WäRMEKRAFTMOTOR ( ProcessKammerMotor PKM )

Der ProcessKammerMotor PKM ist im Konzept schwierig, aber in Realisation und Wirkungsweise unproblematisch und allereinfachst.

Der PKM nach Philberth ist ein Kolben-Motor mit einer ProcessKammer PK. Die PK ist vom PressRaum PR, das ist der von der ZylinderWand ZW umschlossene Raum über dem Kolben, getrennt durch eine dichte TrennWand TW in welche ein Ventil Ve eingebettet ist. Solange öffnung des Ve, ist der PR der BrennRaum BR, und strömt durch Ve der Transitstrom PK/BR (Gas von PK in BR oder BR in PK), über dem Ventil ist die PK umschlossen von der WaermeWand WW, als poröse PorenWand PW. Die WW ist druckhaltend umschlossen von der DruckWand DW. Mehrzylindermotore (3, 5, 7, ...) haben vorteilhaft eine gemeinsame PK und WW.

Der Kraftstoff fließt als K-Fluss in die PK, wo er zu ProkammerGas PK-Gas processiert: mit ϋberbilantem Gas, das in die PK strömt. Dieses ist weniger-über- bilantes BR-Gas aus dem BR und/oder höher-überbilantes ProcessGas PC-Gas. Regulär ist das PC-Gas aus dem BR abgeleitet; über ein Ableitungs-Volumen Va .

Das PC-Gas strömt in die PK als PorenStrom und evt als AddierStrom .

> Der AddierStrom A-Strom ist dem K-Fluss in die PK-Zuleitung zugeführt.

> Der PorenStrom P-Strom ist konkret WandStrom W-Strom durch die WW. Der PorenStrom des PKM verhindert KTH , die Abagerung von Koks/Teer/Harz . Der P-Strom - aus den Poren in die PK - oxidiert Qualm und Gasruß an der WW.

Das PK-Gas (Der PKM-Brennstoff) verbrennt bei Ve-öffnung im BR; durch

Transitstrom PK--BR : im VorSchuss vor, & im NachSchub nach der Kulmination.

Dazwischen ist evt der ReturSchub, in dem der Kolben BR-Gas in die PK schiebt.

^Q Bei vom Kolben gehobenen Ventil : evt SpaltStrom S-Strom als PC-Gas durch Ve-Spalt ; evt HalsStrom H-Strom als PC-Gas über den Ve-HaIs in den BR; evt KopfStrom K-Strom durch die KopfWand (poröse Wand, PK-seitig auf dem Ve).

⁸ Der S- & der H- & der K-Strom sind dem Ve als VentilStrom V-Strom zugeführt.

³ Nur der H-Strom ist PC-Gas, das rezycliert . Alles andere PC-Gas processiert.

Positionen Pn der Kolben-Druckfläche Aufwärts Po - Pi - PH - P2 - PG - P3 .

P3 zuhöchst (Kulmination) Abwärts P3 - P4 - Ps - Pβ (Pe --Po).

Phasen Pxz von Position Px bis Pz . Phasen Pzx von Pz bis Px (über Pβ = Po).

. P12 Kompression ; P24 Brennen ; P45 Expansion ; Psi Wechsel . Temperatur TK in der PK ; TR im PR ; Tn bei Pn ; Txz in Pxz Druck pK in der PK ; pR im PR ; p _n bei Pn ; pxz in Pxz

Volumen VK der PK ; Vxz zwischen Px & Pz ; VxT zwischen Px & TW

PKM-E\ genschaften und -Operationen. Konkrete Konstruktionen und Vorschläge :

< Was an Atomen eingeht, geht auch ab; nur molekular umstrukturiert (evt integrierend über einige Zyclen). Konsequent stellen sich alle Zustände in der PK (ua die TK) zwangsläufig mit der Bilanz-Vorgabe ein: funktions- & materialgerecht bei unkritischen PK-Bilanzen. Der PKM hat kaum Einstell-Probleme; sehr einfach.

< Der PKM operiert perfekt mit jedem Kraftstoff (jeder Oktan- & Cetan-Zahl). K-Fluss ist jederart in die PK führbar ; günstig kontinuierlich mit Zahnradpumpe.

< Die PK ist zwar als "Vorkammer" klassifizierbar, weicht aber wesentlich ab von den herkömmlichen Vorkammern. Die PK faßt beträchtlich mehr als für einen Zyclus (etwa 5 bis 50) Brennstoff, als zu PK-Gas fertig processiertem Kraftstoff. Die PK ist in ihrem Innenraum permanent auf hohem Druck & hoher Temperatur (etwa 170< pK /bar <250 ; 400 < TK / ⁰ C <1200) : konstant, wenig schwankend.

< Das überbilante, processierende Gas ist PC-Gas und evt ReturSchub. Das PC-Gas ist jederart erstellbar (etwa aus V3T über Ableitung Va mit Rücksperre).

< Das PK-Gas, der PKM- Brennstoff, kann Dampf, Qualm, Gasruß enthalten, wird im Process laufend erzeugt und über Ventil-öffnungen stoßartig verbraucht.

< über das geöffnete Ventil kommt PK-Gas zur Verbrennung in das BR-Gas. Weil je selbst heißer als Selbstzünd-Temperatur, reagiert PK- mit BR-Gas ohne Verzug, ohne Fremdzündung; nie Flammeπfront, überschallknall, Stoßdetonation. Immer ist glatte Reaktion, auch falls im Zugas noch so großer Anteil an Abgas (zB bei 99% wie bei 0%). Deshalb existiert beim PKM kein Problem mit Spühlung. Der PKM ist als Zweitakter schon mit 50% Abgas-Anteil dem Viertakter adäquat, über konventionelles Abgas- und Zugas-Ventil wäre der PKM auch als Viertakter.

< Günstig ist der PKM als Zweitakter: Wechsel Abgas-Abfuhr & Zuluft-Zufuhr, über in Psi freigegebene ZW-Schlitze. Vorteilhaft sind Abgas-Schlitze senkrecht und Zuluft-Schlitze möglichst parallel zur ZW. Ab Pi ist: Zuluft -i-Abgas = Zugas.

< Der PKM-Zweitakter erfordert nur ein einziges Ventil Ve . Geöffnet hat es für den Transitstrom den Transit-Stromwiderstand TSw. Bei kleinem TSw ist im Transit kaum Druckabfall : Angleichung des BR-Druck an den PK-Druck pK , der wenig schwankt (praktisch persistent konstant etwa 200 bar ; gibt ruhigen Lauf).

< Die öffnung des Ventils ist im Bereich der Kulmination des Kolbens (etwa kurz vor bis einiges nach P3 ). Die Funktion ist unkritisch, kein Timing-Problem.

< Der PKM arbeitet mit jederart öffnung; zB : (/) Hebung mit dem Kolben, worauf die vorliegende PK/W-Beschreibung freigewählt basiert wird (Federventil). (//) Hebung mit Piezo- oder Magnet-Hydraulik auf den Ventil-Fuß (mit darunter von PR trennender TW), aber auch Ventil-öffnung mit Hahn- Welle oder Schieber. (///) öffnung von außen; zB mit Nocke getätigt. Aussichtsreich ist mit Pneumatik, etwa auf Durchführung mit Piezo- oder Magnet-Elektrik getätigt (Zylinderveπtil).

Vergleiche Die über ein Jahrhundert herkömmlichen Verbrennungsmotoren sind: OfM "Otto-Motor" : Homogenes Luft-Kraftstoff-Gemisch ist Fuπken-gezündet. DsM "Diesel-Motor": Eingestoßener Kraftstoff entzündet in komprimierter Luft. Der OtM zündet lokal bzw der DsM injiziert kalt : der Brennprozeß, der in ca 1 ms ablaufen sollte, muß weiterzündend die Brennsubstanz durchlaufen. Dies erfordert perfekte Spühlung. Deshalb sind die OfM wie DsM zumeist Viertakter.

Der OtM ; im 19. Jahrhundert von Otto & Langen als Stadtgas-Motor konzipiert: Als mitführbare Gasquelle "Vergasung" von verdunstbaren Erdöl-Komponenten, die Benz erfolgreich eliminierte (Mole aliphatisch "Benzin", aromatisch "Benzol").

Der OtM verdichtet ein homogenes Kraftstoff-Luft-Gemisch & zündet dies kurz nach Kulmination mit Zündfunken : optimaler Zündmoment ist schwer erzielbar. Höhereffektive Verdichtungen bedürfen gegen "Klopfen" (Kompressions-Zündung vor der Kulmination) des Zusatzes von Bleialkülen oder Aromaten: problematisch.

Es ist, trotz raffinierter Elektronik, noch nicht befriedigend gelungen, unter allen Umständen immer das optimale Gas-Verhältnis (schwach überbilant) zu erzielen. Nur ein kleiner Fraktionsanteil des Erdöls (spezielle Moleküle) ist verwendbar.

Der OtM wird gelegentlich (ua für leichte Motorräder oder Personenwagen) als Zweitakter eingesetzt. Der Of/W-Zweitakter hat jedoch immer Frischgasverluste.

Der DsM ; Im 19. Jahrhundert von Diesel konzipiert : Er verdichtet Luft so heiß, daß nach der Kulmination eingespritzter flüssiger Kraftstoff "Diesel" entzündet. Das kalte Dieselöl muß erhitzen, verdampfen, mischen, kracken & dann von lokalen Zündstellen durchzünden. Diese Kette läuft verzögert & nicht überall total ab. An den Wänden haftendes öl bleibt zu kühl um zu zünden. Schwere ölmoleküle diffundieren von der Wand zu langsam in den heißen, turbulenten Brennbereich. Die Durchmischung bleibt mangelhaft, daß im Brennraum CO & H2 einenorts entstehen, neben NxOz & 03 andernorts; in der expansiven Abkühlung verbleibend.

Hoher Luftüberschuß kann die lange Reaktionskette kaum verkürzen und nicht die Diffusion von den Wänden beschleunigen; er senkt die Betriebs-Temperatur und damit den Wirkungsgrad. Zudem entstehen Ozon & Stickoxide mit daneben Dioxinen, Benzpyrenen & vielerlei Toxinen. Gebildeter Ruß aktiviert diese noch. Der DsM verbrennt unvollständig & unsauber; mit umweltbelastendem Auspuff :

Am DsM wurde enorm aufwendig & erfolgreich entwickelt. Di rekt-Einsp ritzung mit bis zu 2500 bar bewirkt einen scharfen Stoß gegen den Kompressionsdruck zu feiner Versprühung. Die Einspritzung muß unter allen Umständen, auch bei veränderlicher Viskosität, definiert sein. Es gab Varianten, in denen gegen die Wand oder einen Glühkopf gespritzt wurde; neuerlich erzielen Piezo-Serienstöße Erfolg.

Besondere Varianten sind scharfe Stöße mit Wirbelkammer oder Vorkammer . Die Vorkammer ist Teil des Brennraums, in den der flüssige Kraftstoff gespritzt wird. In die Vorkammer vom Kolben gedrückte Luft vorverbrennt den Kraftstoff partiell zu Brennstoff-Substanz, die durch siebartige öffnungen zur Endverbrennung in den anderen Brennraumteil strömt: Kurzdauer-Reaktion im Diesel-Prinzip.

Der DsM hat immer noch zu hohen Verbrauch und Schadstoff-Ausstoß. Nur ein kleiner Fraktionsanteil des Erdöls (mit speziellen Molekülen) ist DsM-verwendbar. Der DsM arbeitet gelegentlich (meist für langsame Großmotoren) als Zweitakter. Dies wenn längere Dauer für die Verbrennung gegeben ist. Zweitakter für DsM mit Anteilen von Abgas im Zugas wären in Leistung und Temperatur günstiger als Viertakter. Doch ist damit beim DsM zu träge Zündung & langsame Verbrennung.

Grundsätzlich (kleiner TSw); Der PKM ist perfekt in allen drei Güte-Merkmalen :

/. der Homogenität der Durchmischung der Komponenten zur Verbrennung; //. der Annäherung der Verbrennung an die Normalbilanz (zu CO2, H2O, N2); ///. der Vollständigkeit der Kraftstoff-Verbrennung bis Einsatz der Expansion.

1. P2G VorSchuss Stärkste exotherme Reaktion : Heißes, unterbilantes PK-Gas strömt über den Kolben und verbrennt im Zugas (im BR); je selbst heißer als Selbstzünd-Temperatur. Reste noch flüssigen Kraftstoffs verdampfen schon am Ventil. Im VorSchuss: ideale Verbrennung der meisten Substanz.

2. PG3 ReturSchub Exotherme Reaktion in der PK : Der Kolben drückt in die PK teilverbrannt-überbilantes BR-Gas, das mit dem unterbilanten PK-Gas reagiert. In PG3 steigt die PK-Temperatur TK . Der PK-Druck pK stellt sich fast konstant auf p3 . Ohne ReturSchub stellt sich PK-überdruck ein (pK >p3).

3. P34 NachSchub : Unterbilantes PK-Gas drückt über den Kolben (in P34 zufließender Kraftstoff verdampft). Die exotherme Reaktion hebt die Temperatur.

4. P24 : Weil über die volle Zeit von P24 erstreckt, ist die Verbrennung perfekt.

Ohne viel Unterschied sogar gut, wenn die Verbrennung mehr gegen Ende P24 (Leistung & Temperatur) : immer zwangsläufig genau vorgabe-bilant.

5. P42 : Der Kraftstoff reagiert laufend unterbilant im PK-Gas. Falls ReturSchub, fällt die PK-Bilanz und -Temperatur ein wenig. Kraftstoff-Zufluß und Poren- Strom beeinflussen TK und pK ; doch bei zwangsläufig gleicher Endbilanz.

6. Die Vorgabe der optimalen Sauerstoff/Kraftstoff-Bilanz ist kaum ein Problem.

7. Keine Zündung nötig (nur evt für Start). Oktan- & Cetan-Zahl ist irrelevant. Notiz : Das Aufsetzen des Kolbens auf das Ventil bei PH ist gleich hoch wie P4.

Bei Starr-Hebung ist P2 gleich hoch P4. Bei Feder-Hebung ist P2 höher als P4.

V1T/V2T Kompression: wegen PK- Volumen erst effektiv über einige Zyclen. VG3/VGT ReturSchub: Volum-Minderung, mit der BR-Gas in PK geschoben

(weniger Gas- als Volumen-Anteil, weil Anstieg der PK-Temperatur TK) . Nicht kritisch, weiter Bereich: Wenig ReturSchub gibt niedere PK-Bilanz ; viel ReturSchub hohe Bilanz mit hoher TK ( einstellbar, wie erforderlich ) .

Konkrete Abmessung Starr-Hebung Beispiel nur zur Beschreibung : Zycluswinkel ßn Am Anfang des Zyclus - bei Po - ist : ßo = 0° dann zB : ßi = 30° ; ß2 = 160° ; ß3 = 180° ; ß4 = 200° ; ßs = 330° ; Be = 360 Phasenwinkel ßxz = Bz -- ßx In Pxz von Px bis Pz durchdrehter Winkel etwa: P12 Kompression ßi 2 = 130° ; P24 Brennen ß23 = ß34 = 20 P45 Expansion ß45 = 130° ; P51 Wechsel ßsβ = ßoi = 30°

Hubraum = V03 -7- 132,9 mm : gibt Ve-Liter mit 941 mm ² Kolben-Querschnitt Gesetzt : V2T -ä- 8 mm & V1T/V2T = 16 (Kompression). VI T ^■ * ^• 128 mm Kurbel-Radius Rh = 66,45 mm ; Preß-Höhe V13 -7- Rh (1 +cosßoi) = 124 mm Ventil-Hebung V23 -r Rh (1-cosß23) = 4 mm ; Restvolumen V3T -7- 4 mm

( -7- bedeutet : = diejenige Länge, die dem betreffenden Volumen zukommt) VK & TK moderiert Eff. Kompression; kurze Pleuelstange moderiert V13 & V23 Spielraum für ß2G : 0° ; Pσ =PG 10° PG-konkret 20° ; PG =P3

VG3 & ReturSchub : 4 mm & 0,5 1 mm & 0,2 0 mm & 0,0

Kommt PG nahe an P3 , so wird der ReturSchub klein oder gar null. Dies ist mit umso höherem PorenStrom und/oder AddierStrom auszugleichen.

Modi mit Feder-Hebung ; Ventil-Hals oder Kolben-Kontaktfläche ist gefedert mit Federkraft (Direktionskraft) : so schwach, daß der Kolben das Ve bei Aufsetzen noch nicht (pK viel höher pR ), aber vor P3 (zB ß2 = 170°) hebt; so stark, daß das vom Kolben + Federkraft gehobene Ventil erst bei P4 (zB ß4=200°) schließt. Der Beginn der Ventilhebung wird ua durch Zusammensitzen der Feder-Spiralen oder Feder-Teller in P2 definiert; günstiges Zusammensitzen als stabiler Zylinder.

Norm-Bezeichnungen (Obgleich selbst aktiv an der Normung beteiligt:)

Die Joule-Normung der eigenartigen Wärme ist praktisch "unthermodynamisch".

Wärme ist als diffuse Molekular-Energie am besten in "caf & "KaI' ausgedrückt. ^• Wärme Q : auf 4 ppm genaue Umrechnung : 1 Ws (Joule) = 0,239 cal

Sehr genau: Gaskonstante 2 cal ; V-konstante spezifische Gas-Wärme 1 cal/Fv [Fv als translatorische + rotatorische Freiheitsgrade) ; Molwärme 6 cal /Mol Damit ist (ideale Gase) die Temperatur-Erhöhung δT [ ⁰ C] sehr genau [cal/Fv]

Ventil Ve Im Ventil-Bett der TW ist beweglich-angepaßt der Ventil-Körper. Vorteilhaft hat der Ventil-Körper einen zylindrischen Ventil-Hals Hs mit darüber einem kegelfömigen Ventil-Kopf. Vorteilhaft hat die TW öffnungen TO im Ve-Bett, nahe über dem Kegel-Ansatz. Der Andruck des Ventils schließt die öffnungen, mit dem Kegel des Ve-Kopfes. Die Hebung des Ventils öffnet die öffnungen, im Aufgehen eines Kegel-Spalts über dem Ve-Bett: im VorSchuss schießt bzw im NachSchub schiebt PK-Gas in das BR-Gas; im ReturSchub schiebt BR-Gas in das PK-Gas. Der schnelle VorSchuss und überbilante ReturSchub bringen keine Ablagerung.

Der Ve-HaIs gleitet im Ve-Bett auf ca TW-Temperatur. Im NachSchub bläst Kraftstoff durch den Spalt und schmiert die Gleitung. Ein K-Strom bzw H-Strom - etwa als V-Strom über eine Ring-Nute im zylindrischen Ve-Bett zugeführt - gibt besonders niedere Ve-Temperatur; aber wohl nicht nötig (künftig kein Problem).

Der VorSchuss startet mit einem Druckgefälle ca 3-fach dem Kompressions- druck. Er steigt erst etwa parabolisch an & läuft (mit Angleichung pR an pK) gleitend aus, wobei der TSw klein wird: Es startet der Transit in den ReturSchub.

Mit externer Steuerung der Ventil-Hebung oder mit Federventil ist P2 näher an P3 (zB 10° bis 5°) rückbar als P4 (zB 10° bis 20°): VorSchuss ab kurz vor P3 , der gleitend beginnt, etwa bei P3 maximal wird, & (ohne ReturSchub) in NachSchub bis P4 übergeht. Damit ist - frei konstruierbar - eine gemäßigte Verbrennung erreichbar, mehr an und hinter die Kulmination. Der PK-Druck pK stellt sich zwangsläufig auf jede Hebe-Funktion ein, womit deren Einrichtung unkritisch ist. Winzige Schrägnuten am Ventilrand erwirken eine leichte Drehung des Ventils.

ProcessKammer PK Das PK-Volumen VK wirkt in Relation zum Hubraum: VK/V03 .

Proportional VK/V03 ist die mittlere Process-Dauer Dp des Kraftstoffs in PK .

Proportional VK/V03 ist - nach Leistungs-änderung - die Einstell-Dauer Ds auf stationären Betrieb (reziprok-exponentiell annähernd; zB nach 3Ds auf ca 1/20).

PKM-spezifisch ist die "Zycluszahl" Zz : für wie viele Zyclen die PK an K-Fluss (Kraftstoff/Zyclus) als PK-Gas speichert ; Zz ist abhängig von der PK-Bilanz.

Je für 1 -Bilanz im Betrieb und für ¹ /2-Bilanz in der PK , mit Kraftstoff [HCH] :

> Für nur ^ι Zuluft im Zugas: 8 Mole PK-Gas pro 15 Mole Zugas (Faktor 8/15). Bei Kompression auf pK = 200 bar (Faktor 1/200) und Temperatur TK = 800°C (Faktor 3,75 des Absoluttemperatur- Verhältnisses) ist : Vκλ/03 = 0,010-Zz .

> Für Rezyclierung mit hälftig Abgas im Zugas ist : VK/V03 = 0,008-Zz . Grob: 100-Vκ = Zz-Vo3. Mit Zz = 25 ist VK = ¹ /.Vo3 ; mit 50 Zyclen/s ist Ds = V2 s , die Process-Dauer Dp ist ca 200 mal der Diesel-Einspritzung. Schwankung δTK <5% , δpK <4%. Auch nicht im ReturSchub dringt (gegen den hochbilanten PoreπStrom) PK-Gas in die PW : es ist keine Ablagerung möglich.

Anlaß-Arbeit Diese ist kleiner bei größerer PK, weil die erste Kompression nur die Verdichtung Vi τ/(V2T+Vκ) erfordert (Kompressions-Druck hebt das Ventil). Bei hierbei Zündung, mit ggf Start-Zündsystem, übernehmen schon erste, leichte Kompressionen die Anlauf-Leistung. Diese ist so gering, daß möglicherweise die Lichtmaschine den Anlauf bewirken könnte. Besonders günstig bei Mehrzylinder:

Mehrzylinder Gemeinsame PK erfordert nur wenig größere PK als Einzylinder : weniger Zyclen erreichen stationären Betrieb (nur ein Startzünder). Gemeinsam : Kanäleraum, Zuleitung, Pumpen. Doch VβT-Ableitung mit Rücksperre (R-Ventilen, Hähnen) ab jedem Zylinder. Vorteilhaft liegen die Ableitungen in der Zuleitung : Gegenstrom-Wärmetausch (Wärme-übergang: kalte Pumpe & hohe Gasdichte).

PK-Bilanz Der PKM arbeitet mit Kraftstoff jeder Viskosität und Dichte. Poren- Strom & ReturSchub wirkt auf die PK-Bilanz und damit auf die PK-Temperatur TK . Der ReturSchub verändert doppelt mit ßG3 (Funktion 1-cos ist circa quadratisch) Die VG3 & V3T gebenden Höhen (konkret 1 & 4 mm) sind kein ernstes Problem.

Benzin und Diesel verdampfen schon in όer PK total; viskoses Schweröl zumeist. Alle Processe sind beherrscht über die Fv von den Mol-Bildungswärmen : CO2 94,4 KaI ; CO 26,4 KaI ; H2O (g) 57,8 KaI ; HOCN 36,6 KaI , CH4 19,1 KaI . Regulär Kraftstoff [HCH] ca 8 KaI . Endotherm HCN -30,1 KaI , C2H4 -9,6 KaI .

Alles als Idealgas bei 200 bar / 800 ⁰ C. PK-Gasdichte 50 bis 65 g/L.

Bilanz mit Luft (O2+4N2) Wärme Q/ Fv [cal/Fv] Kraftstoff / PK-Gas [gκ/L] Bilanz Je energischste Reaktion mit Wärme cal/Fv gκ/L

1-Bilanz 1 ¹ / ₂ O2 +[HCH] - CO2 + H2O (6N2) +144,2 Ka/ 3510 4 0-Bilanz 2[HCH] - CHA + C + 3,1 KaI 280 63

{1/3}Blz O2 +2[HCH] - CO2 + 1CH4 (4N2) + 97,5 KaI 3140 10

{1/6}Blz O2 +4[HCH] - CO2 +2CH4 +1C (4N2) +100,6 Ka/ 2340 18

{1/12}B. O2 +8[HCH] -> CO2 +4CH4 +3C (4N2) +106,8 Ka/ 1590 28

{1/24}B. 02 + 16[HCH] - CO2 +8CH4 +7C (4N2) +1 19,2 Ka/ 1030 39

Maximal Q/Fv [cal/Fv] realisiert jedoch eine geringere Temperatur-Erhöhung δTK [ ⁰ C] < Q/Fv [cal/Fv] : weil ua endotherme Assoziationen und Dissoziationen: CO2 + CH4+N2 - 2HOCN + H2 ; CH4 + C + N2 - 2HCN + H2 ; CH4 + C - C2H4 ; CO2+CH4 -2CO+2H2 ; CH4 -C+2H2 ; CO2+C -2CO ; CO2 + H2 -CO + H2O Niedere Temperatur forciert energischere Reaktionen : verhindert Unterkühlung. Hohe Temperatur forciert endotherme Reaktionen und weckt oszillatorische Freiheitsgrade : verhindert überhitzung. Mit diesem "Prinzip des kleinsten Zwangs" ist eine stabile Selbsteinregelung auf die für den PKM geeigneten Temperaturen.

Abgas-Rezyclierung ändert die Bilanz selbst nicht. Doch bringt sie CO2 & H2O in die PK zurück, was die Reaktionen verschiebt; meist zu weniger Ruß und CH4 . Steigender Druck verschiebt zu weniger Molekülen. Hohe Temperatur verschiebt zu energieärmerer Reaktion, die Temperatur begrenzend. Die PK-Temperatur TK ist fast frei einstellbar: der PKM ist freier und flexibler disponierbar als der DsM . Mineralöl ist unterbilaπt kaum vergasbar. Es entsteht ua resistenter Qualm mit Gasruß. Weil C-Einzelatome höchst endotherm sind, entsteht Kohlenstoff fast nur als Microcluster in uπterbilantem. meist mittelheißem Gas. Thermische Krackung langer Ketten scheidet Kohlenstoff ab. H2 & CO reagiert mit langen Ketten ua unter Abscheidung von Kohlenstoff. Dies ist in kaum überschaubaren Reaktionen; auch endothermen und freiradikalen. Die Bildung von Qualm & Ruß führt regulär zu fortschreitender Ablagerung von KTH . Dies ist das große Problem.

Während der mittleren Verweilzeit von einigen Zyclen entsteht in der PK nur gasähnlicher Qualm und Ruß (wie in der leuchtenden Flamme der Kerze), der wie PK-Gas verbrennt. Gegen den PorenStrom erfolgt keine Ablagerung in der PK. Jede Spur von Ablagerung an der PorenWand wird sofort vom PorenStrom verbrannt (wie im Saum der Kerze). Schon sehr kleiner P-Strom (<1 % des PC-Gas) verhindert KTH und auch das Eindringen von PK-Gas in zu kalte PW-Schichten. Nur PK-seitig auf dem Ventil sind evt Ablagerungen zu vermeiden: zB ist der überbilante ReturSchub so lenkbar und/oder der PorenStrom so auf das Ventil blasbar, daß er auf der Ve-Oberfläche jede Ablagerung sofort verbrennt . Oder: Sehr gut ist die Ausbildung der Seite des Ve-Kopfes zur PK aIs PorenWand.

Diese KopfWand KW durchströmt der K-Strom. als ein Teil des VentilStroms. Und: Sehr gut ist auch Strömung von V-Strom über den Ventil-Hals: als H-Strom in den Gleitspielraum, und - bei gehobenem Ventil - in den unteren Ventil-Hals und die Federung (gegen das Eindringen von PK- & BR-Gas in den Ventil-Hals). Unter Umständen nutzt ein S-Strom, als PC-Gas über den Ventil-Spalt in die PK.

Der K-, H-, und S-Strom sind Anteile im VentilStrom. Dieser V-Strom ist PC-Gas, das die P-Pumpe oder eine eigene Ventil-Strompumpe (V-Pumpe) fördert. Er ist in das Ventil etwa über eine Ring-Nute im zylindrischen Ventil-Bett eingeleitet.

Vorteilhaft ist PC-Gas aus V3T abgeleitet. Das Volumen Va der Ableitung ist optimierbar. Es ist Teil-Volumen von V3T. Mit Va = V<-p3/p2 (Vf als Volumen der Weiter-Förderung), ist das PC-Gas fast nur Zugas maximaler Dichte. Das Optimum ist uU mit Va <Vt-p3/p2 , falls zB für AddierStrom ein vermehrtes PC-Gas günstiger ist (eben "verdünnt" mit im VorSchuss schon teilverbranntem BR-Gas). Mehrzylinder haben je Zylinder eigene Ableitung aus V3T mit eigener Rücksperre; mit Aufladung (etwa >0,8 pK ) des Vorraumes der P-Pumpe, die das PC-Gas auf überdruck (etwa 1 ,2 pK) fördert : für P-Strom, und evt V-Strom und evt A-Strom.

Vorgabe der Bilanz Die Bilanz-Vorgabe ist beim PKM einfach & persistent .

Normal-Bilanz (1 -Bilanz) : für Kraftstoff soviel Luft, daß stöchiometrisch genau

[ CO2 , H2O , N2 ] . Für Kraftstoff [HCH] pro Luft [1 bar mit 0 ⁰ C] : 82,2 mg/L

Eine synchrone Pumpe (dreht proportional der Kurbelwelle) ermöglicht feste Einstellung des Volumens an K-Fluss (Kraftstoff/Zyclus) . Die Zuluft ist im Wechsel P5i einstellbar; etwa für Normalbilanz. Dies erfordert nur einfachste Technik.

Der K-Fluss (Kraftstoff-Förderung) ist vorteilhaft dosiert mit der D-Pumpe : eine isobar fördernde Zahnradpumpe, die der drückenden F-Pumpe vorgestellt ist. Der K-Fluss ist auch dosierbar mit einer der F-Pumpe vorstehenden oder nebengeschlossenen Fluss-Drossel (evt Pumpe). PC-Gas als AddierStrom (A-Strom) in die Zuleitung zu PK, ist dem K-Fluss vorteilhaft hinter der F-Pumpe zugeführt. Falls Windkessel & Zahnradpumpe, ist PC-Gas der F-Pumpe seitlich zuführbar.

Eine mit Nocke geführte Kolbenpumpe ist frei optimierbar; zB: in P14 vom Tank über unteren Schlitz einnehmend und in P41 in die Zuleitung zur PK drückend.

Zwangsläufig geht die Eingabe-Substanz genau ab; beim PKM integrierend über einige Zyclen (weniger bei kleinerer PK). Konstante Bilanz ist einstellbar mit immer O2-Zufuhr proportional der Kraftstoff-Zufuhr; für schnelle änderungen der Leistung möglichst bei jedem Zyclus: unkritisch, weil Einstellung in wenig Zyclen. Zwangsläufige Einstellung aller Zustände ist in weitem Spielraum des Tragbaren.

Verminderung der 02-Zufuhr ist vorteilhaft mit Belassung von Abgas im Zugas. Der PKM hat damit keine Schwierigkeit; im Gegensatz zum DsM : Auch mit halb Abgas im Zugas ist der PKM mechanisch, akustisch & thermisch besser; sogar wenn Belassung von Abgas zur thermischen Entlastung im laufenden Betrieb nötig sein sollte. Kurzzeitig (Minuten) kann der PKM damit die Leistung verdoppeln. Damit entfällt das wichtigste Argument für Kauf übermotorisierter Kraftwagen.

Realisations-Möglichkeiten angedeutet : Ist die Frischluft-Turbine vom Abgas- Abgang getrieben, so mindert die Reduzierung der Kraftstoff-Zufuhr die Turbo- Leistung für die Frischluft-Zufuhr, was den Abgas-Anteil anpassend erhöht. ^■

Kraftstoff-Bilanz Der PKM arbeitet mit allen rückstandfrei verbrennbaren Flüssigkeiten, sofern Pumpe & Leitungen die Viskosität überhaupt verkraften . Fest eingestellt, fördert jede Zahnradpumpe pro Zyclus immer das gleiche Volumen. ähnlich viel Sauerstoff-Masse [g] pro Kraftstoff- Volumen [mL] : Diesel ca 2,7 ; Hexan 2,33 ; Octan 2,47 ; Decan 2,55 ; Getan 2,69 ; Benzol 2,71 ; Toluol 2,71.

Der PKM arbeitet unverändert mit allen zZ benutzten Kraftstoffen; dies mit konsistent einfach-eingestellter Bilanz. Für billigen PKM-Kraftstoff sind bisher unverwendbare Brennstoffe auf Normwert ausgleichbar; ua durch Beimischung von Verbindungen mit Radikalen : wie -OH oder =C=O , bzw wie -NH2 oder =C=C = .

Die Raffinerien können damit wohl alle förder- oder erlangbaren Kohlen- Wasserstoffe hin prozessieren auf optimale Bilanz mit brauchbarer Viskosität. Einfache Raffinieruπg, weil nur der Pumpe genügende Viskosität erforderlich.

Leer-Lauf : Mit der Leer-Tourenzahl geregelte Kraftstoff-Drosselung. Dies regelt auf so niedere Temperatur ein, daß hohe überbilanz möglich ohne Schadstoffe. Der Anlauf geht üblicherweise in Leerlauf über. Falls Start-Zündersystem : ist dies knapp vorweg ingangsetzbar, mit noch unbelasteter Batteriespannung.

Bewältigung der Temperatur Die PK-Temperatur TK ist - mit dem ReturSchub und/oder P-Strom - günstigst einstellbar; in weiten Grenzen 200°C<Tκ<1400°C . Die PR-Temperaturen sind beim PKM - trotz Arbeitstakt in jedem Zyclus - günstiger als beim DsM. Es gelang bisher nicht, in Kolbenmaschinen die volle Effizienz durch Nutzung maximaler Verbrennungs-Temperatur zu erzielen . Der PKM kann dem Zugas optimalen Abgas-Anteil belassen & damit den Zweitakt voll ausnutzen : mit höherer Effizienz als etwa der DsM, Auf Kühl-Hohl räume in der TW und wärmeschützende Beläge auf TW und Kolben, ist der PKM nicht angewiesen. Der PKM ermöglicht einige Verbesserung mit dem Volumen Va (ggf einer Ableitung aus V3T): Erst kurz nach P4 (Gas-Rücktritt aus Va in den PR) wird die Vorgabe-Bilanz vollzogen. Bis P4 ist noch nicht die volle Substanz aktiv bzw ist noch einige Unterbilanz : bis P4 kleinere TK ermöglicht höheren Energieumsatz.

Druck/Temperatur

Generell problematisch: hoher Druck bei hoher Temperatur. In der PK ist permanent hoher Druck pK ; uU mit hoher Temperatur TK . Jedoch : Die wärmefreie DruckWand um die WaermeWand hält den PK-Druck pK . Die druckfreie WaermeWand inseits der DruckWand, hält die PK-Temperatur TK .

Kein Problem 500°C<Tκ<1100°C, anvisierend 800 ⁰ C (Rotglut); auch noch höher.

Für PW sind Keramiken geeignet; für Ve hochwarmfeste Superlegierungen mit Fe, Co, Ni, Cr, W oder Nb, standfest bis 1000 ⁰ C. Cermet für extreme Bedingungen. Falls der Ventil-Hals ohne Gasstrom, ist das Ventil auf praktisch TW-Temperatur.

Die PW-Wärmeleitung ist so gering, daß nur Wärme-Promille abfließen würden: Der PorenStrom trägt Wärme im Gegenstrom in die PK zurück & verhindert KTH .

Die Kanäle, welche der PW den PorenStrom zuführen, sind an oder in der PW : Falls der PorenStrom kühl ankommt, sind die Kanäle an der DruckWand DW; falls heiß ankommend, ist ein Teil der PW zwischen den Kanälen und der DW.

Stern pelventil mit von außen über Ventilschaft gehobenem Ventil ; etwa :

Einfuhr des K-Fluss in die PK mittelhoch am Ventilschaft schmiert die Gleitung in der DW und verhindert Schlupf-Fluß aus der PK. Mit Ventilkolben (am Ende des Ventilschaft) in einem Zylinder, ist das Ventil hebbar; etwa mit Hydraulik. Kurze Druck-Umkehr in PA (nach Hebung), ist gut, das Ventil sicher zu schließen. Der Schlupf-Fluß gibt Selbstjustierung des Kolben zur Hebung ab Schließstellung; Füllung des Raums unter dem Kolben mit Kraftstoff für hydraulische Hebung des Ventils (zB mit Piezo- oder Magnet-Elektrik). Schlupf am Ventilkolben (Kraftstoff + evt Gas) fließt durch den Ventilschaft in die PK (nur Verzweigung des K-Fluss). Durch Poren im Ventilschaft in die PK gedrücktes PC-Gas kühlt das Ventil.

Für Stempelventile, darunter Zylinderventile ist gut : gleitende Anhebung ab kurz vor Pe (zB ß2 >170°); öffnung bis mehr nach P3 (zB ß4 <200°); zwangsläufig mit pK >p3 (zB 5 bis 50 bar). Der Transitstrom von wenigen mL in ca 1 ms erfordert bei hohen Druckgefällen, nur geringe Hebungen (zB<1 mm , evt ^λ Amm).

Zylinderventil Spezielle Konstruktion pneumatisch getätigter Stempelventile :

Das Zylinderventil hat einen hohlen Ventilzylinder VZ des Querschnitts 0V, der unten mit dem in der TW dichtenden Ventilkegel abschließt & der in der DW gleitet. Die DW-Gleitführung ist zur PK mit der WW abgedeckt und reicht nach unten bis fast Hebehöhe über den Kegelansatz. Der VZ verengt oben zum Aufzylinder AZ des Querschnitts 0A, der in der DW gleitet. Die DW schließt über der Verengung einen Ringraum RR des Querschnitts 0V-0A, worin Gas mit Druck pL . Mit Druck pA>pκ strömt A-Strom durch den AZ in den VZ (zu unten Blaslöchern). Kräfte auf das Ventil: nach oben pR-0v ; nach unten pA-0A+pL(0v-0A) . Ist 0A/0V genügend klein (zB Ve), so ist in Pos PH schon pR-ov > PA-θA . Dies bewirkt :

Bei öffnung des Auslaß fällt pi_ durch Ausstrom des RR-Gas, bis die Kraft nach oben überwiegt: das Ventil hebt & öffnet; noch bei einigem pL (zB>10 bar).

Bei Schließung des Auslaß steigt pL durch Einstrom von Gas mit pA bis die Kraft nach unten überwiegt: das Ventil schließt; schon bei pι_<pA (weit bevor).

Mit der auf kurzer Hebehöhe geringen Beschleunigung ist leichtes Aufsetzen.

Mit den starken Kräften ist sicheres öffnen und Schließen. Mit nur wenigen μL Volumen des RR ist (hoher Druck) guter Aus- & Einstrom. Günstig ist: kurzer Ausstrom (durch Auslaß, zB mit Magnet- oder Piezo-Elektrik) & langer Einstrom über A-Stromwiderstand (zB als Schlupf, Nuten oder stellbar mit Strom-Drossel).

. Günstig: der Kraftstoff ist über eine Ringnute in der DW am VZ eingeführt. Am VZ entlang fließt er (zB in schräg nach unten führenden Nuten) bis zur Kegeldichtung vor Blaslöcher, aus denen er vom A-Strom in die PK geblasen wird. Der A-Strom kühlt das Ventil und bläst kühl ein. Es ist mit sehr hohen TK operierbar.

PC-Gas-Svsteme Für Einzylinder geeignet, für Dreizylinder günstig, für

(5,7,9)Mehrzylinder perfekt. Einige anregende Beispiele (alles Zahnradpumpen):

1 > Das PC-Gas ist abgeleitet aus V3T durch Ableitung Va über Rückschlagventil oder halbdrehende Schlitzwelle. Diese Ableitungen aus den Zylindern laden zusammen etwa die Hälfte der Zahnluken einer P-Pumpe, die mehrfach als für den Tκ-Sollwert nötig, fördert. Der überschuß strömt durch eine Strom-Drossel zum Eingang der P-Pumpe zurück. Die Drossel hat einen DSw, mit dem die P-Pumpe immer auf einen Druck >pκ fördert (ggf für P-, V-, A-Strom) . Mit einer stellbaren Abdrosselung ist - über variierbaren Rückstrom - eine Tκ-Ste!lung bzw Regelung.

2> Wie 1 > , aber hinter den Rücksperren mit eigener W- und/oder V-Pumpe.

3> Wie 1 > . aber hinter den Rücksperren mit Windkessel zur Pufferung.

4> PC-Gas strömt - als S-Strom - durch den offenen Ventil-Kegelspait in PK.

5> PC-Gas strömt - als H-Strom - über TW-Ringnute durch Ventil-Hals in BR.

6> Mit kleinem HSw und großem V-Strom-Zuleitvolumen, groß eingerichteter H-Strom (evt eigene V-Pumpe) ist über eine Strom-Drossel als A-Strom ableitbar zur F-Pumpe. Mit steuerbarer Abzweigung von H- in A-Strom ist die TK regelbar.

7> Ohne P-Pumpe, mit Kanal-Röhren zur WW ₁ ableitend im kegeligen Ve-Bett.

8> Ohne ReturSchub, PK-Druck überhöht (pK >p3 ); Process nur mit PC-Gas.

9> Mit PKZ-Leistung variierte Strom-Drossel oder Rück-Pumpe: TK Regelung.

Notiz : Das Ventil Ve bzw die Rücksperre kann ein gebräuchliches

Ventil sein; aber auch ein Hahn (Schlitzwelle) oder ein Schieber oder eine Klappe. Der PKM arbeitet in jeder Lage; "oben-unten" dient nur zur Beschreibung. Der PKM ist besonders günstig einsetzbar in Systemen mit Hybrid-Antrieb.

Das Prinzip des PKM zeugt viele Konstruktions-Erfindunqen. Dazu Anregungen :

ProcessKammer als Durchlauf Prozessor Beispiele für Konstruktion

Der Process beginnt in einem verbreiterten Ende der Kraftstoff-Zuleitung, umgeben von einem Teil der PorenWand. Umständlich ist die Lauferhaltung des Processes (auch falls A-Strom, der in der Zuleitung regulär nicht processiert) .

Zuluft- und Abgas-Schlitze Beispiele für Konstruktion

Erhöhter Verschleiß durch übergleiten der Kolbenringe (Dichtungsringe) über den Zuluft- bzw Abgas-Schlitz, ist dadurch vermeidbar, daß der Schlitz als schmale Teilschlitze, senkrecht in der Zylinderwand nebeneinander, konstruiert ist: Zwischenstege verhindern elastische Ausbauchung; evt breiterer Mittelsteg. Mehrzylinder ermöglichen geschlossenes Kurbelgehäuse (ohne Schlitz-Zugang) .

Feder-Ventil Beispiele für Konstruktion

Zur Hebung des Ventils setzt der Kolben mit seiner Kontaktfläche auf den Ventil-Fuß; mit etwa einigen Metern/Sekunde. Seine Steig-Geschwindigkeit fällt reziprok-quadratisch mit dem Abstand von P3 ab. Der Kolben öffnet das Ventil gegen den PK-Druck (p« >200 bar). Das sind nur Prozente des PR-Drucks pR auf die Kolben-Druckfläche, sodaß daraus keine Probleme erwachsen.

Kritisch könnte aber ein Aufprall mit einer Schlag-Beschleunigung werden, die bei verschwindender Material-Elastizität die statischen Druck-Kräfte weit überwiegen könnte. Die vorgeschlagenen Konstruktionen bieten elegante Lösungen :

Die Kontaktfläche und bzw oder das Ventil ist gepuffert oder gefedert. Die Federung ist zweckmäßig ein gefederter Ventil-Hals, mit gebräuchlichen Federn. Dazu geeignet ist ein Ventil mit einem zylindrischen Ventil-Hals, der in einem zylindrischen Ventil-Bett der TW mit engem Spielraum bewegt ist; und darüber einem Kegel-Kopf, der in einem kegelförmigen Ventil-Bett der TW die Dichtung bewirkt.

Der Feder-Hals eines derartigen Ventils ist in Vielfalt konstruierbar ; ua :

F1) Der Feder-Hals besteht aus ύbereinanderliegenden Teller-Federn.

F2) Der Feder-Hals ist eine Spiral-Feder; ein-, zwei- oder drei-gängig.

F3) Der Feder-Hals ist ein horizontal geschlitzter Zylinder: je 2 Schlitze pro Ebene über <180° des Umfangs erstreckt; mehrere Schlitzpaare immer 90° gegeneinander versetzt. Es sind auch mehr als zwei Schlitze pro Ebene möglich.

Die Position PH, in der der Kolben auf das Ventil setzt, ist symmetrisch P4, eher der Kolben den Ventil-Kopf zu heben beginnt, ist höher als PΆ. Ab PH drückt P2 ist der Ventil-Hals (um P2-PH verkürzt) zusammengedrückt; etwa zu Zylinder, der Kolben den Feder-Hals zusammen (etwa bis die Feder zusammensitzt): bei P2 ist der Ventil-Hals (um P2-Pv verkürzt) zusammengedrückt; etwa zu Zylinder, (evt glatt, dicht), der im zylindrischen Ventil-Bett der TW mit engem Spiel gleitet. Bis P2 hält der hohe PK-Gasdruck pK das Ventil noch im Ventil-Bett angedrückt : der Kegel dichtet. Ab P2 hebt der Kolben den Ventil-Kopf: spätestens bei Zusammensitzen der Feder, gegen jeden PK-Druck. Bei geringem pK (Leistungs-Minde- rung) hebt eine starke Feder schon vor ihrem Zusammensitzen, ohne Schlag.

Der Stromwiderstand von TW-öffnungen im Ventil-Bett zum PR durch die TW (am und über dem Kegel-Ansatz) ist so klein haltbar, daß praktisch nur der Kegel-Spalt den Transit-Stromwiderstand bestimmt (reziprok-quadratisch der Anhebung). Schnelle Strömung im Spalt verursacht Abkühlung und Unterdruck. Der VorSchuss setzt gleitend ein & geht gleitend in den ReturSchub über. Die Federkraft streckt den Ventil-Hals und hebt den Kopf weiter: zu sehr kleinem TSw, was zwangsläufig den PK-Druck auf den max.PR-Druck einstellt : pK = pR-max . ( Mit höherem TSw ist langsameres Angleiten erreichbar; womit: pK > pR-max ).

Grundsätzlich ist statt dessen oder zusätzlich auch die Kontaktfläche des Kolbens federbar. Jedoch ist die Kontaktfläche besser geeignet, die Positionen - wie P∑, PG, P3 - einfach und genau zu justieren: mit passender Dicke einsetzbar.

Der Feder-Hals reduziert drastisch die Schlag-Beschleunigung auf nur den untersten Teil des Ventil-Fußes, dessen Masse klein haltbar ist. Die übrige Federmasse wird beschleunigt durch die Federkräfte, die vom bereits anliegenden Kolben aufgefangen sind. Nur die Kopf-Hebung bei Zusammensitzen der Feder gibt noch einen Schlag. Dieser ist klein, weil bis dahin kleine Steig-Geschwindigkeit.

Interessant ist eine vom Ventil-Fuß zum Ventil-Kopf ansteigende Federkraft: Ua keine Schwingneigung; Ua ganz leichtes Aufsetzen des Kolbens mit Hebung des Ventils durch Federkraft ohne Schlag-Beschleunigung auf den Ventil-Kopf. Nach Hebung des Ventil-Kopfes gibt der rasch anschwellende VorSchuss rasche Angleichung von pR an p«, infolgedessen die Federkraft das Ventil auf seine volle Länge streckt. Der Kegel-Spalt wird groß; damit der Transit-Stromwiderstand klein. Der TSw bleibt klein, weil die Federkraft das Ventil bis P4 gestreckt hält. Die volle Streckung ist bis hinter die Kulmination verlagerbar, & der VorSchuss direkt in den NachSchub führbar. Alles ist mit gleitendem Transit erreichbar. Die Federung oder konvexe Kontaktfläche macht ggf Verkantungen unwirksam.

Zur Niederhaltung der Ventil-Temperatur ist gut, die Verbrennungs-Reaktion vom Ventil-Körper abzuhalten. Ein zu glattem Zylinder zusammengedrückter Feder-Hals (mit engem Spiel im zylindrischen Ventil-Bett) hat hohen Stromwiderstand im Vergleich zum Transit-Stromwiderstand TSw. Damit fließt kaum PK-Gas oder BR-Gas zum zylindrischen Ventil-Bett (dort praktisch keine Brennreaktion). Ist der obere Teil des Ventil-Halses eine glatte Zylinderfläche (ohne Schlitze), so fließt auch bei Streckung des Ventils kaum PK-Gas zum zylindrischen Ventil-Bett.

Das während etwa 8/9 des Zyclus in das, zur TrennWand TW gehörige Ventil-Bett gedrückte Ventil, hat kaum höhere Temperatur als die TW und die ZW ; trotz der geringen Wärmekapazität des Ventils und dessen Federung.

Besonders günstig ist die Ausbildung der Seite des Ventil-Kopfes zur PK als PorenWand PW (konkret KopfWand KW) mit KopfStrom evt über V-Pumpe; mechanisch leichter, chemisch abscheidungsfrei, thermisch kühler. Dies ist noch besser, falls der VentilStrom bei gehobenem Ventil zum BrennRaum BR strömt.

Die Ventil-Temperatur ist nur wenig abhängig von der Temperatur TK in der ProcessKammer PK. Wegen des PorenStroms und hochwarm-fester Keramiken, ist für TK kaum eine technische Grenze. Man wird zwar etwa 800 ⁰ C anpeilen. Aber an sich könnten sogar 2000 ⁰ C ohne Problem bewältigt werden. Konsequenzen :

Obenstehende Anregungen zeigen alle Ventil-Probleme als elegant lösbar. Sie lassen die Vielfalt von Entwicklungs-Möglichkeiten des PKM-P rinzips ahnen.

Abgas-Rezyclierung und PK-Gas Beispiele für Konstruktion

Abgas-Rezyclierung ist durch einen Anteil an Abgas im Zugas. Rezycliert ist überbilantes bis wenig unterbilantes, mögiichst normalbilantes Abgas. Dieses hindert die Brenn-Reaktionen nicht, weil das BR-Gas und das PK-Gas heißer als Selbstzünd-Temperatur sind, womit sie miteinander schon bei Berührung reagieren; auch mit geringsten brennbaren Anteilen. Die schnelle Durchströmung (etwa 100 m/s) des Ventil-Spalts gibt darin eine Abkühlung. Diese ist für die Ventil-Temperatur günstig, ohne die Reaktionsfähigkeit zu beeinträchtigen : die Bremsung bei Eintritt in das andere Gas, bringt die Selbstzünd-Temperatur und Reaktionsfähigkeit wieder zurück (die Energie bleibt erhalten, nur die Entropie wird höher).

Bei dem in jedem Zyclus brennenden Zweitakter gibt Abgas-Rezyclierung eine Optimierung der Maximal-Temperatur, die sonst evt zu hoch sein könnte. Das PC-Gas enthält immer CO2 & H2O : durch evt ReturSchub (mit CO2 & H2O) und/oder durch Ableitung aus V3T (nie ganz ohne CO2 & H2O) und/oder durch in das Zugas rezycliertes Abgas (wie immer dies weiter ins PC-Gas gelangt). Ungeachtet der Herkunft seien zwei Quantitäten von CO2 & H2O im PC-Gas betrachtet:

PC-Gas : ¹ {} = O +ICO2 + IH2O +6N2 ² {} = {} +2CO2 +2H2O +12N2

Bilanz Je energischste Reaktion mit Wärme cal/Fv gκ/L

¹ {1/6} - 2CO2 +I H2O +2CH4 +1 C (ION2) +100,6 Ka/ 1290 8

¹ {1/12} -• 2CO2 +I H2O +4CH4 +3C (ION2) +106,8 KaI 980 15

² {1/6} - 3CO2 +2H2O +2CH4 +1 C (I6N2) +100,6 Ka/ 850 5

² {1/12} -■ 3CO2 +2H2O +4CH4 +3C (I6N2) +106,8 Ka/ 710 10

² {1/24} - 3CO2 +2H2O +8CH4 +7C (I6N2) +119,2 KaI 600 17

Hinzukommen von CO2 & H2O in das PC-Gas, gibt gleiche Reaktions-Energie. Es erhöht aber die Freiheitsgrade Fv , was den Temperatur-Anstieg δTK mindert (Heizung größerer Masse) . Konkret : ² Fv > ¹ Fv >Fv , womit ² δTκ < ¹ δTκ <δTκ .

Naturgemäß vermindert Absenkung der PK-Bilanz den Temperatur-Anstieg δTK . Der Temperatur-Anstieg δTK baut auf die Einlauf-Temperatur (Temperatur der Process-Substanzen schon bei ihrem Einlauf). Der ReturSchub kommt heiß in die PK und/oder das PC-Gas leitet Wärme aus V3T in die PK weiter (falls über Gegenstrom-Wärmetauscher) . Die reale PK-Temperatur TK kann viel höher sein als die Temperatur-Erhöhung δTK mit nur Reaktionswärme Q/Fv . - Es ist mit TK : >800°C beginnende, >1 100°C intensive Verschiebung zu Methan, Cyan und CO. Erstaunlich hohe Abgas-Rezyclierung und/oder niedere PK-Bilanz ergibt praktikable PK- Temperaturen TK . PK-Gas mit nur 5%-Bilanz ergibt δTK >600°C, was - mit günstig eingerichteter Einlauf-Temperatur - gute PK-Temperatur ergibt.

Für den PKM wäre aber auch hohe Temperatur und viel Gasruß kein Problem.

PKM-Pumpensy stem Beispiele für Konstruktion

Unter den unabsehbar vielen Pumpensystemen (auch ua mit Libellen- oder Kolben-Pumpen) seien nur Systeme mit Zahnrad-Pumpen dargestellt. Um künftige Entwicklungen anzuregen, sei wenigstes ein praktikabler Typ aufgezeigt :

Die Fluss-Dosis (Kraftstoff, der pro Zyclus der PK zugeführt) ist von einer D-Pumpe von voll bis null gestellt. Sie dosiert genau das Volumen bei jeder Viskosität. Sie ist ideal steuerbar. Nur Reibungsenergie ist erfordert, sie zu drehen; vorteilhaft quasi-synchron : von 1 bis 0 variabel untersetzte Kurbeldrehung. Die anderen Pumpen sind synchron : dh fest an die Kurbelwelle gekoppelt, unveränderlich proportional drehend (evt konstante Untersetzung). Der PKM ist geeignet für synchrone Pumpen; konkret: jeder Schlupf der F-Pumpe ist mit dem Zustrom über die HD-Kanüle ausgeglichen. Jede PC-Gas-Pumpe hat immer gleiche Menge PC-Gas/Zyclus zu pumpen; auch bei reduzierter Fluss-Dosis (für Minder-Leistung bei gleicher Bilanz-Vorgabe), weil hierbei die Menge an Zugas durch erhöhte Re- zyclierung von Abgas ausgeglichen ist. Die Bilanz-Vorgabe und Abgas-Rezyclie- rung erfordert einige Entwicklung. Diese ist einfach verglichen mit der beim DsM oder OtM nötigen. Der PKM hat kaum Probleme mit Spühlung, Zündung, Timing.

Die Bilanz-Vorgabe erwirkt beim PKM die zwangsläufige Einstellung aller Betriebs-Zustände. Für Voll-Leistung sollte möglichst Normal-Bilanz vorgegeben sein. Für Minder-Leistung bildet über-Bilanz jedoch kaum noch Stickoxide. Die Gas-Förderung der Pumpen ist damit unkritisch. Mit Abweichungen stellen sich jedoch veränderte PK-Temperaturen ein, was einfache Tκ-Regelung ermöglicht.

Weil jede der beiden zusammengeführten Gas-Komponenten heißer ist als die Selbstzünd-Temperatur, operiert der PKM mit jedem Anteil an Abgas im Zugas, das somit für jedes Leistungs-Niveau optimierbar ist. Die freien Parameter lassen fast jede Reaktions-Funktion einstellen. Für Zweitakter angemessen zB : Abfallend Fluss-Dosis von voll auf 10% , mit Zuluft im Zugas von 80% auf 10% (sogar nur 1% Kraftstoff im PK-Gas mit 1% Zuluft im Zugas reagiert sofort bei Zusammenkommen). Der PKM-Zweitakter ist mit den zB 20% Abgas-Anteil noch beträchtlich effektiver als der Viertakter, weil er in jedem Zyclus arbeitet. Mit so hohem Verbleib von Abgas beim Wechsel (Psi ), ist kein Problem mit Spühlung.

Alle synchronen Pumpen sind im selben Pumpen-Block unterbringbar; auf gleichen Achsen, in aneinander schachtelbaren Kammern. Einige Verbindungen sind in den Zwischenwänden unterbringbar. Gleiche Radien der Zahnräder. Die unterschiedlichen Förderungen bringen die Längen und Zahngrößen. Dafür zu klein ist das Fördervolumen der Schmierstoff-Pumpen (ggf E- & U-Pumpe), die jedoch mit Planeten-Untersetzungen im selben Pumpenblock unterbringbar sind. Schmierstoff-Pumpen schmieren im gleichen Block liegende, andere Pumpen mit.

Kraftstoff-Pumpe : Beispiele [ Angegeben in Volumen/Zyclus ]

Die Förderung des Kraftstoffs kann kontinuierlich & soll genau dosierbar sein; dies bei jeder Viskosität jeden Kraftstoffs (sofern überhaupt verwendbar). Die Förderung muß von Normaldruck (1 bar) auf den Druck der ProcessKammer erfolgen; zB: auf fast konstant den Maximaldruck des PressRaum (zB 200 bar).

Zahnrad-Pumpen sind gut geeignet. Ihr Fördervolumen XFv wird aber vermindert durch den Schlupf-Rückfluß : innen greifen die Zähne nicht ideal volumverdrängend ineinander und zudem kein ideal dichtes Gleiten. Der Schlupf-Rückfluß hängt ab von der Viskosität und steigt mit dem gepumpten Druckgefälle an. Der Schlupf-Rückfluß wird bei niederem Druckgefälle fast verschwindend klein.

Perfekte Kraftstoff-Flusspumpung ist in zwei Stufen, zweckmäßig als Zahnrad-Pumpen: am Kraftstoff-Eingang mit D-Pumpe (DosisPumpe) & ihr folgender F-Pumpe (FlussPumpe); wobei: Das FFv der F-Pumpe ist mehrfach des DFv der D-Pumpe. Den von der D-Pumpe dosierten Kraftstoff presst die F-Pumpe in die PK. Zwischen der D- & F-Pumpe mündet die HD-Kanüle (Hinter D-Pumpe) ein, die von einem Niederdruck-Gasraum herführt. Die F-Pumpe nimmt vorweg den von der D-Pumpe angelieferten Kraftstoff-Fluß auf. Mit größerem FFv als DFv saugt die F-Pumpe zusätzlich Gas aus der HD-Kanüle an, womit der Druck hinter der D-Pumpe gleich dem Druck in der HD-Kanüle wird. Falls die HD-Kanüle vom Kurbelgehäuse herführt, wird das Druckgefälle an der D-Pumpe sehr klein (<1bar): kein Schlupf an der D-Pumpe. Falls das FFv um mehr als der Schlupf der F-Pumpe größer als DFv ist, pumpt die F-Pumpe immer den von der D-Pumpe genau dosierten Kraftstoff in die PK (wie hoch immer der Schlupf in der F-Pumpe ist). Günstig: FFv = 3-DFv (DFv bei voll-drehender D-Pumpe für maximale Dosis).

Mit der Drehzahl der D-Pumpe ist der Kraftstoff-Fluß genau stellbar; gleich bei jeder Viskosität. Die kleine D-Pumparbeit ergibt einfache elektronische Regelung der Drehzahl. änderungen sprechen unverzögert an (Zahnlücken immer voll).

Mit einer Umschaltung der HD vom Kurbelgehäuse auf den Kraftstoff-Tank wird von der F-Pumpe zusätzlicher Kraftstoff angesaugt und in die PK gepumpt: für mehrfache über-Leistung (etwa kurzzeitige Hilfe für Anfahrt oder überholung).

Mit der HD-Kanüle ist aus dem Kurbelgehäuse etwa verdampfter Schmier- Kraftstoff abziehbar. Mit zB FFv = 3-DFv ist genügend Abzug falls Schmierung mit fortlaufender Kraftstoff-Einfuhr : kaum Schmierstoffe in die Abgas-Leitung.

Wird an der HD-Kanüle Niederdruck-Gas (Kurbelgehäuse) mit zB doppeltem Volumen als das des Kraftstoffs aufgenommen, so komprimiert dies oben in der F-Pumpe auf <1% des Kraftstoff-Volumens (von ca 1 bar auf >200 bar). Gasaufnahme durch die HD-Kanüle zum F-Schlupfausgleich verändert die Dosis des K-Fluss nicht. Zugabe von Gas hinter die F-Pumpe bringt gute Ergebnisse :

Vorteilhaft ist ein AddierStrom als ein Gas, das direkt hinter der F-Pumpe dem K-Fluss zuströmt; mit Druck des K-Fluss in die Zuleitung zur PK. Etwa wird damit der K-Fluss zum Schaum. Solcher: fließt schneller von der F-Pumpe in die PK; ist weniger viskos; verteilt sich besser in der PK; neigt weniger zu KTH .

Mit Zylinderventil setzt kurz hinter der Kraftstoff-Einblasung in die PK, die Process-Reaktion ein, deren Bilanz durch den A-Strom+W-Strom (etwa ³ A +VA) gegeben ist. Günstig: rotations-symmetrischer, oben flacher VZ, der langsam rotiert; der wenn gehoben, oben am Auslaß flach schließt und am übrigen Rand ballig aufsitzt : als RR für raschen Ausstrom, gefolgt von langsamem Einstrom; erst pL-Abfall zur Hebung mit pR-Aufsprung, folgend pL-Anstieg bis zur Senkung. Der Einstrom ist etwa über AZ-Schlupf, -Löcher oder -Nuten. Der Einstrom ist etwa durch Kanüle über Strom-Drossel, zur Stellung des A-Stromwiderstand. Somit ist die P24 -Länge, somit der sich darauf einstellende PK-Druck p« regelbar.

AddierStrom als ProcessGas verzweigt nur den PC-Gasstrom in die PK, was die PK- und Motor-Bilanz nicht verändert. A-Strom; zB: ab Rücksperre über eigene A-Pumpe (Zahnrad), die nur den Mehrdruck schaffen muß; oder ab gemeinsamer P-Pumpe, hinter der (über jeweiligen Stromwiderstand) verschiedene PC-Ströme weiterströmen; oder abgezweigt aus V-Strom über Strom-Drossel.

Um den AddierStrom ist weniger ReturSchub nötig. ZB mit 200 bar gibt ein AddierStrom = 5-fach dem Kraftstoff- Fluß ca 1/8-Bilanz für das PK-Gas. Poren- Strom zusammen mit AddierStrom vermag den ReturSchub evt ganz zu ersetzen.

Für fortschrittliche Entwicklung der Zukunft : Deckung der PK-Bilanz mit PorenStrom+AddierStrom; P0S.P2 nahe an P0S.P3 gerückt; erst um oder kurz nach P3 kommt der PR-Druck nahe an den PK-Druck (pR -> pK), aber nicht überschreitend; der VorSchuss geht direkt in den NachSchub über (kein ReturSchub). Leistunqs-änderunq _{Djese ist} problematisch; vor allem bei Kraftfahrzeugen.

Absenkung : Die Motor-Leistung endet sofort mit öffnung der Kraftstoff- Zuleitung zur PK hinter der F-Pumpe : das PK-Gas mit dem auf dem Weg befindlichen Kraftstoff entweicht. Dies ist vorteilhaft in einen Behälter, von dem der Inhalt verzögert vor die F-Pumpe rezycliert; oder über die HD-Kanüle in das Kurbelgehäuse. Das nach Ausfluß des PK-Gases vom Kolben weiter in die PK gedrückte Zugas, strömt noch durch die offene Kraftstoff-Zuleitung aus; diese reinigend.

Anhebung : Um günstiges Angleiteπ der Leistungs-Steigerung genügend schnell zu machen : Verkürzung der Zz-bedingten Einstellzeit auf den neuen stationären Zustand durch überhöhte Kraftstoff-Zufuhr (etwa über die HD-Kanüle). Verkürzung der Einstellzeit des PC-Gas (etwa aus V3T), durch direkte Aufladung (ohne Windkessel) von ca einer Hälfte der Zahnluken im Eingang der P-Pumpe.

Für gute Absenkung und Anhebung sind viele technische Lösungen.

Schmierung Beispiele für Konstruktion

Schmierung ist mit Schmierstoff : Schmieröl oder dies enthaltender Kraftstoff. Schmierung ist zur Verringerung des Verschleißes durch Gleitreibung. Andere Ursachen für Verschleiß sind unabhängig zu beseitigen: Thermische Verspannungen bei Zweitaktern werden vermieden mit Zuluft gleicher Temperatur wie das Abgas. Dies ist gut realisierbar mit Gegenstrom-Wärmetauscher. Im Zusammenhang mit Turbolader - der ohnehin Vorteile bringt - sind gute Chancen für Realisierung. Alle Kolben-Kraftmaschinen benötigen eine dünne Schmierstoff-Schicht zwischen gleitenden Flächen. Das alte System der Schmierung zeigt die Problematik :

Flüssiger Schmierstoff (meist Schmieröl) ist am Boden des Kurbelgehäuses in einer Lache. Das Kurbelgelenk verspritzt ein wenig des Schmierstoffs. Die Spritz-Sprühung schmiert die Gleitflächen von Lager, Kolben und Zylinder durch Benetzung. Untersuchungen vor Jahrzehnten erwiesen den Hauptverschleiß der Motoren in den jeweils ersten Minuten nach Anlaß: weil es solange währt bis der Schmierstoff hinreichend über die Gleitflächen verwischt. Ein synthetisches öl ist persistenter viskos & anhaftend: der Film ist nicht immer ganz neu zu erstellen.

Neue Systeme benutzen eine Pumpe zur Verbringung des Schmierstoffs.

Demgegenüber erstellen folgende Vorschläge einen genügenden Schmier- FiIm schon ab den ersten Zyclen; unabhängig von vorherigen Inbetriebnahmen und von der jeweils gegebenen Temperatur. Allen Vorschlägen ist gemeinsam :

Der Schmierstoff ist eingeführt an die ZylinderWand durch Einfuhrstellen , Das sind kleine öffnungen in der ZW; vorteilhaft von engen Kanülen, die in der ZW steil nach unten führen. Die Einfuhrstellen liegen - am besten in der Kurbelebene - in PH4 unter, und in P51 über den Kolbenringen, welche über sie gleiten. Als Unterring-Einfuhr : _fur Einfuhr von Schmierstoff unter den Kolbenringen in den Raum zwischen Kolben & ZylinderWand. Die Einfuhr wird nach oben & unten über die Gleitflächen verschmiert, dann in die Lache gewischt (ggf abgesaugt). Als überring-Einfuhr : _fur Einfuhr von Schmierstoff über den Kolbenringen; zumeist über die Gleitflächen verschmiert; ein wenig oben als Kraftstoff verbrannt. Diese Verbrennung verschiebt die Bilanz nicht, gibt aber Verlust an Schmierstoff. überring-Einfuhr ist klein haltbar. Unterring-Einfuhr reicht schon allein aus. Die Höhe der Einfuhrstellen bestimmt die Einfuhr des Schmierstoffs in die ZW. Tiefere Lage verlängert die Dauer für Unterring-Einfuhr & vermindert ggf Zurücktreiben von Schmierstoff in die Schmierstoff-Zuleitung durch den PR-Druck pR . Höhere Lage gibt bessere Verschmierung über die obere Zylinder-Innenwand. Die Lage ist unkritisch. Immer praktikabel ist eine Lage auf halber Hub-Höhe.

Vorteilhaft sind in jedem Zylinder zwei Einfuhrstellen, beidseitig in der Kurbelebene etwa auf halber Hubhöhe. An diesen erreicht der PR-Druck regulär (etwa ohne Turbo-Kompressor) bei Kompression nur knapp 3 bar, bei Expansion weniger als 10 bar . Druck von wenigen bar genügt, um Schmierstoff durch die Einfuhrstellen einzuführen. Im Verhältnis zum Kraftstoff-Verbrauch ist etwa 2%o Schmieröl einzuführen; von Schmieröl enthaltendem Kraftstoff kaum 1% . Für ein mittleres Kraftfahrzeug sind das pro Zyclus etwa 0,2 mg Schmieröl oder 1 mg Schmierstoff als Kraftstoff mit öl. Einfuhr etwa mit synchroner Zahnradpumpe.

Beim PKM ist keine Schmierstoff-Pumpe nötig. Der Schmieröl enthaltende Kraftstoff ist zB nach der F-Pumpe - vor ggf Addierstrom-Zuleitung - abgeleitet : in Zuleitungen zu den Einfuhrstellen. Mit den einzelnen Fließwiderständen ist die Verteilung des Flusses auf die einzelnen Einfuhrstellen einstellbar. Dies kann mit gemeinsamer Ableitung hohen Fließwiderstands mit folgender Verzweigung sein. Damit gelangt bei Mehrzylinder der Schmierstoff jeweils in denjenigen Zylinder, in dem momentan der geringste Gegendruck ist; dh in PH4 bzw Psi .

Für die Bewegung des Kolbens im Zylinder ist ein enger Toleranz-Spalt. Bei Drehung ^' der Kurbel (betrachtet sei Rechtsdrehung) variiert die Pleuelstange mit einem (längen-abhängigen) Winkel um die Vertikale. Somit erhält der Druck auf den Kolben eine starke Seitenkomponente. Dies ergibt eine Druckseite und eine Spaltseite. Auf der Druckseite (bei Kompression P03 rechts, bei Expansion P36 links) ist der Kolben dicht an die ZylinderWand gedrückt, über welche er auf dem Schmieröl-Film gleitend verschoben wird. Jeweils gegenüber auf der Spaltseite ist der Toleranz-Spalt mit doppelter Breite offen.

Die Einfuhr des Schmierstoffs erfordert an der Einfuhrstelle einen kleinen Fließwiderstand. Eine glatte Gleitfläche des Kolbens schließt auf der Druckseite die Einfuhrstelle völlig, & macht auf der Spaltseite zu geringen übergang in den Spalt falls der übergang auf zu kleinem Umfang der Einfuhrstelle erfolgen muß.

Eine gute Einfuhr zwischen Kolben und Zylinderwand bewirkt jedoch - auf der rechten wie auf der linken Kolbenseite - in der Kolbenoberfläche je eine Verti- kal-Nute, zu welcher die betreffende Einfuhrstelle Zugang hat, solange der unterste Kolbenring oberhalb der Einfuhrstelle gleitet. Vorschlag für Gestaltungen : Die Vertikal-Nute reicht von nahe unter dem untersten Kolbenring bis knapp über das untere Kolbenende. Die schmale Nute reduziert die Gleitfläche nicht erheblich. Sie ist im ganzen Zyclus von der ZylinderWand bedeckt; beim Abgas- & Zuluft-Schlitz vom Mittelsteg. Absenkung des Drucks in der Nute auf den im Kurbelgehäuse, bewirkt ein von der Nute ins Kolbeninnere führende Loch, welches zugleich überschüssigen & verdampften Schmierstoff über die Pleuelstange in das Kurbelgehäuse führt und hierbei die Kurbelgelenke und das Lager schmiert.

Die Unterring-Einfuhr ist : auf der Druckseite nur in die Nute; auf der Spaltseite auch (aus der Nute) in den Spalt. Der übergang in den Spalt wird kinematisch unterstützt etwa durch Schlängelung der Nuten und etwa Einfuhrstellen mit je einem Paar v©cv ^: ηebeneinanderliegenden öffnungen. Zweckmäßig sind die Einfuhr-Kanäle durch die Zylinderwand steil-schräg nach unten (Wand benetzung).

Der für die Einfuhr erforderliche Druck ist mit etwa einer Zahnradpumpe aufbringbar, die definiertes Volumen an Schmierstoff fördert, wobei zwangsläufig der durch die Fließwiderstände erforderte Druck eintritt. Die Fließwiderstände der Zuleitungen bestimmen die Verteilung. Geringer Fließwiderstand erhöht die Wirkung des Gegendrucks des PR-Gases (ggf bis Zurückd rückung des Schmierstoffs in die Zuleitung). Geringere Fließwiderstände vermindern die überring-Einfuhr (ggf bis zum Verschwinden) und erhöhen die Unterring-Einfuhr. Vermutlich wirkt periodisches Eindringen von Abgas in Zuleitungen nicht schädigend und ist mit Rücksperre jedenfalls vermeidbar. Für die Konstruktion ist die Zweckmäßigkeit der Verteilung entscheidend. Bei Mehrzylinder fließt der Schmierstoff bei geringen Fließwiderständen mehr in den Zylinder, in welchem jeweils der geringere Gegendruck. Bei Einzylinder geht immer konstantes Vördervolumen ein. Jedoch - gemittelt - ist auch da Disproportionierung zwischen der Einfuhr auf der rechten und der linken Seite der Zylinderwand. Günstig bringt kleinerer Fließwiderstand mehr Schmierstoff auf die Expansions-Druckseite (links bei Rechtsdrehung).

Die Einfuhr ist praktikabel mit Schmierstoff-Umwälzung: über eine Umwälzpumpe aus der Lache in die Einfuhrstellen und am Kolben zurück in die Lache. Die Verlust-Deckung ist günstig über Zugabe von Kraftstoff, in dem Schmieröl enthalten ist. Es genügt ein geringer Anteil von Schmieröl im Kraftstoff, weil der Betrieb das Schmieröl in der Lache anreichert, indem dieses weniger verdampft. Vorteilhaft ist eine Zugabe des ersetzenden Kraftstoffs vor die Umwälzpumpe. Konstante Zugabe ist möglich, falls Absaugung der Spritz-Sprühung, weil diese bei wenig Erhöhung des Spiegels jäh ansteigt, was den Spiegel stabil einregelt .

Bei Verlust-Deckung mit Schmierstoff enthaltendem Kraftstoff, ist eine Re- zyclierung vorteilhaft, bei welcher überschuß in den Kraftstoff-Zufluß zum Betrieb rezycliert wird. Rezyclierung ist ohne Kraftstoff-Verlust und Bilanz-änderung. Sie zeugt aber zwei Probleme. Das Problem der Verzögerung (über das große Kurbelgehäuse laufend) ist umso weniger gravierend, je weniger Kraftstoff rezycliert (etwa 3%o bis 3% rezyclierender Kraftstoff dürfte nicht kritisch sein). Kritisch ist indes das Problem von Schwankungen in der Rezyclierung. Die Lache, aus der rezycliert wird, ist im Betrieb heftig bewegt (wellt & schwabbelt) , sodaß ein hinreichend gleichmäßiger Abzug - für Rezyclierung in den K-Fluss - problematisch ist. Ua dies Kontinuitäts-Problem löst ideal ein neues Doppelpumpen-System :

Das neue Doppelpumpen-System hat zwei Zahnradpumpen mit gleichem oder ähnlichem Fördervolumen: EinfuhrPumpe E-Pumpe + UmfuhrPumpe U-Pumpe . Die Schmierung ist mit Schmierstoff aus einer Lache unten im Kurbelgehäuse .

Die E-Pumpe führt über Zuleitungen mit geeigneten Fließwiderständen den Schmierstoff in die Einfuhrstellen. Dieser Schmierstoff schmiert die Gleitflächen, wobei der nicht verlorene Anteil in die Lache gelangt. Die U-Pumpe zieht Schmierstoff aus der Lache und/oder Gas von über der Lache ab. Die U-Pumpe fördert diesen Abzug zum Eingang der E-Pumpe, in eine Zusammenführung mit einer Zuleitung aus dem Kraftstoff-Tank. An der Zusammenführung wird der ganze, von der U-Pumpe angelieferte Schmierstoff von der E-Pumpe angenommen & in die Einfuhrstellen gefördert. Von der U-Pumpe angeliefertes Gas wird jedoch nicht von der E-Pumpe angenommen, sondern abgeschieden; vor oder an der Zusammenführung perlt das Gas etwa in die vom Kraftstoff-Tank kommende Zuleitung.

Um das Gas-Volumen des von der U-Pumpe mit-angelieferten Gases, ist das angelieferte Flüssigkeits-Volumen reduziert. Die das volle Flüssigkeits-Volumen annehmende E-Pumpe nimmt somit zwangsläufig den Defizit aus der Kraftstoff-Zuleitung; also: genau was an Schmierstoff in der Schmierung verloren gegangen ist, nimmt die E-Pumpe als auffüllenden Kraftstoff aus dem Tank herein.

Das Doppelpumpen-System ist eine Umwälzung des Lachen-Schmierstoffs, mit Stabilisierung des Lachenspiegels auf einen Sollwert, den die Höhe des Abzug-Kanals aus dem unteren Kubelgehäuse bestimmt. Schmierstoff- Verlust wird durch Schmieröl enthaltenden Kraftstoff aufgefüllt. Die Konvergenz des Spiegel- Sollwerts integriert über viele Zyclen immer gleich; auch falls die U-Pumpe lange nur Flüssigkeit oder nur Gas annimmt. Lachen-Bewegungen sind kein Problem. Zugleich reichert das Schmieröl in der Lache dadurch laufend an, daß vornehmlich die flüchtigeren Anteile des Kraftstoffs in den K-Fluss geleitet sind. Diese Einleitung ist über die HD-Kanüle, welche im oberen Kurbelgehäuse ansetzt und nur Gas und Spray abzieht. Somit ist für den K-Fluss kein Diskontinuitäts-Problem.

Das Doppelpumpen-System wirkt ideal : Es ist immer - ab erster Zyclen - gleichviel Schmierstoff-Einfuhr in die Einfuhrstellen ; gleich bei jeder Höhe des Lachenspiegels (sogar falls unter dem Abzug) ; gleich bei jeder Einfuhr-Menge (ob EFv & UFv gleich 1% oder 9% vom DFv, sofern nötiges Minimum) ; gleich bei jedem Anteil Schmieröl im Kraftstoff (ob 1% oder 50% , weil anreichernd).

Es ist besonders geeignet für den PKM , der jegliche öle enthalten kann, die flüssig, brennbar und prozessierbar sind. Rohöl wäre etwa nur zu entschwefeln. Es ist unvergleichlich praktisch : wirkt sofort, auch bei niederer Temperatur und nach längsten Unterbrechungen; keine Anforderung an den Kraftstoff; kein Schmieröl zu tanken; laufend Selbstemeuerung, ohne Wechsel und Wartung .

Start-Zündung und Temperatur- Regelung mit dem PKZ

Der ProcessKammerZuender PKZ : ein Peltierstrom gesteuerter Sperrschwinger. Der PKM zündet damit schon die ersten Zyclen, mit extrem niederer Anlaß-Arbeit. Der PKM regelt damit seine TK , eng um einen einstellbaren Sollwert (zB 800 ⁰ C).

Der in die PK ragende Thermokontakt ist erhitzt vom PK-Gas und von den Sperrschwingungen, die bei Annäherung an die Soll-Temperatur selten werden. Falls etwa der PorenStrom mit selteneren Sperrschwingungen abfallend konstruiert ist, ergibt dies eine Regler-Schleife, mit der die PK- Temperatur TK einregelt.

Ein unterschiedlicher Leiter in einen elektrischen Leiter geschaltet, ergibt die Peltier-Spannung ungefähr proportional der Differenz der Kontakt-Temperaturen; abhängig vom Material : Metall-Kontaktpaare bis einige dutzend μV/A°C . Metall-Kontaktpaare dienen oft der Temperatur-Messung. Glühköpfe (ua zur Zündung von Gasen) werden oft im Sekundär-Kreis von Transformatoren aufgeheizt. Besonders beim PKZ : Im Sekundärkreis eines als Sperrschwinger betriebenen Transformators ist ein Thermokontakt mit relativ hohem Widerstand. Dieser Thermokontakt ist vom Wechselstrom des Sperrschwingers als Glühkopf aufgeheizt. Er ist aber auch aus der Umgebung erhitzt; konkret durch die PK-Temperatur TK . Der selbe Thermokontakt überlagert mit seiner Peltier-Spannung dem sekundären Wechselstrom einen Gleichstrom, der den Kern in die Sättigung magnetisiert. Ab einer kritischen Temperatur kann damit keine Sperrschwingung mehr starten : Kleine Temperatur-Zunahme bringt die Dauer-Schwingung auf Null-Schwingung.

Regelung der TK durch PKZ : mit der Frequenz der Sperrschwingungen, durch Steuerleistung etwa aus Brücken-Gleichrichter von der Primärwicklung. 1.Beispiel : über Strom-Drossel, die das PC-Gas im Nebenschluß zur P-Pumpe vermindert, indem durch sie ohne Steuerleistung wenig, mit steigender Leistung zunehmend PC-Gas zurückströmt. 2. Beispiel : über Strom-Drossel vom Ventil zur F-Pumpe, die A-Strom aus H-Strom abzweigt, indem durch sie ohne Steuerleistung viel, mit steigender Leistung weniger PC-Gas in den K-Fluss strömt.

Die die Heizleistung transformierenden Sperrschwingungen starten durch Selbsterregung etwa einer Transistor-Brücke aus Gleichspannungs-Quelle. Zur Vermeidung des Einrastens in Endlagen dienen Extraimpulse. Zur Zufuhr von zu erhitzendem Gas ist ein Thermopaar vorteilhaft, das als Spaltrohr konstruiert ist: etwa je halb in Ni +CrNi längsgespaltenes Rohr, das zum Kontaktkopf verengt.

Schon altbekannte Kontaktpaare reichen als Peltier-Kopf aus; sogar noch für einfache Kerne mit Reserven; zudem bis hohe Temperaturen arbeitend. Das vorgestellte PKZ-System sei konkret mit einer für PKW-Zündung geeigneten Konstruktion dargestellt: noch optimierbar, ist schon diese robust und preisgünstig.

Der PKZ als Zünder für den PKM :

Der PKM arbeitet mit allen flüssigen Brennstoffen ; unabhängig von deren Viskosität und Vaporität. Es muß nur eine Pumpe die Brennflüssigkeit in die Pro- zessKammer fördern: zur Verdampfung und Prozessierung bei höherer Temperatur. Es ist aber eine für alle Flüssigkeiten sichere Start-Zündung zu erstellen; zB: Etwa oben Mitte des Processkammer-Domes ragt durch die dicke PorenWand ein Spaltrohr in das zu zündende Gemisch. Am Ende ist der auf über Zündtemperatur geregelte Thermαkontakt ; geeignet ua Thermopaar Chromnickel/Nickel :

⁰ C Temperatur 1200 1100 1000 900 800 700 600 500 400 300 mV Thermospg 49,o 45,2 41 ,3 37,3 33,3 29,2 24,8 20,6 16,4 12,2

Das Spaltrohr zündet als Glühkopf. Erhitzt-durchströmende Luft zündet besser. Etwas der durch die PorenWand gepumpten Luft strömt durch das Spaltrohr, das mit dünnem Luft-Kanal {< ^λ A mm) zum Thermokontakt hin konisch verengt. 1 mg/s Luft wird von <% Watt auf >800°C aufgeheizt; immer sicher zündend.

Das Spaltrohr ist im Sekundärkreis des Transformators eines Sperrschwingers, mit Rückkopplung RK über die Induktivität des Transformators. Wird sein Kern höher gesättigt als ein Schwellpunkt, ist die RK stabil ; sonst ist die RK instabil. Der Peltierstrom JP treibt den Kern in die Arbeitssättigung. Der Gegenstrom JG entsättigt - nach Abschluß des Herlauf - approximativ gleitend zum Schwellpunkt. Schiebt JG nicht bis zum Schwellpunkt, so bleibt das System stabil in Ruhstand. Schiebt JG über den Schwellpunkt, so klingt das System instabil an zum Hinlauf : zur Gegensättigung. An dieser ist regulär Umschlag vom Hinlauf in Herlauf : zur Arbeitssättigung. An dieser ist regulär Abschluß mit Gleiten des Gegenstrom JG zum Wert des Stellstrom Js. Im Hin- wie Herlauf wird Leistung in den Sekundärkreis transformiert. In der Sättigung transformiert keine Spannung, womit kein Heizstrom JH , womit der Arbeitsstrom JA nur noch Magnetisierungsstrom JM ist. Falls hoher Gegenstrom, kann der Sperrschwinger in der Gegensättigung festfahren: zum Totstand . etwa triggert diesen ein Strom-Impuls - aus c-Entladung - zum Herlauf: über einen Widerstand r lädt eine Kapazität c bis ein Thyristor t zündet (in sich oder mit Zündvaristor). Ladestrom < Löschstrom des Thyristors t .

Der Heizstrom JH erhitzt den Thermokontakt (Haupt-Sekundärkreis-Widerstand): kontinuierlich (<800°C) oder intermittierend (=8Q0°C) oder ruhliegend (>800°C). Der Sperrschwinger hat höhere Leistung als für Heizung auf Sollwert (zB 800 ⁰ C) nötig: zur schnellen Aufheizung (zB 5 W): für Zündung in ersten Kompressionen. Der laufende Betrieb ist intermittierend, mit Ruhdauern mehrfach der Laufdauer.

Peltier-Thermopaar und Transformator-Kern :

Der Peltierpaar-Kopf muß hinreichend temperaturfest sein und bei der einzuregelnden Temperatur so hohen Peltierstrom liefern, daß damit das Kern- Material so hoch in die Sättigung magnetisiert, daß Stromänderungen hinreichend wenig Spannung induzieren : Kern-Material großer Permeabilität und scharfem Knick.

Schon das alte Chromnickel/Nickel-Paar liefert so hohe Peltierströme, daß der Sperrschwinger einfach & grob realisierbar ist. Dies CrNi/Ni-Paar ist bis 1600 ⁰ C einsetzbar. Es treibt schon mit 800 ⁰ C - zB Vacoperm 100 - in so starke übersättigung, daß sehr genaue Regelung möglich ist; zudem noch mit großer Reserve. Dies silizierte-Eisenblech geht mit ca 30 mA/Wd bei 0,74 Tesla jäh in Sättigung . Vermutlich reicht auch schon siliziertes Goss-Blech; etwa mit dem Kern PMz 47 .

Um Entwickler einzuführen (für Vereinfachung, Verkleinerung, Verbilligung) sei ein konkretes System gezeigt : mit robusten & unkritischen Schaltelementen für groben und sicheren Betrieb: 800 ⁰ C & 6 Watt mit 0,15 mm Vacoperm 100. Es reichen jedoch für 800 ⁰ C etwa < ³ /4Watt . Um einen genügenden Feldgradienten (etwa 200 Tesla/s) zu erzielen,. ist spezielles 0, 15 mm Goss-Blech ausreichend.

Das gezeigte System (Brücke) :

Trafo kern : mit 0,15 mm E-Schnitten joch-halboffen geschichtet: Vacoperm 100.

Breite 30 mm : Fenster 7 mm ; Mittelschenkel 6 mm ; Außenschenkel 5 mm .

Länge 36 mm : Fenster 16 mm ; Joche 10 mm ; ( E-Blechschenkel 26 mm ) . Parts P des Systems :

P' & P" Schwinger P* Regler P ^H Steller t, v, d, r, c Impuls Schaltelemente : T Transistor t Thyristor V bzw v Varistor

D bzw d Diode R bzw r Widerstand in ω C b∑w c Capazität in nF Transistoren mit etwa 100-facher Strom-Verstärkung, wovon nur 20-fach genutzt Windungen : Heizkreis H = 1 Primär W=40 Sekundär W =W" =20

Spannungen : Auto-Batterie 12 V ; angesetzt als : + 6 V & - 6V

Spannung U' an W bei R2' Spannung U" an W bei R2 ¹ ' Ströme in Heizwicklung H : JP Peltierstrom Jw Heiz-Wechselstrom Ströme in Primärwicklung W :

Thermostrom JT ca JP mal H/W (von JP bestimmtem JG-Schwellwert) Heizstrom JH = Jw mal W/H (Jw effektiver H-Wechselstrom in W)

Magnetisierungsstrom JM (in W der Wechsel-Magnetisierungsstrom) Arbeitsstrom JA = JH + JM (Gesamt-Wechselstrom in W)

Gegenstrom JG (der JT entgegen-magnetisierende Gleichstrom)

Stellstrom Js (max-JG : eingestellt zur Temperatur-Regelung)

Betrieb :

Effektivspannunq an W : >1O V ; zur Transformation auf H mit 25 mV . Heizkreis R == 10 mω : Spaltrohr 8 mω ; sonst 2 mω (Wicklung + Leitung)

Der Heizkreis-Widerstand R ist besondere Aufgabe für Entwickler. R = 10 mω ergibt Heizkreisleistung NH = 6,25 Watt ; 5 W am Thermokontakt.

NiCr/Ni-Thermopaar bei 800 ⁰ C mit 32 mV ; daraus Peltierstrom 3,2 A . Somit : Arbeitsstrom JA <700 mA Stellstrom Js = 80 mA

Kernquerschnitt 50 mm ² (unter Fenster). Magnetisierungs-Länge 18 mm (nur auf 16 mm Sättigung; schon <1 mm im Joch keine Sättigung mehr) Peltier-Erregung 1 ,8 A Wd/cm ; Im Verhältnis zur Sättigungs-Erregung:

60-fach zu Vacoperm 100 (0,74 Tesla); 6-fach zu Spezial-Goss (1 ,8 Tesla).

Hin- oder Herlauf : durch 2 mal 0,74 Tesla auf ^λ λ> cm ² ; damit 7400 Mx (Maxwell). Dies sind ca 1 mVs/Wd . Auf 40 Wd mit 10 V : Hin- = Her-Dauer 3 ms.

Dauer von Hin- + Herlauf = Laufdauer 6 ms ( adäquate Frequenz Ve kHz ).

Anklingung (μs) : WT-T-RK > 1 ; Schwellpunkt bei steilerer Magnetisierung mit JT etwas größer, wenn C« kleiner & schnelleres Anklingen ; --Hinlauf Hinlauf (3 ms) : JG - O weil V*(5V) >U' & D* sperrt ; -• Gegensättigung Umschlag (μs): C & C" kleiner möglich falls jäher in die Sättigung ; -ηerlauf Herlauf (3 ms): JG =0 weil zwar U'<-5V doch D* absaugt ; -αrbeitssättng. Abschluß (μs): JG =0 ; D' & D" blockt Hinlauf ; -Gleiten mit U"(4 μs) —4V Gleiten (90 μs): JG gleitet zum Schwellpunkt : 0 bis Js (R*C*) ; alternativ :

Anklinqunα falls Js>Jτ (<800°C) ; Verweil in Ruhstand falls Js≤ JT (>800°C).

Ende Rücklauf, Gleiten in Ruhstand: Stellwiderstand R ^G stellt mit V ^α in T** const Stellstrom Js , der kurzzeitig (30 μs) C* entlädt . Mit R*C* verzögert (90 μs) nimmt T* den Strom Js auf, bis TY Strom Js übernimmt. Falls Jτ≥ Js , kommt U" - von -4V steigend - bei ca OV zur Ruhe. Falls Js>Jτ startet die Anklingung.

Strom-Impuls triggert bei Totstand zum Herlauf (bei Ruhstand wirkungslos) : Widerstand r lädt Kapazität c (zB VA S) . Bei Spannung u (zB 6V) am Thyristor t zündet dieser: Impuls über c auf T2'. Hinlauf entlädt c über Varistor v & Diode d .

Der PKZ ist konkret für Startzündung & Bereithaltung von Motoren dargestellt. Die angegebenen Richtwerte sind experimentell-variierend zu ermitteln. Die Zahl der Schwingungen ist repräsentativ für die Raum-Temperatur, die damit regelbar ist. Der PKZ ist für Vieles mit jeder Leistung geeignet; von Milliwatt bis Kilowatt.

B e z e i c h n u n g e n

Die Figuren 1 bis 9 sind nur schematisch zur Erklärung des Prinzips. Keine Werk-Zeichnungen. Zur Verdeutlichung nicht maßstäblich.

Fig 10 & 1 1 : mit internationalen Bezeichnungen & konkreten Werten.

Positionen der Kolben-Druckfläche als jeweils untere Pressraum-Grenze

Po Anfang des Zyclus (Kolben-Tiefststand) = Pβ Ende des vorigen Zyclus

Pi Anfang der Kompression (PR-Schließung) Ende Abgas/Zugas-Wechsel

PH Anfang des Kontaktes des Kolbens mit dem Ventil Kolben-Aufsetzung

P2 Anfang der Hebung des Ventil-Kopfes & Anfang des Vorschuß, der bis PG

PG Ende des VorSchuss (Gleichheit pR=pκ) , Anfang des ReturSchub in die PK

P3 Kulmination (Kolben-Höchststand pR-maχ) maximale Hebung des Ventils

P4 Schließung des Ventils durch Kolben- Ab Setzung Anfang der Expansion

Ps Ende der Expansion und Arbeitsphase Anfang Abgas/Zugas-Wechsel

Pδ Ende des Zyclus (Kolben-Tiefststand) = Po Anfang des nächsten Zyclus

PK ProcessKammer zur Prozessierung, dh Aufbereitung des Kraftstoffs PW PorenWand um die PK . Durch diese geht der PorenStrom in die PK DW DruckWand. Die DW schließt die PW und PK ein: hält den PK-Druck TW TrennWand untere TW-Fläche als immer obere Press räum -Grenze ZW ZylinderWand mit ZW-I nnenf lache, welche den PressRaum begrenzt PR PressRaum eingeschlossen von ZW, TW und Kolben-Druckfläche Kolben-Druckfläche (PR-Grenze): solang Ve offen, PR als BrennRaum BR Ventil Ve Kopf im Ventil-Bett dichtend ; Hebung für Transitstrom PK/BR öffnungen TO in der TrennWand TW; über Ve-Spalt : Transitstrom PK/BR Ventil-Gleitfläche als -Hals im TW- Ventil-Bett bzw als -Zylinder in DW Kraftstoff-Leitung vom Tank zur Pumpe (Kraftstoff- bzw Schmierstoff-Pmp) Kraftstoff-Einleitung in die PK (etwa: über Ventilrand bzw in DW-Ringnute) Ableitung des PC-Gas aus VβT , mit optimierbarem Teil-Volumen Va Rücksperre ; verhindert Rückfluß des ProcessGases in den PressRaum Windkessel ; Aufladung mit Gas aus V3T (nahe auf p3T) über Rücksperre Zuleitung des Gases für den PorenStrom zur PW (evt über P-Pumpe) Kanäleraum Raum der Kanäle in der PW zur PorenStrom-Zufuhr in PW A-Stromleitung zum K-Fluss in die PK ; ggf VentilStrom (mit evt A-Strom) HD-Kanüle Hinter der D-Pumpe ; saugt Gas aus dem Kurbelgehäuse an Zufuhr-Schlitz für Zufuhr von Zuluft in Psi ; vorteilhaft aus Turbo-Lader Abfuhr-Schlitz für Abfuhr von Abgas in P51 ; eventuell zum Turbo-Antrieb Zwischenstege zwischen den vertikalen Teilschlitzen für Zuluft bzw Abgas Federung des Ventil-Halses; etwa Teller- oder Schlitz- oder Spiral-Feder KopfWand KW PorenWand im Ventil-Kopf für VentilStrom zur PK Thermopaar-Spaltrohr von Sperrschwinger (Startzündung, Regelung) Drossel Fluss-Drossel oder Strom-Drossel (TK bzw pκ-Regelung) ProcessPumpe (P-Pumpe), fördert PC-Gas auf Druck>pκ (Zahnrad) Kraftstoff-Pumpe für K-Fluss in die PK (ggf mit Drossel als Fluss-Drossel) DosisPumpe (D-Pumpe) | 30 FlussPumpe (F-Pumpe) Schmier-Einfuhr-Pumpe j 32 Schmier-Umfuhr-Pumpe Einfuhrleitung und Einfuhrstelle für Schmierstoff an die ZW-Innenwand Umfuhrleitung und Umfuhrstelle für Schmierstoff aus dem Kurbelgehäuse VZ Ventilzylinder in der DW gleitender Zylinder des Zylinderventils AZ Aufzylinder sitzt auf dem VZ mit recht verengtem Querschnitt Blaslöcher A-Strom - durch den AZ in den VZ - bläst K-Fluss in PK Ventil-Kegeldichtung öffnet und schließt den Transitstrom PK/BR RR Ringraum von der DW über der VZ/AZ-Verengung geschlossen Auslaß für Ausstrom aus RR mit folgend Einstrom von Gas pA>pκ .