Inline-Doppelkolbenmotor
Das Prinzip des Inline-Doppelkolbenmotors basiert auf den herkömmlichen Viertakt- Verbrennungskraftmotor, jedoch besitzt dieser im Arbeitszylinder zwei ineinander gleitende Kolben, die nach dem Inline-Prinzip arbeiten. Der zusätzliche Kolben verringert den Restdruck während des Arbeitstaktes, was einen höheren thermischen Wirkungsgrad zur Folge hat.
Inhaltsverzeichnis
[Verbergen]Verlust des Restdruckes bei herkömmlichen Viertakt-Motoren[Bearbeiten]
Verbrennungskraftmaschinen sind immer noch Forschungs- und Entwicklungsgegenstand trotz ihrer langen Bestandszeit und weitestgehend ausgereizten Konstruktionen.
Im Funktionsablauf des herkömmlichen Viertakt-Motors wird der Restdruck beim Arbeitstakt nicht ausgenutzt, sondern geht, auch bei sehr aufwändig gestalteten Abgassystemen über dieses verloren. Dieses Problem besteht nicht nur bei Motoren älterer Bauart, sondern ist auch bei technologisch hochentwickelten Verbrennungskraftmaschinen präsent. Die physikalischen Zusammenhänge sind im sogenannten p-V-Diagramm ersichtlich, das auch den Stand der Technik für thermische Kreisprozesse repräsentiert.
Bei einem Viertakt- Verbrennungsmotor (Hubkolbenmotor) arbeitet der Kreisprozess im bekannten Viererrhythmus„Ansaugen",„Verdichten",„Arbeiten" und„Ausstoßen". Bedingt durch die konstante Oberfläche des Arbeitskolbens und das erforderliche Öffnen des Auslassventils vor dem unteren Totpunkt des Kolbenhubes im Arbeitstakt verlassen noch unter Druck stehende Arbeitsgase ungenutzt für die Drehmomenterzeugung den Zylinderraum. Einen Ausweg, dieses zu umgehen, bilden verschiedene als Turbolader bekannte Verfahren.
Funktionsweise[Bearbeiten]
Der gesamte Arbeitskolben besteht aus zwei ineinander liegenden Kolben, dem einen (äußeren) Kolben 1 und dem andere (inneren) Kolben 3. Im Ansaugtakt, Fig. a, saugt der innere, kleine Kolben 3 durch die Öffnung im äußeren Kolben 1 das Kraftstoff-Luftgemisch an, während der äußere Kolben 1 im oberen Totpunkt verharrt. Die Verdichtung, Fig. b,erfolgt ebenfalls durch den kleinen Kolben 3.
Beim Arbeitstakt, Fig. c, wird der obere Kolben 1 durch das bevorzugt ringförmig ausgebildete Arretierungselement 2 entriegelt, sodass das Kolbenpaar 1, 3 mit der gesamten, also vergrößerten Kolbenfläche zur Umwandlung von Druck- auf Bewegungsenergie genutzt werden kann. Beim Arbeitsgang „Ausstoßen", Fig. d, wird der äußere Kolben 1 durch den inneren Kolben 3 wieder in seine ursprüngliche Ausgangslage gehoben, sodass das Arretierungselement 2 bevorzugt von einer am äußeren Kolben vorgesehenen Ausnehmung 6 endet.
Die gesamte Kolbenfläche kann bei dieser Vorrichtung so angepasst werden, dass der Restdruck beim Öffnen des Auslassventils wesentlich geringer als beim bekannten Arbeitstakt eines Viertakt-Ottomotors gehalten werden kann. Durch Simulationsverfahren nach dem Modell des Gleichraumprozesses kann gezeigt werden, dass die Vorrichtung soweit optimiert werden kann, dass beim Öffnen des Auslassventils der Restdruck im Zylinderraum dem Umgebungsdruck entspricht, was die Energieausbeute des Kreisprozesses steigert. Der Energiezugewinn ergab bei Vergleichsrechnungen mit einem Standardhubkolbenmotor Wirkungsgradverbesserungen von 0,14.
Die Kräfteübertragung erfolgt mit bekannten Mitteln wie Pleuelstange 4, Kurbelkröpfung 5 und Kurbelbolzen 7. Entgegen der sich einstellenden Vermutung aus den grafischen Darstellungen der Arbeitszyklen eine Erhöhung der Reibungsverluste abzuleiten, kann durch Simulationsverfahren gezeigt werden, dass mit einer Reibungskonstanthaltung zu rechnen ist und ungleichmäßige Laufeigenschaften des Motors durch die Erfindung gedämpft werden. Das Simulationsmodell beruht auf der Überlegung, dass sich die Summe der Relativbewegungen nicht erhöht. Sie besteht entweder zwischen dem Innenkolben 3 und dem Außenkolben 1, oder zwischen dem Außenkolben 1 und dem Motorzylinder. Daraus ergibt sich zwangsläufig der Vorteil, dass sich durch die verteilten Bewegungen der Verschleiß auf unterschiedliche Teile aufteilt.
Vorteile[Bearbeiten]
höheren thermischen Wirkungsgrad einfacher Aufbau gegenüber anderen Lösungen Leistungssteigerung Erhöhung der Lebensdauer an den Kolbenringen und Laufflächen durch Aufteilung der Reibung auf den Innen -und Außenkolben
Historie[Bearbeiten]
Der Inline-Doppelkolbenmotor wurde im Jahre 2009 im Rahmen eines Studienprojektes an der Fachhochschule Lübeck erfunden und zum Patent (International Application No.: PCT/DE2010/000660) angemeldet.
Die Erfinder sind Andreas Ross, Helge Goldenabum, Jan Schoke, Arno Pohl und Dirk Tschapke.
Quellen[Bearbeiten]
Wikilinks - Wikis & Websites mit Artikeln zum Thema[Bearbeiten]
(Trage deinen Link zum Artikel ein, wenn du eine Seite zum Thema oder diesen Artikel in dein Wiki exportiert hast)
- Website/XY-Wiki: Artikelname
Social Networks[Bearbeiten]
Netzwerke[Bearbeiten]
Blogs[Bearbeiten]
Twitter[Bearbeiten]
