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Aktueller Stand Ottozyklus
Der heutzutage genutzte Viertaktmotor lässt alle 4 Takte in einem Zylinder nacheinander in einem Kreislaufzyklus ablaufen. Man kann ihn in verschiedenen Bauformen mit mehreren Zylindern aneinanderreihen; jeder Zylinder arbeitet aber immer für sich als jeweiliger Einzylindermotor.
Das Problem eines allein agierenden Zylinders ist, dass er von seinem minimalen Ausgangsvolumen, also von seinem Brennraum ausgehend, sich nur bis zu einem begrenzten Maximalraum ausdehnen kann und somit nur einen unzureichenden Energiedruck ausnutzen kann. Er muss gelinde gesagt bei jedem Arbeitstakt einen großen Anteil verpuffen lassen.
Will man den Arbeitshub bei einem Einzylinder weiter verlängern, entsteht eine Grenzsituation. Diese Grenze wird durch eine mechanische Belastungsgrenze und durch eine physikalische Grenze markiert, da die Hublänge zum Kolbendurchmesser ein bestimmtes Maß nicht mehr übersteigen sollte.
Will man also den Hubweg stark verlängern, dann spielt das Verhältnis von Raum zu Oberfläche eine Rolle. Bei einem Langhubmotor sind die Ventile und Kanäle im Verhältnis zum Gesamthubraum dann zu klein und drosseln den Gaswechsel. Ebenfalls ist dann die maximale Kolbengeschwindigkeit ab einer bestimmten Motordrehzahl zu hoch. Dies alles macht einen Langhuber zum Langsamläufer.
Physikalisch ist noch problematisch, dass der Kolben bei einem Langhuber im Verdichtungsendstadium, genannt oberer toter Punkt ( OT ), nur kurz verweilt. Dies wird unter anderem durch die Pleuelstange ausgelöst, die mit ihrem Wegschwenken vom OT weg den Kolben zum Kurbelwinkel noch zusätzlich herunterzieht.
Dieser Effekt verhält sich am unteren Totpunkt genau anders herum. Dort ist der Kolben durch Zurückschwenken des Pleuels langsamer in seiner Bewegung. Diese schnelle Bewegungsumkehr im oberen Totpunkt stört aber einen Langhuber mit seiner kurzen Verweildauer im Brennraum, da die Vollastverbrennung deutlich länger dauert, als er Kolben im oberen Totpunktbereich verweilt. Somit muss der Kolben gegen seinen dann ohnehin früh gezündeten Verbrennungsdruck ankämpfen und zieht sich darüber hinaus
aus dem Verbrennungsraum zurück, noch bevor der Spitzendruck im Zylinder entstanden ist. Zusätzlich bildet sich während der gesamten Verbrennung eine unnötig große wärmeschluckende Oberfläche, weil diese sich überstreckt.
Bei der motorischen Vollastverbrennung entsteht circa ein viermal so großes Expansionsvolumen wie der Zylinder vorher an Luft angesaugt hatte. Nun kann der Hubweg nicht mehr der gesamten Raumausdehnung nachkommen und muss ein Drittel seiner Restenergie (von 100% ) verpuffen lassen.
Dies entspricht traurigerweise ungefähr der gleichen Größenordnung, die der Motor vorher an Nutzarbeit abgegeben hat. Denn man spricht nach alter Schulregel von 30% Wärmewandverluste sowie 30% Abgasverpuffung, 30% Nutzleistung, 7% Reibungsverluste und 3% Wärmestrahlung.
Gegenmaßnahmen, wie zum Beispiel der Atkinson Kurbeltrieb, bringen bei Langhubkolbenmotoren keinen Erfolg.
Beim Gegenkolbenmotor sind die Probleme mit der OT-Verweildauer in der Addition die gleichen wie bei Langhub Motoren. Einziger Vorteil: die maximale Kolbengeschwindigkeit ist halbiert. Er könnte auch höher drehen, wenn nicht so wenig Raum für Kanalgröße und Zeit für den Gaswechsel übrig bleiben würde.
Gegenkolbenmotoren sind größtenteils 2-Takter, die mit Hilfe eines Zusatzverdichters gespült werden. Das Fehlen des Zylinderkopfes bringt nicht, wie zuweilen irrtümlich bezeichnet, eine Halbierung der Brennraumoberfläche. Physikalisch gesehen hat ein Raum auch hier alle Wandungen.
Beim mehrtaktmotor sind die Verluste beim Überströmen in einen toten Kanal, der in seiner Größe beschränkt ist, zu hoch, denn die Überströmung wird gedrosselt. Zusätzlich treten Wärmeverluste durch wärmeschluckende Ventile und Druckschwund auf. Der Zeitfaktor der Expansion wird verdoppelt (360° Kurbelwinkel). Wärme geht am Primärzylinder während seiner Rückschiebung verloren und drückt unnütze gegen ihn an.
Bei Motoren mit kontinuierlicher Verbrennung – diese gibt es versuchsweise als Mehrzylinderkolbenmotoren und als Gasturbinen – gibt es auch die üblichen Einschnitte, da sie auch beim Herüberpumpen von Frischluft gegen den Verbrennungsdruck zu viel Energie aufbringen müssen.
Unzählige Motoren, die nur den Sinn haben die Hin- und Herbewegung des Kolbens zu umgehen, also klassische Dreh- und Kreiskolbenmotoren sowie Kugel- und Ringzylindermotoren, haben Probleme mit der Abdichtung, bringen aber keine thermophysikalischen Vorteile. Sie können nur die 7% Reibungsverluste eines Motors vielleicht um 1 bis 2 % reduzieren.
Alle diese Angaben werden aus rechtlichen Gründen hiermit als meine persönliche freie Meinung ausgewiesen. | Neu A.Deckers Doppelzyklus
Mit dem neuen A. Deckers Doppelzyklus Motor werden nun mehrere Zylinder in einem speziellen Drehverbund zu einem Doppelzyklus verbunden, der eine annähernd parallele sekundäre Restexpansion ermöglicht, wodurch mechanisch gesehen der Gordische Knoten des stagnierenden Wirkungsgrads eines herkömmlichen Viertaktmotors gesprengt wird.
Alle bisherigen Nachteile werden nun durch Wegdrehen und Hineindrehen umgangen.
Dabei braucht man bei der Restexpansion keine wärmeschluckenden Ventile und toten Kanäle mit Wärme- und Druckschwund mehr.
Der Doppelzyklus läuft im nachgeschalteten annähernd parallel verlaufenden Sekundärexpansionszyklus in annähernd gleicher Zeit ab und kann dabei die mechanische Expansionsgrenze um ein Vielfaches erweitern, so dass sogar noch eine Wasserstoffverbrennung mit Wasserdampfexpansion möglich wäre.
Die annähernd parallel verlaufende Restexpansion ist bezeichnend für einen neuen Arbeitsprozess, der die Hauptverbrennung in einem drehenden Viertaktmotor ohne Zylinderkopf vollzieht und der dann drehgesteuert sich seinen Arbeitstakt mit einem größeren, schneller taktenden Sekundärzylindermotor in einem überkreuzenden 180° Doppeltakt teilt.
Dieses neue Verfahren öffnet noch viele Entwicklungsschritte für die deutsche und internationale Ingenieurskunst.
Seine Hauptverbrennarbeit vollzieht er langsam drehend in einem kompakten, kleinen Brennraum, wobei seine wärmeaufnehmende Oberfläche klein bleibt und sich kaum überstreckt.
Dabei werden im ersten Schritt der Spitzendruck und die Hochtemperatur abgearbeitet. Da er in dieser Form wie alle jetzigen Motoren, aber nur einen begrenzten Anteil vom Arbeitsdruck ausnutzen kann, müsste er sehr viel Arbeitsdruck verpuffen lassen.
Das macht er aber nicht. Denn jetzt kommt im zweiten Schritt sein Drehverbund zum Zuge und übergibt den Arbeitsdruck an einen großvolumigen schneller oszilierenden 2-Takt-Arbeitszylindermotor. Dieser Drehverbund ermöglicht eine schnelle großvolumige Restexpansion, ohne tote Kanäle und ohne Ventile als solches.
Die Restenergieausnutzung in diesem einen annähernd parallelen Expansionstakt in 180° Kurbelwinkel ist nahezu perfekt.
Natürlich bringt der Sekundärexpansionszyklus mehr Reibung mit sich. Dies wird dafür sorgen, dass dieser Doppelzyklus in der unteren Teillast seine Vorzüge nicht vollständig ausspielen kann.
Ab einer bestimmten Teillast kommt aber der Umkehreffekt mit der steigenden Abgasenergieausnutzung zum tragen, bis hin zum maximalen Vorteil unter Vollast, was den Motor zum Arbeitstier macht.
Aufladung, Dieseltechnik sowie alle Weiterentwicklungen am heutigen Motor, die eine isolatorisch bessere Verbrennung ermöglichen, können ihre Vorteile nur teilweise umsetzen, da sie einen Großteil der gewonnenen Energie mit in den Ausstoßtakt verlagern. All dies kann jetzt aber beim A. Deckers Doppelzyklus-Motorauf den Doppelzyklus übertragen werden.
Aus ökologischer Sichtweise, die allgemein gegen den Verbrennungsmotor mit fossilen Brennstoffen ist. bietet dieser neuartige Doppelzyklus wegen seiner großen Expansion auch Potenzial als Wasserstoffmotor mit Wasserdampfinnenkühlung – also zusätzlicher Dampfexpansion, die nur bei diesem neuen Konzept der Großraumexpansion Sinn machen würde und somit auch noch schadstoffarm arbeitet. ….........................
Wir hoffen auf Unterstützung in jeglicher Richtung. Denn schließlich soll der Motor ein Stückweit der Umwelt dienen und der Menschheit in allen Teilen der Welt Energieressourcen erhalten und nicht zuletzt Co2 einsparen.
Für Universitäten wäre es ein leichtes, erste brauchbare computergestützte Vergleichsberechnungen gegenüber herkömmlichen Viertaktmotoren durchzuführen. Dabei sollten natürlich auch die richtigen Kenngrößen und Multiplikatoren eingesetzt werden, sofern dies ohne Realversuche möglich ist.
Man bedenke, dass der Druck am Ende kurz vorm Ablassen zwar nur noch einige Bar beträgt, diese dann aber in einem großen Speichervolumen enthalten sind, mit einer immer noch hohen Temperatur. Diese Energie kann nur sinnvoll über eine schnelle Großvolumige Expansion umgewandelt werden.
Denn ein um ein paar Zentimeter längerer Hubweg beim Standardmotor mit seinen erwähnten Nachteilen, macht bei Hubraumende mit seinem großen Endvolumen als Niederdruckspeicher sonst nur noch wenig Prozente Druckausnutzung aus.
Es bleibt zu hoffen, dass Firmen dieses Projekt unterstützen.
Die erste Firma, die dieses Projekt unterstützt, soll bevorzugt bei der Lizenzvergabe behandelt werden.
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