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Technischer Hintergrund
Gasmotor mit Druckgasaufladung
Seit der Verbreitung von Flüssiggas in Kartuschen, Dosen, Flaschen, usw. lag es
nahe, die Energie die letztlich ein Kompressor bei Füllung der Behälter erbrachte,
wieder auszunutzen, wie dies etwa bei Gas-Lötkolben und ähnlichem geschieht. Auch
für den Ladevorgang eines Verbrennungsmotor läßt sich dieser Umstand nutzen.
Umgekehrt wie beim normalen Füllvorgang von Verbrennungsmotoren, zieht der Kraftstoff,
in diesem Fall Gas, die Umgebungsluft mit, und lädt den Hubraum des Motors. Ein
Ladevorgang, etwa über das Kurbelgehäuse, oder ein Ansaughub des Kolbens, wie beim
»Viertakter«, erübrigt sich. Die Bereitstellung eines zündfähigen Gemisches ohne
»Eigenleistung« des Motors bewirkt ein spontanes und leichtes Starten.
Die folgenden Abbildungen sollen, prinzipiell dargestellt, die Funktion dieses
Motorenkonzepts erläutern.
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Abb. 1
Die Kurbelwelle des Gasmotors befindet sich am oberen Totpunkt, also im Ladezustand.
Das Luftventil, Gasventil sowie die Auspuffkanäle sind geöffnet, Gas strömt aus
einer feinen Düse am Kopf des Vergaserrohres, und zieht die Umgebungsluft mit,
(rote Pfeile) es bildet sich ein brennbares Gemisch im Hubraum des Motors. Gleichzeitig
werden die verbrannten Gase durch die Auspufföffnungen ausgeblasen. |
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Abb. 2
Das Gasventil, Luftventil, sowie die Auspufföffnungen,werden durch die Aufwärtsbewegung
des Kolbens und der Ventilsteuerstange, (in dieser Ansicht nicht dargestellt)
die am Kreuzkopf des Motors befestigt ist, geschlossen. Der Gasmotor befindet
sich in der Verdichtungsphase. |
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Abb. 3
Die Kurbelwelle ist jetzt am oberen Totpunkt angelangt, das Gas-Luftgemisch
wird durch dir Zündkerze gezündet. |
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Abb. 4
Der Gasmotor befindet sich jetzt in der Arbeitsphase, der Kolben bewegt sich
nach unten und leistet Arbeit. Danach beginnen die Abläufe von neuem. |
Durch die Kreuzkopfführung des gehärteten Kolbens entfallen die seitlichen Reibungskräfte
zwischen Zylinder und Kolben. Der Motor benötigt somit nur eine geringe Schmierung
im thermisch belasteten Bereich und erreicht dadurch eine fast geruchlose Verbrennung.
Je nach verwendetem Gas sind die Abgase größtenteils Wasserdampf. Die Drehzahl und
damit die Leistung des Motors, wird durch den Ladegasdruck bzw. ein Gasregelventil
eingestellt. Der Gasdruck liegt normalerweise zwischen 0,5 und 2,5 bar.
Piezo-Hochspannungszündung für
Gasmotoren
Piezokristalle, Piezokeramik oder Quarze werden heute wegen ihres günstigen Preises
vielfältig angewandt. Das Einsatzgebiet reicht dabei vom Schwingquarz für Zeitgeber,
bis zu Zündern in Gasfeuerzeugen. Piezokristalle haben die Eigenschaft auf Druckänderungen
bzw. Längenänderungen, mit elektrischen Spannungsänderungen zu reagieren. Dieser
Effekt wirkt auch umgekehrt. Eine Zündvorrichtung für einen Verbrennungsmotor mittels
eines Piezokristalls soll die nebenstehende Zeichnung schematisch aufzeigen.
Diese Zündvorrichtung hat den Vorteil, daß keine Batterie notwendig ist, und im
Gegensatz zu einer Magnetzündung auch in langsamen Umdrehungen die volle Zündspannung
vorhanden ist.
Die Abbildungen zeigen insgesamt eine volle Umdrehung der Kurbelwelle, analog
zu den Abbildungen des Gasmotors.
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Abb. 5
Diese Abbildung zeigt ein Piezokristall (1) in einem Metallrahmen. Ein Exzenter
(3), auf der Kurbelwelle des Motors angebracht, setzt das Piezokristall periodisch,
einmal pro Umdrehung, über eine Hubstange und eine Feder, unter Druck. In dieser
Abbildung befindet sich die Kurbelwelle am unteren Totpunkt, das Piezokristall
ist somit in entspanntem Zustand. Da auch beim abfallendem Druck das Piezokristall
eine Spannung aufbaut, muß. Diese gegen Masse abgeleitet werden. Dies geschieht
über das Schalterrad (2), das ebenfalls sich mit der Kurbelwelle mit dreht. Das
Schalterrad besteht aus einem elektrisch isolierendem Material, in dem elektrisch
leitende Verbindungen eingearbeitet sind. |
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Abb. 6
Durch die Drehung der Kurbelwelle, mit Excenter und Schalterrad, wird das Piezokristall
unter Druck gesetzt. Die elektrische Verbindung ist durch das Schalterrad jetzt
unterbrochen. Die elektrische Spannung in dem Piezokristall kann nicht abfliesen
und baut sich somit proportional zum Druck auf. |
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Abb. 7
Die Kurbelwelle, Excenter und Schalterrad befinden sich jetzt am oberen Totpunkt.
Das Schalterrad verbindet, über die elektrisch leitende Verbindung, die Zündkerze
mit dem unter Druck und Spannung stehenden Piezokristall. Die elektrische Spannung
überspringt an der Zündkerze auf Masse. Der Motor zündet somit in dieser Stellung
das Gas-Luftgemisch. Dieser Ablauf wiederholt sich bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle.
Das Schalterrad kann zur genauen Bestimmung des Zündzeitpunkt (Früh- oder Spätzündung)
in bestimmten Grenzen, unabhängig vom Excenter, verdreht werden. |
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Abb. 8
In dieser Stellung der Kurbelwelle werden die Piezokristalle wieder mechanisch
entspannt. Der Motor zündet somit in dieser Stellung das Gas-Luftgemisch. Dieser
Ablauf wiederholt sich bei jeder Umdrehung der Kurbelwelle. |
Details zur Gas-Dampf-Turbine
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Abb. 9
Diese Abbildung zeigt ein U-förmiges senkrechtes, mit Wasser oder sonstigem
flüssigem Medium gefülltes Rohr. Der linke Teil des Rohres ist am Ende mit eine
Düse versehen, während der rechte Teil einen offenen Zulauf hat. Wird der linke
senkrechte Teil des Rohres mit einer beliebigen Wärme-quelle erhitzt, verdampft
in diesem Teil des Rohres das Wasser, wobei der Dampf durch die Düse ausströmt.
Der maximal erreichbare Dampfdruck entspricht bei dieser Vorrichtung dem Gewicht
der Wassersäule im rechten Teil des Rohres. |
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Abb. 10
Hier wird dasselbe Prinzip an einem dynamischen Beispiel gezeigt. Die Schwerkraft
wird durch die Fliehkraft bzw. Zentrifugalkraft ersetzt. Der obere Teil der nun
rotierenden Vorrichtung ist der Verdampfer-teil wobei durch den unteren Teil
neues Wasser zufließt. Das System stabilisiert sich in einem weiten Drehzahlbereich,
bzw. durch die Regulierung der Wärmezufuhr kann die Drehzahl geregelt werden
Es besteht ein Zusammenhang zwischen Heizung, Drehzahl,Wasserzufluss und Düsengröße. |
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Abb. 11
Diese zeigt eine technische Ausführung des Funktionsprinzip mit einer scheibenförmigen
Turbine. |
Details zum Gegenkolbenmotor
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Abb. 12
Durch den Einsatz eines Zahnriemens als zentrales Bauteil, können Baugruppen
wie Kurbelwelle, Schwungrad oder Nockenwelle separat platziert werden.
Zudem besteht der Vorteil durch den Zahnriemen eine Untersetzung, wie z.B. für eine Nockenwelle,
oder auch der einer Übersetzung für ein oder mehrere Schwungräder zu realisieren.
Der Modellmotor hat eine offene und einfache Rahmenbauweise, an der die
Baugruppen montiert sind. |
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