Verbrennungsmotor der Zukunft 2

Es ist immer seltsam, wenn man daher kommt und schreit: hier, das ist das Ei des Kolumbus, also eine bestimmte technische Lösung missionarisch in den Himmel hebt.
Nichtsdestotrotz will ich hier auf eine solche Lösung aufmerksam machen: den Gegenkolbenmotor.

Er besteht aus einem Brennraum für zwei Kolben, die darin gegeneinander laufen. Er könnte ein Viertakter, wenn man in der Mitte Ventile unterbringen würde, aber als Zweitakter ist er viel eleganter. Dann nämlich öffnen die Kolben am äußeren Totpunkt den Zuluft und den Abgaskanal. Durch eine leichte Phasenversetzung kann man erreichen, dass sich erst der Abgas- und dann der Zuluftkanal öffnet. So wird ein Gasaustausch erzielt, der ebensogut wie beim Viertakter ist. Der Zweitakter braucht einen Lader, der während des offenen Zylinders die frische Luft hineindrückt.

Der Hauptvorteil ist folgender:

Die Oberfläche des Brennraums ist eine der Hauptverlustquellen beim Verbrennungsmotors. In erster Näherung sind die Wärmeverluste nicht von der Motorleistung, sondern nur von dieser Oberflächengröße und der Ladung abhängig. Man möchte also zwei Ziele erreichen: ein großes Hub-zu-Bohrungsverhältnis (langen Hub), um die Oberfläche des Brennraums gering zu halten, und eine hohe Drehzahl, um bei gegebener Oberfläche, also gegebenen Verlusten, möglichst viel Nutzleistung zu erzielen. Großer Hub bedeutet aber große Beschleunigung von Bauteilen – wegen der begrenzten Materialfestigkeit sind Hub und Drehzahl ungefähr umgekehrt proportional. Wenn der Hub auf zwei Kolben aufgeteilt wird, lässt sich also im Prinzip die doppelte Drehzahl erreichen, d.h. doppelte Leistung bei gleichen Verlusten. Der Wirkungsgrad steigt.

Dieser Effekt trifft besonders auf den Teillastbereich zu, weil hier die Oberflächenverluste relativ größer sind als bei Volllast. Dies ist von Bedeutung, da unsere Autos vielleicht 80 % ihrer Zeit im unteren Teillastbereich gefahren werden.

Die Komplexität das Motors ist etwas geringer als die des Standard-Viertakters. Keine Zylinderköpfe, keine Ventile und Ventiltriebe und Nockenwellen, weniger Masse, da weniger Hubraum umbaut werden muss – dafür zwei Kurbelwellen, die über Zahnräder synchronisiert werden müssen und der Lader.

Nachteile gibt es leider auch. Dadurch dass die Lauffläche für den Ein- und Auslass unterbrochen ist, gerät Öl in den Gasstrom, insbesondere ins Abgas. Ob sich das wegentwickeln lässt  ist die Frage. Es erfordert eben Risiko einzugehen.

Dies ist kein Auto-Blog, aber . . . (1-Liter-Auto)

wenn man einmal ein Thema beim Wickel hat, fällte einem immer mehr dazu ein.

Mit meiner Zeichnung zum Torsionsfederelement zur Stoßdämpfung beim Einzylinder habe ich mich definitiv als versponnener Techno-Tüftler disqualifiziert. Dennoch will ich hier das momentan aktuelle Feld weiter beackern.

Es wird bald das 1 – Liter – Auto geben, habe ich kürzlich gelesen und zwar hier. Ein löbliches Vorhaben, ein Schritt in die richtige Richtung, aber: nicht das was wir brauchen. Denn es ist ein Rekordauto, ein Konzeptauto, ein Demonstrationsauto, kein Massenauto! Anscheinend ist der VW  – Vorstand von seinem Lupo-Versuch, der (so meine ich kühnerweise) vor allem wegen des bescheuerten Designs so gescheitert ist, so frustriert, dass er, nachdem er zuerst zu kurz geschossen und dann kein „Standing“ bewiesen hat, nun über das Ziel hinausschießt und des Guten zuviel tut. Ich möchte mal wissen, wie weit die Umweltbewegung wäre, wenn sie bessere Designer und Werbeleute hätte.

Immerhin für mich befriedigend: der Wagen wird einen Einzylindermotor haben, abgedeckte Hinterräder, Freilauf. Weitere energierelevante Elemente: Start-Stopp-Automatik, Bremsenergierückgewinnung.

Der Verbrennungsmotor der Zukunft

In einem früheren Beitrag schrieb ich, dass der Verbrennungsmotor der Zukunft nur einen Zylinder hat. Das möchte ich nun ein wenig ausführen und einige Ideen einbringen. Genauer könnte er folgende Eigenschaften haben, d.h. ich spinne jetzt mal was zusammen:

  • Einen langen Hub, so dass der Brennraum bei den höchsten Gastemperaturen am kugelähnlichsten ist,
  • ungefähr dieselbe Drehzahl wie gängige Automotoren,
  • natürlich viele Ventile,
  • symmetrisch-gegenläufige Ausgleichsmassen, die bewirken, dass der Motor weder Verschiebungs- noch Drehungsvibrationen kennt und die auch als Schwungscheiben dienen,
  • Auskleidung der Zylinderinnen- und Kolbenoberfläche mit Keramik, was thermisch besser isoliert,
  • mehrere Einspritzdüsen, die einzeln koordiniert so angesteuert werden, dass günstige Verwirbelung entsteht,
  • zeitliche Dosierung des Einspritzstromes, so dass während der ganzen Verbrennungsphase eine konstant hohe Temperatur gehalten wird um eine quasi-isotherme Expansion zu erreichen, die aber ein Maximum nicht übersteigt, um Stickoxidbildung zu vermeiden,
  • am Antriebsstrang ein Drehmomentfilter, der die Drehmomentstöße des Einzylinders glättet.

So ein Motor hat wegen der geringeren Wärmeverluste (und vielleicht auch wegen der Verbrennungstemperatursteuerung, aber hier bin ich mir nicht sicher) einen höheren Wirkungsgrad als heutige Automotoren mit mehreren kleinen Zylindern. Außerdem hätte er einen satten Yamaha-XT-Sound und ein Monsterdrehmoment bereits bei niedrigen Drehzahlen.

Eine mögliche Konstruktion für einen Drehmomentfilter habe ich mal hier skizziert, sowas macht mir immer Spaß, im Wesentlichen ist es eine sehr weiche hydraulische Torsionfeder:

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