Verbrennungsmotoren der eingangs genannten Art sind aus der Praxis bekannt und existieren in den unterschiedlichsten Ausführungsformen. Die bekannten Motoren werden mit beliebigen Treibstoffen wie beispielsweise Benzin oder Die- sel oder auch alternativen Treibstoffen betrieben. Die bekannten Motoren finden ihre Anwendung beispielsweise im Kraftfahrzeugbereich.

Die Energie-bzw. Wirkarbeitsausnutzung von solchen Verbrennungsmotoren ist durch die bisher übliche technische Konstruktion begrenzt. Die limitierenden Faktoren sind dabei die konstruktiv vorgegebene Leistungs-und Drehmoment- abgabe. Die Leistungsabgabe P und das Drehmoment D können ohne Berück- sichtigung des brennraumabhängigen und drehzahlabhängigen Einflusses auf die chemischen Transport-und Reaktionsphänomene der Treibstoffverbrennung annähernd durch die einfachen Beziehungen zwischen den Konstruktionspara- metern wie beispielsweise wirksame Hubkolbenfläche FK, Hublänge I, Kurbelwel- lendrehzahl n, Kurbelwellenexzentrizität d und mittlerer Arbeitsdruck Pm be- schrieben werden. Das Hubraumvolumen VH berechnet sich wie folgt : VH = FK I, wobei P = K, FK I n pm und D = K2 pm FK d. Insbesondere steht die Kolbenge- schwindigkeit vK mit der Kurbelwellendrehzahl n, der Kurbelwellenexzentrizität d und der Hublänge I in der folgenden Beziehung : VK max = K3 I n d. Kl, Kg und K3 sind geeignete Proportionalitätsfaktoren.

Die Energie-bzw. Leistungsbilanz von Hubkolbenverbrennungsmotoren gegen- wärtiger moderner Konstruktionen spaltet sich im Mittel auf in 30% Motoren-Wirk- arbeitsleistungsausbeute, 10% Reibungsarbeitsleistungs-und Pumparbeitslei- stungs-Verluste, 35% Verbrennungsgas-Expansionsarbeitsleistungsverluste- Auspuffverluste-und 25% Wärmeleistungsabfuhr durch Kühlung. Dabei gilt die einfache Anschauung, dass die Leistungsabgabe und Drehmomentabgabe durch die thermische und mechanische Belastbarkeit der Motorenkonstruktion begrenzt ist.

Im Folgenden sind die zwei begrenzenden Hauptfaktoren dargelegt : a) Hierbei handelt es sich zunächst um die maximal mögliche Kühlung bzw.

Wärmemengenabfuhr von den Verbrennungsraumoberflächen. Eine ungenü- gende Wärmeabfuhr führt zur Ermüdung und Zerstörung der Konstruktions- materialien und zwar vor allem an den Zylinderköpfen bzw. den Einlass-und Auslasskanal-und Ventilkonstruktionen und an der Hubkolben-Verbren- nungsraumoberfläche. b) Als zweiter Hauptfaktor ist die Gleit-bzw. Schmiermittelbeständigkeit von Be- deutung. Eine zu hohe Kolbenhubgeschwindigkeit führt zum Abriss des Gleit- bzw. Schmiermittelfilms zwischen den Zylinderlaufbuchsen und den Hubkol- ben und damit zur Zerstörung der Gleitflächen.

Diese beiden Hauptbeschränkungen bisheriger Motorenkonstruktionen be- schränken auch den thermodynamischen Wirkungsgrad q = (T2-Tt)/T2. Dies liegt einerseits an der kühlleistungsabhängigen und von der Wärmeverträglich- keit des Konstruktionsmaterials abhängigen maximalen Arbeitstemperatur T2 des Arbeitsmediums bzw. der Verbrennungsgasatmosphäre bei maximaler Kompres- sion bzw. maximalem Druck der Verbrennungsgase. Andererseits liegt dies an der minimalen Arbeitstemperatur T, der Verbrennungsgasatmosphäre bei maxi- maler Gasexpansion im Brennraum.

Dabei steht der thermodynamische Wirkungsgrad 11 aufgrund der minimalen Ar- beitstemperatur T1 in umgekehrter Beziehung zur Arbeitsleistungsausbeute AP = (Pm VH) des Motors, denn eine möglichst niedrige minimale Arbeitstemperatur T1 bedingt eine möglichst große Gasarbeitsexpansion und somit eine große Kol- benhublänge, was wiederum die Drehzahl n des Motors und damit die Lei- stungsausbeute beschränkt, um nicht die kritische maximale Kolbenhubge- schwindigkeit VK max zum Gleitfilmabriss zu überschreiten.

Eine alternative, einfache Vergrößerung der wirksamen Hubkolbenfläche bei konstant gehaltenem Hubraumvolumen bzw. Hohlraumvolumen zur Herabset- zung der Kolbenhubgeschwindigkeit bzw. zur dann möglichen Erhöhung der Drehzahl und Steigerung der Leistungsausbeute bis zur kritischen Kolbenhubge- schwindigkeit ist nur bis zu einer gewissen Grenze möglich, da dann andere be- schränkende Probleme, wie beispielsweise Baugrößeneinschränkungen des Motors, zu große bewegte Kolbenmassen bzw. zu große Beschleunigungsar- beitsleistungsverluste, Probleme der Verbrennungsraumgeometrie mit Einfluss auf die Verbrennung, zu kleine Brennraumkühloberflächen im Verhältnis zum Brennraumvolumen und andere Probleme auftreten. Bei bisherigen modernen Hubkolbenverbrennungsmotoren ist das Verhältnis zwischen Kolbenhublänge und Durchmesser der wirksamen Kolbenfläche mit dem ungefähren Verhältnis von quasi 1 : 1 bereits optimiert und ausgereizt.

Als entfernter Stand der Technik sind Hubkolben-Verbrennungsmotoren bekannt, bei denen die Arbeitshubkolben in beweglichen Hülsen laufen, die als Steuer- schieber bei Einlass-und Auslassschlitzen zum Einlass von Treibstoffgasge- misch und zum Auslass von Verbrennungsgasen dienen. Die zwei bekanntesten Konstruktionen von Charles Y. Knight oder Peter Burt zusammen mit James MC. Collum bestehen dabei aus zwei gegeneinander und ineinander laufenden zylindrischen Hülsen, die mit der halben Kurbelwellendrehzahl über eine sepa- rate Exzenterwelle angetrieben geradlinig auf-und abschwingen und Schwing- schieber bzw. Rohrschieber genannt werden. Im Falle von Burt und MC. Collum besteht die Konstruktion insbesondere aus einer einzigen zylindrischen Hülse, die eine kombinierte Hub-und Drehbewegung ausführt und von einer senkrecht zur Hubbewegung ausgerichteten Exzenterwelle direkt angetrieben ist. Aufgrund der Bedingung, dass für diese Konstruktionen die halbe Kurbelwellendrehzahl zum Antrieb nötig ist, können die bewegten Hülsen nicht direkt von der Kurbel- welle angetrieben werden.

Beiden Konstruktionen ist gemeinsam, dass die Steuerwirkung nur durch zwei separate überlagerte Bewegungen, also z. B. durch die gegenläufige Einzelbe- wegung jedes"Knight-Schwingschiebers"oder durch die überlagerte Hub-und Drehbewegung des Drehschiebers von Burt und MC. Collum, erreicht werden kann. Diese bekannten Konstruktionen von bewegten Hülsen, in denen sich der Arbeitskolben bewegt, dienen ausschließlich der Motorsteuerung und nicht der Erhöhung der maximal möglichen Kolbenhubgeschwindigkeit. Ihre Funktions- weise reduziert sogar die maximal mögliche Kolbenhubgeschwindigkeit, da die Hülsenbewegung zeitweise sogar der Hubkolbenbewegung entgegengerichtet ist und nicht mit ihr in Phase verläuft.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Verbren- nungsmotor der eingangs genannten Art anzugeben, bei dem die Arbeitsleistung und Drehmomentabgabe erhöht sind.

Erfindungsgemäß wird die voranstehende Aufgabe durch einen Verbrennungs- motor mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst. Danach ist der Ver- brennungsmotor derart ausgestaltet, dass zwischen dem Kolben und der Innen- wandung des Hohlraums mindestens eine in dem Hohlraum hin-und herschieb- bare Büchse angeordnet ist und dass die Büchse oder die Büchsen derart mit der Welle gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse oder die Büchsen durch die Welle mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens relativ zum Hohlraum, und dass sich die Büchse oder die Büchsen und der Kolben im Wesentlichen in Phase bewegen.

In erfindungsgemäßer Weise ist hier ein neues Arbeitsprinzip eines Verbren- nungsmotors bereitgestellt, das die obige Aufgabe auf überraschend einfache Weise löst. Dabei wird der Kolben nicht wie bisher üblich in zum Motorblock hin festen Laufbüchsen geführt. Vielmehr ist der Kolben in einer bewegten Büchse geführt, um die bisher maximal zulässige Kolbenhubgeschwindigkeit bzw. die zulässige Kolbenhublänge und folglich den thermodynamischen Wirkungsgrad wesentlich zu steigern. Die bewegte Büchse bzw. die bewegten Büchsen werden in dem Hohlraum geführt. Dabei ist wesentlich, dass die Büchse oder die Büch- sen derart mit der Welle gekoppelt ist oder sind, dass die Büchse oder die Büch- sen durch die Welle mit einer maximalen Geschwindigkeit relativ zum Hohlraum angetrieben ist oder sind, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens relativ zum Hohlraum. Hierdurch lässt sich die Geschwindigkeit des Kol- bens relativ zum Hohlraum gegenüber bekannten Konstruktion steigern, ohne dass Schmierungsdefizite auftreten können. Sämtliche relativ zueinander be- wegten Teile bewegen sich mit einer Maximalgeschwindigkeit zueinander, die unterhalb einer Geschwindigkeit liegt, bei welcher Schmierungsprobleme auftre- ten können. Die Kolbengeschwindigkeit wird mittels der Büchse oder der Büch- sen quasi auf eine höhere Geschwindigkeit als üblich transformiert. Um keine übermäßigen Relativgeschwindigkeiten der bewegten Teile zueinander zu er- zeugen, bewegen sich die Büchse oder die Büchsen und der Kolben im Wesent- lichen in Phase zueinander.

Durch diese spezielle Konstruktion ist ein Verbrennungsmotor und ganz allge- mein eine Wärmekraftmaschine bereitgestellt, bei der das bisher erreichbare Lei- stungs-und Drehmomentabgabemaß gesteigert ist oder alternativ ein wesentlich geringerer Treibstoffverbrauch bei einem Leistungs-und Drehmoment-abgabe- maß von bisher üblichen Motorenkonstruktionen erreicht ist. Der Grund hierfür ist ein wesentlich gesteigerter thermodynamischer Wirkungsgrad. Genauer gesagt ist die maximale Arbeitstemperatur T2 erhöht und die minimale Arbeitstemperatur T1 des Motors abgesenkt. Hierdurch ist der thermodynamische Wirkungsgrad wesentlich gesteigert.

Bei der hiesigen Erfindung kann sich der Kolben in einer Büchse mit der maximal möglichen Kolbenhubgeschwindigkeit vKmfOc bewegen. Die Büchse bzw. Schlepp- büchse selbst kann wiederum im Hohlraum bzw. Zylinderblock mit der maximal zulässigen Laufgeschwindigkeit bewegt werden. Der Kolben gleitet also in der Büchse, die wiederum im Motorblockzylinder gleitet. Wenn für die Büchse und den Kolben die gleiche maximale Bewegungsgeschwindigkeit zulässig ist und die Büchse und der Kolben in ihrer Bewegung im Wesentlichen gleichgerichtet sind bzw. in Phase sind, kann dadurch der Kolben im theoretischen Grenzfall ohne Zerstörung mit der doppelten Kolbengeschwindigkeit VK max wie bei bisherigen Motorenkonstruktionen laufen. Der Kolben, die Büchse und der Hohlraum bilden quasi Teleskopsegmente, die nach dem Teleskopprinzip ineinandergleiten bzw. ausgezogen und eingeschoben werden können.

Dadurch kann die Kolbenhublänge I bei den bisher üblichen und möglichen Mo- torendrehzahlen im Grenzfall verdoppelt werden und kann die zusätzliche Gasarbeitsexpansion auf den halben mittleren Arbeitsenddruck bisher üblicher Motorenkonstruktionen reduziert werden, was mit einer sich wesentlich niedriger einstellenden minimalen Arbeitstemperatur T, korreliert. Bei doppeltem Volumen liegt quasi der halbe Druck vor.

Dies führt in der obigen Formelbeschreibung für die Leistungs-und Drehmo- mentausbeute bei konstant gehaltener Drehzahl zu einem Anstieg der Kolben- hublänge I auf 200% und zu einem Abfall des mittleren Arbeitsdrucks pm auf 75% und somit zu einer Steigerung der Leistungsausbeute P auf 150%. Die Ver- dopplung der Kolbenhublänge wird konstruktiv durch eine Verdopplung der Kur- belwellenexzentrizität d erreicht, wodurch die Drehmomentausbeute D um 100% auf 200% gesteigert wird.

Die Steigerung der Motorleistung geht sogar mit einer Verringerung der thermi- schen Belastung des Motors einher, da die Verweilzeit der Verbrennungsgase bei konstant gehaltener Drehzahl im Expansionsarbeitstakt des Motors ungeän- dert bleibt, aber die mittlere Temperatur der Verbrennungsgasatmosphäre und damit der Temperaturgradient für den Wärmeübertrag auf die Verbrennungsrau- moberfläche wegen der größeren geleisteten Wirkarbeit gesunken ist und die Vergrößerung der Verbrennungsraumoberfläche wegen der konstanten Hubkol- benoberfläche und Zylinderkopffläche bzw. Hohlraumendfläche sich nicht ver- doppelt hat, sondern vielmehr unterproportional mit der Vergrößerung des Kol- benhubs wächst.

Die erhöhte Leistungsausbeute resultiert ausschließlich aus der Erhöhung des thermodynamischen Wirkungsgrads durch die Absenkung der minimalen Ar- beitstemperatur T, wegen der konstruktiv ermöglichten vergrößerten Verbren- nungsgas-Arbeitsexpansion.

Im Konkreten könnten mehrere Büchsen und der Kolben teleskopartig in dem Hohlraum bewegbar sein. Hierdurch ist eine besonders kontrollierte und effizi- ente Erhöhung der maximalen Kolbengeschwindigkeit realisiert. In jedem Fall ist in dem Hohlraum die Büchse bzw. die äußerste Büchse geführt.

In besonders vorteilhafter Weise ist die Büchse oder die dem Kolben nächstlie- gende Büchse derart dimensioniert, dass sich der Kolben während seiner ge- samten Hin-und Herbewegung innerhalb der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse befindet. Hierdurch ist ein besonders sicherer Betrieb des Motors erreicht.

Im Konkreten könnte die Innenwandung des Hohlraums durch eine Gleitbüchse gebildet sein, die in einen Motorblock eingesetzt ist oder in dem Motorblock inte- gral ausgebildet ist. Hierdurch ist eine besonders sichere Lagerung der Büchse bzw. der äußersten Büchse realisiert.

Die Büchse oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse könnten aus Metall, vor- zugsweise einem Grauguss-Material, einer Stahlaluminiumlegierung-z. B. Dur- aluminium-oder Titan, oder einem Oxidkeramikmaterial hergestellt sein. Die Büchse oder die Büchsen könnte oder könnten eine nur wenige Millimeter starke, gerade ausreichend verbrennungsdruckstabile Wandung, beispielsweise Zylin- derwandung, aufweisen, um Trägheitskräfte bzw. die notwendigen Massenbe- schleunigungen gering zu halten. Hierbei sind leichte aber ausreichend feste Materialien wie z. B. Duraluminium oder Titan günstig. Alternativ könnte ein Grauguss-Material für die Gleitbüchse und die Büchse bzw. Büchsen verwendet werden, wobei hier keine Dichtungsringe-Kolbenringe oder Ölabstreifringe- zwischen den beiden Bauteilen erforderlich sind, da ein gleiches Wämeausdeh- nungsverhalten vorliegt.

Die Büchse oder die Büchsen und/oder die Gleitbüchse könnten eine Oberflä- chenbeschichtung aufweisen, die beispielsweise aus einem Metalloxid, einem Metalikarbid, aus Reinkohlenstoff-Diamant-oder Chrom bestehen könnte.

Hierbei ist auf den jeweiligen Anwendungsfall und auf das jeweilige Erfordernis an Abriebfestigkeit abzustellen. Insbesondere für die Gleitbüchse bzw. Schlepp- büchsenführungsbüchse wäre im Zusammenhang mit Hochtemperatur-Motoren- konstruktionen die Verwendung von wärmeleitarmen und hochtemperaturfesten Oxidkeramiken vorteilhaft und denkbar.

Im Hinblick auf eine verbesserte Ölgleitschmierung könnten zwischen der Büchse oder der der Gleitbüchse nächstliegenden Büchse und der Gleitbüchse Dichtungs-und Führungsringe, vorzugsweise Kolbenringe oder Ölabstreifringe, vorgesehen sein. Derartige Dichtungs-oder Führungsringe könnten auch zwi- schen der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse und dem Kol- ben sowie alternativ oder zusätzlich hierzu zwischen den Büchsen vorgesehen sein. Die Dichtungs-oder Führungsringe könnten in vorzugsweise radialen In- nennuten der Gleitbüchse oder in Außennuten der Büchse oder der der Gleit- büchse nächstliegenden Büchse und/oder in Innen-oder Außennuten der Büch- sen und/oder in Innennuten der Büchse oder der dem Kolben nächstliegenden Büchse oder in Außennuten des Kolbens angeordnet sein.

Die Büchse oder die Büchsen könnten jeweils einen Führungszapfen mit einer Achse aufweisen. Dabei könnte der Führungszapfen jeweils am unteren Innen- rand der Büchse oder der Büchsen angeordnet sein. Die Achse könnte parallel zu einer Kolbenbolzenachse angeordnet sein. Hierbei könnte an dem oder jedem Führungszapfen eine vorzugsweise wälzgelagerte Büchsen-Pleuelstange mit ihrem einen Ende angeordnet sein. Mit ihrem anderen Ende könnte die Büchsen- Pleuelstange mit einem Exzenterelement der Welle gekoppelt sein.

Mit anderen Worten kann der Kolben mit einem Kolbenbolzen und einem Kol- benbolzen-Wälzlager ausgeführt sein und mit dem Exzenterzapfen der Kurbel- welle mittels einer ebenfalls wälzgelagerten Pleuelstange verbunden sein. Eine zylindrisch ausgeführte Büchse könnte am unteren Innenrand über einen Füh- rungszapfen verfügen, dessen Zapfenachse parallel bzw. koaxial zur Kolbenbol- zenachse ausgerichtet ist. Auf diesem Büchsenzapfen sitzt eine gegebenenfalls wälzgelagerte Büchsen-Pleuelstange. Die Büchsen-Pleuelstange ist am büch- senfernen Ende gegebenenfalls auch wälzgelagert und sitzt auf einem Exzen- terelement der Welle.

Dieses Exzenterelement, das bei einem Nichtreihenmotor, beispielsweise einem Einzylindermotor oder Sternmotor, auch ein einfacher Exzenterzapfen sein könnte, ist vorzugsweise gekröpft bzw. doppelt oder mehrfach geknickt, so dass es zumindest zwei koplanar geführte Pleuelstangen, die Büchsen-Pleuelstange und eine Kolben-Pleuelstange, mit unterschiedlicher Exzentrizität und gegebe- nenfalls unterschiedlicher Drehwinkellage führen kann bzw. aneinander vorbei- führen kann. Die Welle trägt also zwischen je zwei Wellenlagern-beispielsweise bei Reihenmotoren für je eine Zylindereinheit-zwei Pleuelstangen auf einem gekröpften Exzenterelement der Welle.

Auf dem Exzenterelementabschnitt mit der kleineren Exzentrizität sitzt die Büch- sen-Pleuelstange. Auf dem anderen Exzenterelementabschnitt mit der größeren Exzentrizität sitzt die Kolben-Pleuelstange. Genauer gesagt weist jeder einer Büchse zugeordneter Büchsen-Exzenterelementabschnitt eine kleinere Exzentri- zität auf als ein dem Kolben zugeordneter Kolben-Exzenterelementabschnitt. Im Konkreten könnte der Kolben-Exzenterelementabschnitt die doppelte Exzentrizi- tät wie der Büchsen-Exzenterelementabschnitt der dem Kolben nächstliegenden Büchse aufweisen.

Bei Realisierung mehrerer Büchsen könnten die Büchsen-Exzenterelementab- schnitte der Büchsen vom Kolben aus gesehen jeweils eine immer kleinere Ex- zentrizität zur Innenwandung des Hohlraums hin aufweisen. Ein Büchsen-Ex- zenterelementabschnitt einer weiter innen liegenden Büchse weist daher eine größere Exzentrizität auf als ein Büchsen-Exzenterelementabschnitt einer weiter außen liegenden Büchse.

Durch die unterschiedliche Exzentrizität und Drehwinkellage der beiden gegen- einander gekröpften Exzenterelementabschnitte der Welle wird die Relativbewe- gung der Büchse bzw. Büchsen zum Kolben bestimmt. Hierbei könnten der Büchsen-Exzenterelementabschnitt oder die Büchsen-Exzenterelementab- schnitte und der Kolben-Exzenterelementabschnitt dieselbe Drehwinkellage auf- weisen. Dies hat sich in der Praxis in Kombination mit der doppelten Exzentrizität für den Kolben-Exzenterelementabschnitt im Vergleich zum Büchsen-Exzen- terelementabschnitt als günstigste Kombination erwiesen. Dabei wird der Kolben im Mittel mit der doppelten absoluten Geschwindigkeit der Büchse geführt, wäh- rend die Büchse gegen die Gleitbüchse bzw. gegen den Hohlraum die gleiche Relativgeschwindigkeit aufweist wie der Kolben gegen die Büchse.

Die Büchsen-Pleuelstange könnte azentrisch in jeder Büchse gelagert sein. Die Kolben-Pleuelstange könnte mittig bzw. zentriert im Kolben gelagert sein oder auch azentrisch, wobei hier auf den jeweiligen Anwendungsfall abzustellen ist. Ist die Büchsen-Pleuelstange azentrisch gelagert und ist die Kolben-Pleuelstange zentrisch im Kolben gelagert, können sich beide Pleuelstangen auf ihren koplan- aren Bewegungsbahnen sicher aneinander vorbeibewegen. Jedoch ist auch eine Ausführung der Erfindung mit zwei zum Kolben bzw. zur Büchse azentrisch an- geordneten Pleuelstangen denkbar.

Im Hinblick auf eine besonders einfache Ausgestaltung des Verbrennungsmotors könnten in der Wandung des Hohlraums mindestens ein Einlass-und/oder min- destens ein Auslass-Durchgang ausgebildet sein, so dass die Büchse oder die Büchsen als Ventilelement für den Durchgang oder die Durchgänge nutzbar ist oder sind. Im Konkreten kann die bewegte Büchse oder können die bewegten Büchsen zusätzlich als vorzugsweise zylindrischer Ventilschieber bzw. Rohr- schwingschieber für den Frischlufteinlass und den Verbrennungsgasauslass über Durchgänge-beispielsweise Schlitze oder Ringspalte-genutzt werden. Da- durch kann bei der Erfindung auf die Verwendung von üblichen Zylinderkopfkon- struktionen mit den bisher üblichen komplizierten Einlass-und Auslass-Ventil- konstruktionen und mit dem gesamten anhängigen Ventiltrieb wie Nockenwellen, Nockenwellenlagerungen und Nockenwellenantrieben bzw. Nockenwellengetrie- ben-Stirnradgetriebe-verzichtet werden. Die beispielsweise zur Anwendung kommenden Ringspalte gewährleisten einen glatten und strömungsgünstigen Gasdurchfluss und folglich gute Gasgemisch-Füllungsgrade im Gegensatz zu heute üblichen Ventilringspalten mit ausgeprägten Winkeln und Ecken.

Dabei kann der Durchgang oder können die Durchgänge im Konkreten im Be- reich der Gleitfläche der Büchse oder der Büchsen oder in der Gleitbüchse aus- gebildet sein. Genauer gesagt könnten die Durchgänge seitlich im Motorblock- kopf in der Gleitbüchse bzw. Schleppbüchsenführungsbüchse einmünden und nicht wie bisher üblich im Motorblockkopfende bzw. im bisher üblichen Zylinder- kopf.

Die Einlass-und Auslass-Durchgänge können-bei jeweils mehreren Durchgän- gen für Einlass und Auslass-getrennt in der jeweils gleichen Zylinderkreis- schnittebene bezüglich eines kreiszylinderförmigen Hohlraums oder einer kreis- zylinderförmigen Gleitbüchse ausgebildet sein.

Im Konkreten könnten der Auslass-Durchgang oder die Auslass-Durchgänge im Wesentlichen an einem Ende des Hohlraums und der Einlass-Durchgang oder die Einlass-Durchgänge im Wesentlichen am anderen Ende des Hohlraums aus- gebildet sein. Dabei könnte der Auslass-Durchgang oder könnten die Auslass- Durchgänge zur Welle hin kurz über der Kolben-Brennraumoberfläche bei unte- rer Kolben-Totpunktlage und der Einlass-Durchgang oder die Einlass-Durch- gänge zum Zylinderkopfende hin auf etwa halber Länge der Gleitbüchsen-Füh- rungsbahn liegen. Einlass-Durchgänge und Auslass-Durchgänge können also günstigerweise weit auseinandergelegt werden, was die hohe thermische Wech- selbelastung der Einlass-Durchgang-und Auslass-Durchgang-Trennwände bei herkömmlichen Zylinderkopfkonstruktionen vermeidet.

Zur optimalen Funktion des Verbrennungsmotors weisen auch die Büchse oder die Büchsen jeweils mindestens einen Auslass-Durchgang auf.

Im Konkreten könnten der Durchgang oder die Durchgänge als Schlitz oder Schlitze oder als Ringspalt oder Ringspalte ausgebildet sein.

In einer thermisch besonders günstigen Ausgestaltung könnte der Brennraum im kolbenfernen Bereich geschlossen sein. Dabei kann der Verbrennungsmotor so- gar ohne separaten Zylinderkopf mit einem den Brennraum oben vollständig ab- schließenden Zylinderblock aus hoch warmfestem Material wie beispielsweise Grauguss realisiert werden. Dies hat wiederum wesentlichen Einfluss auf die Steigerung des thermodynamischen Wirkungsgrads, da jetzt die bisher üblichen sehr temperaturempflindlichen bzw. wenig warmfesten Zylinderkopfkonstruktio- nen vermieden werden können. Deshalb können in der Folge wesentlich höhere maximale Verbrennungstemperaturen T2 angewendet werden, um den thermo- dynamischen Wirkungsgrad weiter wesentlich zu steigern.

Die naturgemäß höhere Masse von beispielsweise hoch warmfestem Grauguss fällt bei der Motorenkonstruktion nicht ins Gewicht, da auf der anderen Seite die gesamte bisher übliche komplizierte Zylinderkopfkonstruktion mit dem dazugehö- rigen kurbelwellenseitigen Ventilantrieb vermieden werden kann. Daneben stel- len sich natürlich auch noch wesentliche wirtschaftliche Vorteile bei der Produk- tion wie beispielsweise eine wesentlich kostengünstigere Produktion von Moto- ren aus wesentlich weniger Bauteilen ein.

Da das Zylinderkopfende nunmehr keinerlei temperaturkritischen Bauteile um- fasst, kann eine weitaus höhere Brennraumtemperatur gerade im hier liegenden heißesten Bereich des Brennraums zugelassen werden. Die Temperatur der Zy- linderkopfenden darf gegebenenfalls sogar bis an die Grenze der Warmfestigkeit des Zylinderkopfmaterials gebracht werden, da die Erfindung wegen der fehlen- den heißen Auslassventile herkömmlicher Zylinderkopfkonstruktionen und wegen der Möglichkeit einer zentral platzierbaren Zündkerze hoch klopffest ist. Dies kann zu einer wesentlichen Erhöhung der Brennraumtemperatur T2 genutzt wer- den und dadurch zu einer wesentlichen Erhöhung des thermischen Wirkungs- grads.

Im Hinblick auf eine besonders zuverlässige Zufuhr von Frischluft in den Hohl- raum könnte eine Fördereinrichtung zur Frischluftzufuhr vorgesehen sein. Eine derartige Fördereinrichtung könnte ein Kompressoraggregat des Motors sein, beispielsweise ein Rootslader, Spirallader, Drehkolbenlader, Schraubenlader oder mechanischer Kreisellader. Dabei könnte Frischluft in den Brennraum ge- drückt werden, was zu einer weiteren Ausspülung der Verbrennungsrestgase durch die noch offenen Auslass-Durchgänge in einen Auslasskanal und zu einer zusätzlichen Kühlung der inneren Brennraumoberflächen durch den durchgelei- teten Frischluftstrom führen könnte.

Es gibt nun verschiedene Möglichkeiten, die Lehre der vorliegenden Erfindung in vorteilhafter Weise auszugestalten und weiterzubilden. Dazu ist einerseits auf die nachgeordneten Patentansprüche, andererseits auf die nachfolgende Erläute- rung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels des erfindungsgemäßen Verbren- nungsmotors anhand der Zeichnung zu verweisen. In Verbindung mit der Erläu- terung des bevorzugten Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung werden auch im Allgemeinen bevorzugte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Lehre erläutert. In der Zeichnung zeigt die einzige Fig. in einer schematischen Darstellung das Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Verbrennungsmotors.

Die einzige Fig. zeigt einen Verbrennungsmotor mit einem in einem zylinderför- migen Hohlraum 1 hin-und herschiebbar angeordneten Kolben 2. Der Kolben 2 und der Hohlraum 1 definieren einen Brennraum 3. Der Kolben 2 ist mit einer Welle 4 zum Antreiben der Welle 4 gekoppelt. Zwischen dem Kolben 2 und der Innenwandung des Hohlraums 1 ist eine in dem Hohlraum 1 hin-und herschieb- bare Büchse 5 angeordnet. Die Büchse 5 ist derart mit der Welle 4 gekoppelt, dass die Büchse 5 durch die Welle 4 mit einer Maximalgeschwindigkeit relativ zum Hohlraum 1 angetrieben ist, die geringer ist als die Maximalgeschwindigkeit des Kolbens 2 relativ zum Hohlraum 1. Dabei bewegen sich die Büchse 5 und der Kolben 2 im Wesentlichen in Phase.

Im Konkreten ist die Innenwandung des Hohlraums 1 durch eine Gleitbüchse 6 gebildet, die in dem Hohlraum 1 angeordnet ist.

Die Büchse 5 weist einen Führungszapfen 7 auf, der am unteren Innenrand der Büchse 5 angeordnet ist. An dem Führungszapfen 7 ist eine Büchsen-Pleue- lestage 8 mit ihrem einen Ende angeordnet. Die Büchsen-Pleuelstange 8 ist mit ihrem anderen Ende mit einem Exzenterelement 9 der Welle 4 gekoppelt. Das Exzenterelement 9 ist gekröpft bzw. doppelt geknickt.

Der Büchsen-Exzenterelementabschnitt 10, der der Büchse 5 zugeordnet ist, weist eine kleinere Exzentrizität auf als ein dem Kolben 2 zugeordneter Kolben- Exzenterelementabschnitt 11. Genauer gesagt beträgt das Verhältnis der Ex- zentrizitäten 1 : 2.

In der Wandung des Hohlraums 1 ist ein Einlass-Durchgang 12 und ein Aulass- Durchgang 13 in Schlitzform ausgebildet. Damit dient die Büchse 5 als Ventile- lement für die Durchgänge 12 und 13. Die Büchse 5 weist ebenfalls einen Aus- lass-Durchgang 13 auf.

Der Brennraum 3 ist im kolbenfernen Bereich 14 geschlossen. Dabei ist auf Ein- lass-und Auslass-Ventile eines herkömmlichen Verbrennungsmotors verzichtet.

Zwischen dem Kolben 2 und der Welle 4 ist eine Kolben-Pleuelstange 15 vorge- sehen. Die gesamte oben beschriebene Anordnung ist in einem Motorblock 16 vorgesehen.

Beim oberen Totpunkt der Büchse 5 verschließt die Büchse 5 sowohl den oberen Einlass-Durchgang 12 als auch den unteren Auslass-Durchgang 13. Die Büchse 5 weist selbst den Auslass-Durchgang 13 in einer Zylinderkreisschnittebene auf, der kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 kongruent mit dem Auslass- Durchgang 13 der Gleitbüchse 6 bzw. des Hohlraums 1 übereinstimmt. Falls hier mehrere Durchgänge 12 und 13 pro Bauteil ausgebildet wären, so würde die Büchse 5 auch diese Durchgänge 12 und 13 entsprechend verschließen oder freigeben. Der Einfachheit halber wird hier nur jeweils ein Durchgang 12 und 13 der Beschreibung zugrundegelegt.

Kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 wird der Auslass-Durchgang 13 der Büchse 5 vom Kolben 2 verschlossen. Beim unteren Totpunkt des Kolbens 2 stehen sowohl die Einlass-als auch die Auslass-Durchgänge 12 und 13 offen.

Die Positionen der Einlass-und Auslass-Durchgänge 12 und 13 sind so bemes- sen, dass kurz vor dem unteren Totpunkt der Büchse 5 bzw. des Kolbens 2 zu- erst die Auslass-Durchgänge 13 von dem sie überfahrenden Kolben 2 und der Büchse 5 freigegeben werden und anschließend erst der obere Einlass-Durch- gang 12 von der Büchse 5 freigegeben wird.

Bei der erfindungsgemäßen Steuerung-Schlitzsteuerung bzw. Schwingschie- bersteuerung-liegt eine Einrohrschwingschiebersteuerung vor, bei der der Schwingschieber, also die Büchse 5, direkt von der Welle 4 mit der Wellendreh- zahl angetrieben wird und nur eine einfache geradlinige Bewegung ausführt, also nicht wie bei bisherigen Einrohrschwingschieber-Konstruktionen eine überlagerte Bewegung ausführen muss. Dies wird erfindungsgemäß dadurch ermöglicht, dass zur Durchgangs-Steuerung zusätzlich auch der Kolben 2 herangezogen wird.

Die beschriebene Konstruktion erfährt im Betrieb den folgenden Bewegungs-und Funktionsablauf. Während der Drehbewegung der Welle 4-ausgehend vom oberen Totpunkt des Kolbens 2-senkt sich der Kolben 2 in der Büchse 5 ab und die Büchse 5 wird mit der halben Kolbengeschwindigkeit nachgeschleppt. Alle Einlass-und Auslassdurchgänge 12 und 13 sind geschlossen.

Während sich der Kolben 2 und die Büchse 5 dem unteren Totpunkt nähern, be- ginnen sich die Auslass-Durchgänge 13 der Büchse 5 und der Gleitbüchse 6 zu überlagern. Der Auslass-Durchgang 13 der Büchse 5 ist aber gerade noch von dem ihn überfahrenden Kolben 2 verschlossen. Im weiteren Bewegungsablauf- kurz vor dem unteren Totpunkt des Kolbens 2-gibt der Kolben 2 nun die Aus- lass-Durchgänge 13 frei und das noch unter Druck stehende Verbrennungsgas kann über die Auslass-Durchgänge 13 in den Auslasskanal expandieren.

Im weiteren Bewegungsablauf gibt nun auch die Büchse 5 kurz vor ihrem unte- ren Totpunkt den oberen Einlass-Durchgang 12 frei und Frischluft kann über eine Fördereinrichtung in den Brennraum gedrückt werden, was zu einer weiteren Ausspülung der Verbrennungsrestgase durch die noch offenen Auslass-Durch- gänge 13 in den Auslasskanal und zu einer zusätzlichen Kühlung der inneren Brennraumoberflächen durch den durchgeleiteten Frischluftstrom führt.

Die Verwendung einer Fördereinrichtung zur Frischluftbeladung verschlechtert den Wirkungsgrad des Motors nicht, da auf der einen Seite der gesamte her- kömmliche energieverbrauchende Ventilantrieb eingespart wird und auf der an- deren Seite die vom üblichen Saugmotor aufzubringende Saugleistung einge- spart wird. Dabei ist noch zu beachten, dass jeder Saugmotor gleichzeitig seine eigene Saugpumpe zur Gemischansaugung darstellt und dass ein Saugmotor als Saugpumpenaggregat alleine betrachtet, wegen seiner konstruktiven Doppel- funktion als Saugpumpe und als Verbrennungsmaschine, in der Regel nicht hin- sichtlich seines Wirkungsgrads optimiert ist. Die Verwendung eines spezialisier- ten, hinsichtlich seines Wirkungsgrads optimierten, separaten Förderaggregats bzw. separaten Fördereinrichtung führt deshalb zu einer weiteren Steigerung des Wirkungsgrads der gesamten Maschine bzw. des gesamten Verbrennungsmo- tors.

Im weiteren Bewegungsablauf überfahren die Büchse 5 und der Kolben 2 ihre unteren Totpunkte und heben sich wieder, wobei die zuerst geöffneten Auslass- Durchgänge 13 wieder geschlossen werden. Jetzt kann sich im weiteren Bewe- gungsablauf der Frischluftdruck der Fördereinrichtung im Brennraum aufbauen, bis die weitere Büchsenbewegung auch den Einlass-Durchgang 12 schließt. Der weitere Bewegungsablauf ist dann der Kompressionszyklus bis zum oberen Tot- punkt des Kolbens 2.

Der Kolben 2 und die Büchse 5 weisen nur eine geringfügig unterschiedliche Drehwinkellage auf oder weisen sogar dieselbe Drehwinkellage auf. Eine unter- schiedliche Drehwinkellage kann konstruktiv durch die Verdrehung der Kröpfung des Exzenterelements 9 erreicht werden. Bei der Verwendung einer unterschied- lichen Drehwinkellage ist ein vorteilhafter minimierter innerer Verschleiß der Büchse 5 am oberen Totpunkt der Kolbenlaufbahn zu erwarten, weil die Gleitbe- wegung am oberen Totpunkt nicht zum Stillstand kommt.

Innerhalb dieses Zyklus wird der Treibstoff direkt in den Brennraum eingespritzt.

Nach dem Überfahren des oberen Totpunkts durch den Kolben 2 erfolgt die Zün- dung des Verbrennungsgasgemischs und der Verbrennungszyklus bzw. Expan- sionsarbeitszyklus beginnt. Die Erfindung stellt somit einen rohrschieber-ventil- gesteuerten Zweitaktmotor mit Schleppbüchsen und Kompressorfrischluftbela- dung und Treibstoffdirekteinspritzung dar.

Dadurch kann mit dieser Motorenkonstruktion bei gleicher bisher üblicher Dreh- zahl im theoretischen Grenzfall die doppelte Leistungsabgabe gegenüber her- kömmlichen vergleichbaren Viertaktmotorenkonstruktionen oder bei vergleichba- rer Leistungsabgabe eine wesentlich geringere Baugröße und Motorenmasse erreicht werden. Speziell kann durch die kleineren möglichen Hubraumgeome- trien der Erfindung die zu beschleunigende Masse, die aus Arbeitshubkolben, Schleppbüchsen und den Pleuelstangen besteht, wieder kompensiert werden und in das bisher übliche Maß gebracht werden.

Mit der bisher beschriebenen Wirkungsweise der Erfindung kann grob die Ver- besserung des thermodynamischen Wirkungsgrads n abgeschätzt werden. Die typische minimale Arbeitstemperatur T, der Verbrennungsgasatmosphäre liegt bei herkömmlichen Hubkolbenverbrennungsmotoren zwischen ca. 700° Celsius und ca. 1000° Celsius. Für diese Abschätzung werden im Mittel ca. 800° Celsius zugrundegelegt. Die mittlere maximale Arbeitstemperatur T2 der Verbrennungs- gasatmosphäre liegt bei herkömmlichen Motorenkonstruktionen im Mittel bei ca.

1300° Celsius. Der thermodynamische Wirkungsgrad bisheriger üblicher Hubkol- benverbrennungsmotoren liegt dann bei im Mittel ca. 1l = 0,38, wobei die Pump- und Reibungsarbeitsleistung, die der Motor verzehrt, einbezogen ist.

Unter der grob vereinfachten Annahme, dass eine Verminderung der Motorkopf- kühlung bzw. eine dadurch erreichte Temperaturerhöhung des Motorkopfs auch eine Erhöhung der maximalen Arbeitstemperatur T2 der Verbrennungsgasatmo- sphäre um bis zu 200° Celsius ermöglicht, führt die zweite erfinderische Maß- nahme, also die Vermeidung einer Motorkopfsteuerung mittels einer Schlepp- büchsensteuerung, zu einem Anstieg des thermodynamischen Wirkungsgrads um 24% auf n = 0,47. Zusammen mit der ersten beschriebenen erfinderischen Maßnahme, der Verdopplung des Expansionsvolumens, kann die minimale Ar- beitstemperatur T, in adiabatischer Nährung-Adiabatenexponent X = 0,4-auf ca. 600"Celsius abgesenkt werden. Dadurch ergibt die Wirkung der Erfindung insgesamt einen Anstieg des thermodynamischen Wirkungsgrads um 58% von 11 = 0, 38 auf r = 0, 6.

Dies bedeutet, dass mit der Erfindung die Leistungsausbeute von Hubkolben- verbrennungsmotoren bei gleichbleibendem Treibstoffverbrauch um ca. 50% ge- steigert werden kann oder dass bei gleichbleibender Arbeitsleistungsabgabe der Treibstoffverbrauch um ca. 50% gesenkt werden kann. Die Mehrleistung stammt erfindungsbedingt aus der wesentlich besseren Ausnutzung der Verbrennungs- gasenergie und aus der Verminderung der Wärmeenergieabfuhr durch Kühlung.

Der thermodynamische Wirkungsgrad der Erfindung kann noch weiter gesteigert werden, indem die kinetische Restenergie des Verbrennungsabgasstroms über Strömungsmaschinen wie z. B. Abgasturbinen genutzt wird, wie es bereits üblich ist. Dies führt schätzungsweise nochmals zu einer Erhöhung des möglichen Wir- kungsgrads einer solchen Verbundmaschine um bis zu 10%. Aufgrund der ge- schilderten beispielhaften Konstruktion der Erfindung ohne eine selbständige Ansaugtätigkeit für Frischluft eignet sich hier ein zusätzliches Turbinenaggregat nicht zur Frischluftbeladung in der Motorenstartphase. Solche zusätzlichen Tur- binenaggregate können aber ihre Leistungsausbeute der Restgasenergie über ein Getriebe direkt an die Kurbelwelle abgeben. Insgesamt ist mit der vorgestell- ten Erfindung ein Verbrennungsmotor realisierbar, der einen weitaus höheren thermischen Wirkungsgrad und damit alternativ entweder weitaus höhere Lei- stungs-und Drehmomentausbeuten oder einen wesentlich geringeren Treibstoff- verbrauch bei vergleichbaren Leistungsausbeuten von heutigen Verbrennungs- motoren verspricht.