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Technische Details zu Gasmotoren

MAIER mechanic
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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 Gemischs ohne "Eigenleistung" des Motors bewirkt ein spontanes und leichtes starten.

Die nebenstehenden Abbildungen sollen, prinzipiell dargestellt, die Funktion dieses Motorenkonzepts erläutern.

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.

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.

Abb. 3 Die Kurbelwelle ist jetzt am oberen Totpunkt angelangt, das Gas-Luftgemisch wird durch dir Zündkerze gezündet.

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.

Piezozündung für Gasmotore

Piezokristalle, Piezokeramik oder Quarze werden heute wegen ihrem günstigen Preis 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 Zeichnungen zeigen insgesamt eine volle Umdrehung der Kurbelwelle, analog zu den Abbildungen des Gasmotors.

Abb. 1 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.

Abb. 2 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.

Abb. 3 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.

Auszug bzw. Veröffentlichung in
"Journal Dampf Heisluft"
Neckar-Verlag Ausgabe 1/ 2002
(In dieser Ausgabe ebenfalls erschienen, ein ausfürlicher Test dieser Gasmotoren)