Schwenkkolbenmotor – Wikipedia
Motorkonfiguration
EIN Schwenkkolbenmotor ist eine Art Verbrennungsmotor, bei dem sich die Kolben in einem ringförmigen “Zylinder” kreisförmig bewegen und sich näher und weiter voneinander entfernen, um Kompression und Expansion zu gewährleisten. Im Allgemeinen werden zwei Kolbensätze verwendet, die so ausgerichtet sind, dass sie sich in einer festen Beziehung bewegen, wenn sie sich um den Zylinder drehen. In einigen Versionen schwingen die Kolben um eine feste Mitte, anstatt sich um den gesamten Motor zu drehen. Das Design wurde auch als bezeichnet oszillierender Kolbenmotor, Vibrationsmotor wenn die Kolben schwingen anstatt sich zu drehen, oder Ringmotor basierend auf der Form des “Zylinders”.
Viele Schwenkkolbenmotoren wurden vorgeschlagen, aber keiner war erfolgreich. Zwei Versuche im Jahr 2010 sind der Prototyp eines in Amerika hergestellten MYT-Motors[1] und russischer ORE-Prototyp für den Einsatz im Yo-Mobile-Hybridauto. Beide beanspruchten eine hohe Kraftstoffeffizienz und ein hohes Leistungsgewicht, aber es gab keine erfolgreichen Beweise für die behauptete Effizienz oder dass die Motoren für den praktischen Gebrauch langlebig genug sind.
Dampfmaschinen[edit]
Schwenkkolbenmotoren wurden ursprünglich in den 1820er Jahren als alternative Dampfmaschinenkonstruktionen eingeführt, bevor die Dampfturbine weit verbreitet eingeführt wurde. In diesen Beispielen ist der “Kolben” typischerweise nicht zylindrisch wie bei einer modernen Verbrennungskonstruktion und hat im Allgemeinen einen rechteckigen Querschnitt von oben gesehen, der sich in einem “Zylinder” mit flacher Scheibe dreht. Von der Seite sind sie entweder flache Teller oder kuchenförmig. Der Begriff “Schwenkkolben” ist in diesen Fällen nicht ganz genau, aber der Betriebszyklus ist identisch und wird hier richtig berücksichtigt.
Das erste bekannte Beispiel wurde 1829 von Elijah Galloway für den Schiffsantrieb eingeführt. Es gab eine einzelne Schaufel, die sich um 270 Grad drehte. Es scheint, dass diese Version nie gebaut wurde, obwohl es im Wissenschaftsmuseum noch ein Modell gibt. Galloway entwarf auch eine Vielzahl von reinen Rotationsmotoren mit Flügeln.
Ein ernsthafterer Versuch war das “Cambrian System” von John Jones im Jahr 1841. Bei diesem Entwurf wurden zwei oder drei flache Platten verwendet, die darauf ausgerichtet waren, sich im Verlauf des Zyklus näher oder weiter auseinander zu bewegen. Als sich die Platten an ihrem nächsten Punkt befanden, wurde mit einem Ventil Dampf zwischen ihnen eingelassen, der sie im weiteren Verlauf des Zyklus auseinander drückte. Als die Platten ihren maximalen Abstand erreichten, wurde ein innerer Durchgang freigelegt, der es dem teilweise expandierten Dampf ermöglichte, über die Mitte der Vorrichtung in den Bereich auf der anderen Seite der Flügel zu strömen, die sich nun in ihrem minimalen Abstand befanden. Auf diese Weise war das Design effektiv ein Verbundmotor.
Es folgten viele Variationen, und einige davon wurden nur begrenzt auf dem Gebiet eingesetzt. Bemerkenswert unter ihnen war John Ericssons Entwurf von 1843, der die USS antreibt Princeton, das erste schraubengetriebene Dampfschiff der Vereinigten Staaten. Charles Parsons untersuchte das Konzept und schien zwei Schwenkkolbenmotorkonstruktionen hergestellt zu haben, bevor er zur Dampfturbine überging. Die Brüder Roots entwarfen einen Schwenkkolbenmotor eines einzigartigen Typs, obwohl sie besser für ihr Kompressordesign bekannt sind.
Verbrennungs[edit]
Es ist unklar, ob jemals ein Schwenkkolbenmotor mit innerer Verbrennung die Produktion erreicht hat oder nicht, aber der nächste Versuch scheint das deutsche Design aus der Zeit des Zweiten Weltkriegs von Otto Lutz zu sein. Sein Entwurf hatte insgesamt sechs Kolben, von denen jeweils drei an zwei Scheiben befestigt waren. Die Scheiben waren aufeinander abgestimmt, um sechs Kammern zwischen den Kolben zu bilden, so dass zu jeder Zeit ein Satz von drei Kammern “nahe beieinander” lag, während der andere Satz von drei Kammern “weit voneinander entfernt” war und zwischen diesen beiden Extremen variierte Scheiben gedreht. Der Zeitpunkt wurde so angeordnet, dass die Kammern ihren “nahe beieinander liegenden” Punkt über der Zündkerze und ihren “weit auseinander liegenden” Punkt über den Einlass- und Auslassöffnungen erreichten. Diese Aktion ähnelt dem Wankelmotor, wobei der Hauptunterschied darin besteht, dass der Wankel Kompression und Expansion über die Form des Motors und des Rotors und nicht über die Relativbewegung der Kolben erzeugt.
Lutz ‘Triebwerk wurde als experimenteller Gasgenerator für einen neuartigen Flugzeugtriebwerk konzipiert, der einen herkömmlichen Radial- oder Axialkompressor durch sein Schwenkkolbendesign ersetzte. Letztendlich würde das Abgas verwendet, um eine Turbine anzutreiben, wobei diese Kraft verwendet wird, um einen Propeller anzutreiben, um einen Turboprop zu erzeugen. Für diese Rolle war das Abgas angesichts der zu diesem Zeitpunkt verfügbaren Materialien zu heiß, um direkt in einer Turbine verwendet zu werden, sodass der Motor eine zweite “Auslassöffnung” hatte, die kalte Druckluft abließ, die dann in das heiße Abgas eingemischt wurde. Für den direkten Stromverbrauch könnte im Gegensatz zum Antrieb einer Turbine dieser “dritte Bereich” des Motors einfach offen bleiben, um einen Leistungsverlust durch unnötige Kompression zu vermeiden.
Die ersten Testmotoren hatten einige kleinere Probleme, insbesondere mit der Abdichtung, aber diese wurden durchgearbeitet und die Motoren wurden 1944 getestet. Ein besonders gutes Merkmal von Schwenkkolbenmotoren ist, dass sie entlang einer gemeinsamen Kurbelwelle Rücken an Rücken verschraubt werden können Um einen größeren Motor herzustellen, wird der Lauf mit jeder weiteren Stufe ruhiger und der einzige Teil, der vergrößert werden muss, ist die Kurbelwelle. Eine ähnliche Anordnung mit einem Sternmotor ist im Allgemeinen schwieriger zu arrangieren, insbesondere die Kühlung, und solche mit Reihenmotoranordnungen werden bald so lang, dass das Vibrieren der Kurbelwelle zu einem ernsthaften Problem wird (siehe beispielsweise Chrysler IV-2220).
Jeder “Zylinder” von Lutz hatte einen Durchmesser von 0,70 m und eine Tiefe von nur etwa 30 cm. Er leistete 445 PS ab 140 kg, ein ausgezeichnetes Leistungsgewicht im Vergleich zu Düsentriebwerken der damaligen Zeit. Für sein Turboprop-Konzept wurde eine Fünf-Block-Version vorgeschlagen, die 3.450 PS von einem etwa 2 m langen Motor liefert. Während das Leistungsgewicht gut war, war das Dichte des Motors war einfach super.
Der gesamte Turboprop sah viel mehr wie ein Strahltriebwerk als wie ein Kolben aus. Der Schwenkkolbengasgenerator befand sich in der Mitte einer langen Gondel mit einem fünfstufigen Axialkompressor vorne und einer dreistufigen Turbine hinten. Der Kompressor wurde sowohl als Lader für den Kolbenmotor als auch als kalte Luft zur Kühlung der Turbine verwendet. Die tatsächliche Leistung des Propellers, der sowohl die Kolben als auch die Turbinen kombinierte, betrug 4.930 PS in 10.000 m Höhe und war damit weitaus höher als bei jedem deutschen Kriegsprojekt.
Warum all diese Komplexität, um eine neue Version eines Motors, den Turboprop, herzustellen, dessen Hauptvorteil die Einfachheit war? Das Hauptproblem bei herkömmlichen Strahltriebwerken besteht darin, dass die Verbrennung in einer offenen Kammer stattfindet, die erheblich weniger effizient ist als die geschlossene Kammer eines Kolbenmotors, in der das Volumen konstant ist (oder nahe daran liegt). Der Otto-Zyklus oder Diesel-Zyklus, der in Kolbenmotoren verwendet wird, hat einen viel geringeren spezifischen Kraftstoffverbrauch als der Brayton-Zyklus eines herkömmlichen Gasturbinentriebwerks bei niedriger Drehzahl. Lutz ‘Design sollte Bomber und Patrouillenflugzeuge mit sehr großer Reichweite antreiben, bei denen der Kraftstoffverbrauch wichtiger war als Einfachheit und Leistung.
Lutz patentierte das Design später unter “Rotationskompressor und andere Motoren”, US-Patent 2 301 667.[3][4]
Andere Beispiele[edit]
Das Design von Lutz ist nicht die einzige Möglichkeit, einen solchen Motor herzustellen: BMW experimentierte mit einem herkömmlichen Motor mit Tellerventilen an den Brennkammern, der zuvor mehrfach in Experimenten eingesetzt worden war. Ein anderer Ansatz besteht darin, einen Teil der Abgaswärme in einem Wärmetauscher zurückzugewinnen und diese anstelle von Kraftstoff zum Erhitzen der Druckluft zu verwenden, ein Konzept, das von General Motors in einer Reihe von Kraftfahrzeugturbinen verwendet wird. Im Allgemeinen haben jedoch Verbesserungen des Basiskolbenmotors in “Niedrigleistungs” -Rollen jedes dieser fortschrittlichen Designs vom Markt ferngehalten.
In den neunziger Jahren führten einige Erfinder das Konzept erneut ein, als wäre es neu. Beispiele sind Angel Labs ‘[5] “Massive Yet Tiny” -Motor, der Rotoblock,[6] die Roundengine,[7] die Trochilic Engine und Designs von Tschudi und Hoose.[8][9] Im Jahr 2009 kündigte der russische Milliardärsindustrielle Mikhail Prokhorov seine Pläne an, mit einer Reihe leichter Hybridfahrzeuge, die dieses Design als Hauptantrieb verwenden, in ein Automobilgeschäft einzusteigen.[10] Eine weitere Neueinführung für den Hybridmarkt ist der “Hüttlin Kugelmotor”, der das Schwenkkolbenkonzept mit einer modifizierten Taumelscheibe kombiniert, um ein kugelförmiges Design zu erzeugen, das einen internen elektrischen Generator direkt antreibt.[11]
Andere Namen[edit]
Der Tschudi-Motor ist auch als “Katz-und-Maus-Motor” oder “Scherenmotor” bekannt.[12]
Siehe auch[edit]
Verweise[edit]
Anmerkungen[edit]
Literaturverzeichnis[edit]
Externe Links[edit]
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