Takt-Prinzip arbeitenden Hubkolben-Verbrennungsmotors energiert ist. Damit ist gegenüber bisherigen 4-Takt-Motoren erstens der effektlose Kraftstoffverbrauch infolge deren drei nicht energierten, aber wegen Reibungsverlusten Kraftstoff verbrauchenden Kolben- bewegungen vermieden, weshalb zweitens eine grössere Motorleistung und drittens zwangsläufig ge- ringe Abgasbelastungen der Umwelt bewirkt sind. Viertens resultieren für den Bau eines Motors mit der vorliegende Erfindung gegenüber bisherigen 4-Takt-Motoren wesentlich geringerer Materialbedarf, ge- ringerer Energiebedarf und folglich geringere Kosten.

Die Erfindung ist damit ein wesentlicher Beitrag für einen verantwortlicheren Umgang mit dem lebens- erhaltenden Ökosystem und den lebensermöglichenden Ressourcen unserer Welt.

A. ERFINDUNGSGEMÄSSE VORRICHTUNG Die erfindungsgemässe Vorrichtung ist eine Zylinder-Kolben-Einheit. Sie dient dem ursächlichen Antrieb von Verbrennungsmotoren. Ihre Vorteile gegenüber dem Stand der Technik sind erfindungsgemäss durch die folgenden Ziffern a) bis c). begründet. a) Der Zylinder ist nicht wie bei Motoren nach Otto und Diesel an einer seiner beiden Kopfseiten offen, sondern beidseitig geschlossen, und zwar mit zwei sich einander gegenüberliegenden Zylinderkopf- bereichen. Jeder dieser zwei Zylinderkopfbereiche hat zwei Ventilbereiche (2,3, 4,5) und zwar je- weils in Form der Halbkreisfläche des Zylinders und jeweils mit zugehörigen Ein-und Auslassventilen gemäss den physikalischen Prinzipien bisheriger 4-Takt-Motore, wobei alle vier Ventilbereiche jeweils als funktionelle Zylinderköpfe ausgebildet sind. Die zwei Ventilbereiche jedes der beiden Zylinder- kopfbereiche sind in Hubrichtung des Kolbens um die Summe dessen Hubmasses (H) plus des Schei- telmasses (S) des minimalsten dynamischen Kammerabstandes versetzt. b) Der Kolben (6) ist an seinen beiden Enden so ausgebildet und hat eine solche Länge, dass er, in er- gänzendem Zusammenwirken mit der beschriebenen Form des Zylinders, vier identische, aber sepa- rate und in Folge der Koibenbewegungen in ihren Höhen sich permanent verändernde Kammern (7, 8,9, 10) bildet. Die vier Kammern werden in permanentem Wechsel zwischen ihnen selbst sowie zwischen den beiden Zylinderkopfbereichen, und zwar in der sich permanent wiederholenden Ab- folge der Kammern (9), (8), (10), (7), so energiert, dass, durch die jeweilige Explosion des kompri- mierten Treibstoff-Luft-Gemisches in einer von ihnen verursacht, jede einzelne Hubbewegung des gemeinsamen Kolbens energiert ist und in jeder einzelnen Kammer, im Zusammenwirken mit der Hubbewegung des Kolbens, die vier Arbeitstakte des physikalischen Prinzips eines 4-Takt-Motors ab- laufen, wodurch die drei energievernichtenden, weil nicht energierten, gegenläufigen Massebewe- gungen von Kolben bisheriger 4-Takt-Motore vermieden sind und jeder Kolbenhub Arbeit leistet. c) Die Kraftübertragung vom sich hin und her bewegenden Kolben auf die drehende Bewegung der Kurbelwelle des Motors erfolgt mittels zweier Pleuelstangen. Die Pleuelstangen bewegen sich, im Gegensatz zu Motoren nach Otto und Diesel, vollständig ausserhalb seitlich des Zylinders in einer Ebene parallel zur Hubrichtung des Kolbens und sind von den Kolbenbolzen (11) angetrieben, die sich seitlich am Kolben befinden und durch die beiden Kolbenbolzenschlitze (12) im Zylindermantel in die Kolbenbolzenaugen greifen. Die beiden Kolbenbolzenschlitze befinden sich diametral im Zy- linder in der Kreisbogenmitte des jeweiligen halbkreisförmigen Kolbenteiles und sind in Längsrich- tung des Kolbens um dessen Hubmass (H) plus das Scheitelmass (S) versetzt. Die beiden Pleuelstan- gen treiben deshalb die Kurbelwelle des Motors nicht exzentrisch an, sondern automatisch ausge- wuchtet, woraus ein ruhigerer Lauf des Motors sowie geringere Ansprüche an die Präzision der Kur- belwelle und an deren Lagerungen resultieren und damit auch geringer Energieeinsatz, geringere Kosten und geringere Umweltbelastungen bei deren Herstellungen.

Fig. 1 (Fig. 1 a = Zylinder, Fig. 1 b = Kolben) zeigt in Durchdringungsdarstellung das Prinzip der Vorrich- tung, wobei auf die Darstellung der räumlichen Ausbildungen der, durch Schraffuren gekennzeichne- ten, vier Ventil-Bereiche (2,3, 4,5) und auf die detaillierte Darstellung der Pleuelstangen verzichtet ist.

(1) bezeichnet den Zylinder, (11) bezeichnet die Kolbenbolzen, (12) bezeichnet die Kolbenbolzenschlitze im Zylindermantel.

Fig. 2 zeigt in schematischer Darstellung des Längsschnittes der Vorrichtung, den Funktionsablauf der Vorrichtung in Form von acht dynamischen Momenten der relevanten Arbeitsphasen gemäss dem phy- sikalischen Prinzip von 4-Takt-Motoren. (L) bezeichnet Luft, (K) Kompression, (Z) Explosionszündung, (E) Explosionsausdehnung = Energierung = Arbeit, (A) Abgas. Die Pfeile zeigen die Bewegungsrichtungen unterschiedlicher Materien. Auf die Darstellung der Ein-und Auslass-Ventile der 4 Ventil-Bereiche ge- mäss dem 4-Takt-Prinzip ist verzichtet.

Fig. 3 zeigt in prinzipieller Darstellung die Vorrichtung, wobei der Zylinder mit durchgezogenen Linien dargestellt ist und der Kolben mit gestrichelten Linien. Auf die Darstellung des zweiten Kolbenbolzens samt seinem Kolbenbolzenschlitz ist wegen der Lesbarkeit des Prinzips verzichtet. Dieser zweite Kolben- bolzen samt seinem Kolbenbolzenschlitz ergeben sich analog dem dargestellten Kolbenbolzen (11) und dessen Kolbenbolzenschlitz (12) auf der diametralen Zylinderseite. (H) bezeichnet das Hubmass des Kolbens, (S) bezeichnet das minimalste Scheitelmass (= massgeblich für die Dichtigkeit) zwischen den sich permanent verändernden 4 Zylinderkammern, (R) definiert den Radius des Zylinders.

B. BEISPIELHAFTE SPEZIFIKATIONEN a) Das Scheitelmass (S) bestimmt sich, entsprechend spezifischer Betriebsanforderungen sowie der verwendeten Materialien und der Fertigungsbedingungen der Vorrichtung, durch die Ansprüche an die Dichtigkeit zwischen den beiden benachbarten Kammern (7) und (8) sowie zwischen den beiden benachbarten Kammern (9) und (10). b) Die Verhältnisse zwischen den masslichen Dimensionen der Vorrichtung entsprechen den spezifisch verwendeten Materialien und den spezifischen Betriebsanforderungen, wie z. B. Verwendung der Vorrichtung in Diesel-oder Benzinmotoren, in schnell oder langsam laufenden Motoren, in Motoren mit eher Lang-oder eher Kurzhubcharakteristik, in Motoren mit geringerer oder stärkerer Leistung und dem jeweils entsprechend optimierten Kraftstoffverbrauch. c) Die Ventilbereiche sind entsprechend unterschiedlicher Betriebsanforderungen im Sinne von Zylin- derköpfen bisheriger 4-Takt-Motore ausgebildet. d) Unter Berücksichtigung der, entsprechend jeweiliger spezifischer Betriebsanforderungen, gewählten Kriterien sind, in gegenseitiger Optimierung dieser Kriterien und unter Berücksichtigung der resultie- renden thermischen Verhältnisse, spezielle Materialien für einzelne Elemente der Vorrichtung ver- wendbar, wie z. B. keramische Sonderwerkstoffe für ebene Gleitflächen.

C. VORTEILE GEGENÜBER BISHERIGEN 4-TAKT-MOTOREN SOWIE VORTEILE ALLGEMEINER ART a) Weil die drei nicht arbeitenden, aber die Arbeitsleistung des einzigen engergierten Kolbenhubes teilweise verbrauchenden, gegenläufigen Massebewegungen der Kolben bisheriger 4-Takt-Motore vermieden sind, entstehen nur Reibungs-und damit Energieverluste durch die Umwandlung der ge- genläufigen Kolbenbewegungen in die drehende Bewegung der Kurbelwelle, somit eine deutlich bessere Ausnutzung der Kraftstoffenergie und, daraus resultierend, deutlich geringere Abgasemissi- onen. b) Die erfindungsgemässe Vorrichtung mit nur einem Zylinder und nur einem Kolben entspricht vier Zylinder-Kolben-Einheiten bisheriger 4-Takt-Motore. Auch wenn die Vorrichtung grösser ist als eine einzige Zylinder-Kolben-Einheit bisheriger 4-Takt-Motore, so ist sie, bei gleicher Leistung, doch we- sentlich kleiner als die Summe deren vier Zylinder-Kolben-Einheiten. Daraus resultieren sowohl ge- ringerer Materialbedarf, also Ressourcenschonung, und geringerer Energieverbrauch, also geringere Umweitbelastungen, und zwar sowohl bei der Herstellung dieser ursächlichen Antriebseinheit eines Motors als auch die selben positiven Effekte für viele anderer seiner Teile, somit ein kleineres Volu- men des gesamten Motors, geringere Baukosten, geringeres Gewicht und damit geringerer, nutzlo- ser Eigenenergieverbrauch.

Diese Kriterien wirken sich im selben Sinne auf die Fahrzeug-Karosserien aus, deren deshalb ermög- lichte Volumen-Reduzierungen analoge ökologische und wirtschaftliche Effekte ergeben. c) Die Hubfrequenz des Kolbens ist, wegen der Arbeitsleistung der erfindungsgemässen Vorrichtung bei jedem einzelnen Kolbenhub, nur etwa ein Viertel so schnell wie diejenige bisheriger 4-Takt- Motore und damit sind auch sehr viele andere Abläufe des Motors wesentlich langsamer, woraus vielfältige, deutlich reduzierte technische Ansprüche mit geringeren Entstehungskosten, geringeren Umweltbelastungen und geringerem Ressourcenverbrauch resultieren. d) Ein mit der erfindungsgemässen Vorrichtung betriebener Motor läuft wegen der Energierung jedes einzelnen Kolbenhubes gleichmässiger, wegen der geringeren Hubfrequenz auch ruhiger und hat trotzdem ein wesentlich höheres Drehmoment als bisherige 4-Takt-Motore gleicher Hubräume, selbst bei niedrigen Drehzahlen. e) Die positiven Kriterien der erfindungsgemässen Vorrichtung bündeln sich besonders effektiv bei de- ren Einsatz in ohnehin vielfältig vorteilhaften Dieselmotoren, bei denen wegen den spezifischen Ei- genschaften der erfindungsgemässen Vorrichtung regelmässig kein Schwungrad mehr nötig ist, weil jeder Kolbenhub energiert ist und deshalb keine toten Massen mittels eines Schwungrades in kon- stanter Bewegung gehalten werden müssen. f) Bei Leerlaufdrehzahl eines Motors können die Ventile der Kammern so gesteuert werden, dass nur eine der vier Kammern mit Kraftstoff energiert ist, womit der Motor zwar läuft und deshalb negative Effekte seines Anlassens vermieden sind, aber sein nutzloser Kraftstoffverbrauch auf etwa ein Viertel desjenigen bisheriger 4-Takt-Motore reduziert ist. Dadurch bewirkt die erfindungsgemässe Vorrich- tung, z. B. bei Ampel-Stops, im Stop-and-go-Verkehr und bei Verkehrstaus, sowohl drastische Einspa- rungen an Kraftstoff, als auch drastische Reduzierungen schädlicher Abgase. g) Die vom erfindungsgemässen Prinzip der Vorrichtung unabhängigen, hoch ausgereiften Techniken bisheriger 4-Takt-Motore sind weiterhin verwendbar, wodurch einerseits Kosten gespart sind und andererseits aufwendigere und teurere andersartige technische Motorkonzepte samt resultierenden, spezifischen Infrastrukturen nicht notwendig sind. h) Bei einem Motor mit zwei erfindungsgemässen Vorrichtungen entsteht faktisch ein bisheriger 8- Zylinder-Motor, der wegen der genannten Vorteile der Erfindung deutlich bessere Eigenschaften hat und ungleich billiger ist als bisherige 8-Zylinder-Motore. Deshalb kann ein solcher vielfältig vorteil- hafter Motor in wesentlich mehr Fahrzeuge eingebaut werden als bisher. i) Für Nutzfahrzeuge, auch für Schiffe, mit mehreren erfindungsgemässen Vorrichtungen in ihren Die- selmotoren ergeben sich gegenüber deren bisherigen 4-Takt-Motoren äusserst gravierende Vorteile hinsichtlich Baukosten, Leistungsfähigkeit in Nm, Kraftstoffverbrauch und Umweltbelastung. k) Bei einer Ausführung der Vorrichtung als Turbo-Diesel sind alle positiven Effekte der Erfindung mit den positiven Effekten bisheriger Motor-Techniken optimal gebündelt, weshalb grundsätzlich Turbo- Diesel-Ausführung anzustreben sind FAZIT Insgesamt bewirkt die erfindungsgemässe Vorrichtung, die effektiv eine Kombination der grundsätzli- chen Vorteile von Hubkolbenmotor und Kreiskolbenmotor ist und mit ihrer turbinenartigen Charakteris- tik deren jeweilige Nachteile vermeidet, wegen geringerem Energie-und Materialverbrauch bei der Herstellung von mit ihr betriebenen Moto- ren geringerem Kraftstoffverbrauch mit resultierender Schonung der Ressourcen fossiler Brennstoffe und resultierend geringeren, das Klima der Erde zerstörenden Emissionen durch Abgase bei gleichzeitig besseren Motoreigenschaften ein deutlich besseres Preis-Leistungs-Verhältnisse für Hersteller und für Nutzer und eine wesentlich bessere Gesamtbilanz aus wirtschaftlichen Effekten und der Belastung der Öko- logie als alle bisherigen Motor-Prinzipien, ganz besonders für die das Leben erhaltende und das Leben ermöglichende Natur.

Die erfindungsgemässe Vorrichtung, der » 4-1-4-Motor «, ist damit eine gravierende technische Evoluti- on zum Wohle vitaler Bedürfnisse der menschlichen Gesellschaft bei zwar noch gegebener, aber we- sentlich verbesserter Schonung des Lebens ganz allgemein.

Deshalb ist es äusserst sinnvoll, billig und notwendig, die erfindungsgemässe Vorrichtung aus wirt- schaftlichen, ökologischen und gesellschaftlichen Gründen schnellstmöglich für unterschiedliche Ver- wendungszwecke, insbesondere für Kraftfahrzeuge, zu realisieren, sie im Sinne der genannten, vielfältig positiven Kriterien bedarfsspezifisch zu optimieren und die zum Teil erforderlichen, relativ geringfügi- gen Modifikationen sekundärer Motortechniken mit grösstem Engagement zu entwickeln.