Ein Quantensprung, die Gleichraumverbrennung im realen Motor. Franz-Josef Hinken

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       Franz-Josef Hinken

       Ein Quantensprung, die Gleichraumverbrennung im realen Motor

       Verbrennungsmotoren im 21. Jahrhundert

      © 2020 Franz-Josef Hinken

      Verlag & Druck: tredition GmbH, Halenreie 40-44, 22359 Hamburg

      ISBN

      978-3-347-08712-5 (Paperback)

      978-3-347-08713-2 (Hardcover)

      978-3-347-08714-9 (e-Book)

      Das Werk, einschließlich seiner Teile, ist urheberrechtlich geschützt. Jede Verwertung ist ohne Zustimmung des Verlages und des Autors unzulässig. Dies gilt insbesondere für die elektronische oder sonstige Vervielfältigung, Übersetzung, Verbreitung und öffentliche Zugänglichmachung.

      Inhalt

       Vorwort

       1.0 Einleitung

       2.0 Wärmekapazität

       3.0 Kreisprozesse

      3.1 Gleichdruckprozess

      3.2 Gleichraumprozess

      3.3 Seiliger-Prozess

       4.0 Der Verbrennungsmotor

      4.1 Varianten von Verbrennungsmotoren

      4.2 Vollkommener Motor

      4.3 Realer Motor

       5.0 Verbrennungsprozesse im Motor

      5.1 Verbrennung von Kohlenwasserstoffen

      5.2 Flammverbrennung und flammlose Verbrennung

      5.3. Reaktionskinetik

      5.3.1 Definition

       6.0 Brennraumgeometrie

      6.1 Suche nach der optimalen Brennraumgeometrie

      6.1.1 Situationsanalyse

      6.1.2 FMEA

      6.1.3 Fehlerbaumanalyse

      6.2 Ergebnis

      6.2.1 Wandauftragung von flüssigem Kraftstoff

      6.2.2 Moderation der Druckanstiegsraten

      6.2.3 Initiierung des Gleichraumprozesses

      6.2.3.1 HCCI-Verfahren

      6.2.4 Patentsituation

      6.3 Steuerung des Verbrennungsschwerpunktes

      6.3.1 Stand der Technik

      6.3.2 Adiabatische Kompression

       7.0 Gleichraumverbrennung

      7.1 Ungelöste Probleme beim HCCI-Verfahren

      7.2 Lösung

      7.3 Leerlaufverhalten

      7.4 Unterschied Kompressionsrohr - Vorkammer

       8.0 Versuchsmotor

      8.1 Theoretische Auslegung des Versuchsmotors

      8.2 Versuchsmotor

      8.3.1 Inbetriebnahme

      8.3.2 Motorversuche mit Generator

      8.3.3 Versuche mit Propangas und Zündstrahl

      8.4 Schlussbetrachtung

       9.0 Neuer Versuchsmotor mit Motorenprüfstand

      9.1 Erste Testläufe mit dem modifizierten 4-Zylinder-Motor

      9.2 Versuchsreihen mit Common-Rail-Einspritzanlage

      9.3.1 Empirische Zündverzugsmodelle

      9.3.2 Berechnungen mit anschließenden Versuchsreihen

       10.0 Die Gleichraumverbrennung im realen Motor

      10.1 Problematik der Gleichraumverbrennung

      10.2.1 Steuerung des Verbrennungsschwerpunktes

      10.2.2 Zündung und Stabilisierung des Gleichraumprozesses

      10.3 Unterschied zum Zündstrahlverfahren

       11.0 Gleichraumverbrennung mit Wasserstoff

      11.1.1 Herausforderung Wasserstoff

      11.1.2 Quenching-Distanz

      11.1.3 Reaktionskinetik Wasserstoff-Luft-Gemische

      11.2 Gleichraumverbrennung Wasserstoff-Sauerstoff-Dampf

      11.3 Verbrennungsmotor mit Dampfturbine

      11.3.1 Bilanz der Dampfmengen und Leistung

       12.0 Der Verbrennungsmotor im 21. Jahrhundert

       Vorwort

      Das vorliegende Buch gibt in knapper Form einen Einblick und untermauert mit praktischen Versuchsreihen wie eine Gleichraumverbrennung im Verbrennungsmotor realisiert werden kann. Mein großes Vorbild dieser fast zehnjährigen Forschungs- und Entwicklungsarbeiten am Verbrennungsmotor war Rudolf Diesel. Auch wir hatten nahezu die gleichen Probleme und Rückschläge wie seinerzeit Rudolf Diesel. "Wir" sind meine langjährigen Begleiter und Unterstützer bei diesem anspruchsvollen Projekt, eine Gleichraumverbrennung im Motor zu realisieren. Ohne die Begeisterung und Unterstützung von Jürgen Gildehaus, Volker Bei der Kellen und Michael Koch wäre dieses erfolgreiche Projekt nicht zustande gekommen.

      Dieses Buch wendet sich an Praktiker, Politiker, BHKW-Hersteller, BHKW-Betreiber, Studenten der Ingenieurswissenschaften und alle, die sich für den Verbrennungsmotor nach wie vor interessieren. Das Buch gibt Aufschluss, wie der erfolgreiche Verbrennungsmotor im 21. Jahrhundert eine neue Blütezeit erlebt.

      Bad Iburg, Mai 2020 Franz-Josef Hinken

      (Dipl.- Ing. FH)

       1.0 Einleitung

      Vor tausenden Jahren war der Mensch als Jäger und Sammler nur auf seine Muskelkraft angewiesen. Später beim Sesshaftwerden entdeckte der Mensch die Nutzung der Wasserkraft und Windkraft in Form von Wind- und Wassermühlen. Wind- und Wassermühlen erzeugten das Vielfache an mechanischer Arbeit als durch tierische und menschliche Muskelkraft.

      Erst die Erfindung der Dampfmaschine brachte die industrielle Revolution, aber das ist nur die halbe Wahrheit. Die andere Hälfte der Wahrheit ist die Nutzung der Steinkohle. Ohne Steinkohle wäre die rasante Ausbreitung der Dampfmaschine in Industrie und Eisenbahn nicht möglich. Hätten unsere Vorfahren die Dampfmaschine ausschließlich mit Holz beheizt, wären unsere Wälder wohl nicht mehr da.

      Der Heizwert von trockenem Holz beträgt 16 MJ/kg, Steinkohle dagegen bis zu 32 MJ/kg, also doppelt so viel. Nach der Dampfmaschine kam der Verbrennungsmotor, dessen Ausbreitung noch mal um das Vielfache der Dampfmaschine übertroffen wurde. Auch der Verbrennungsmotor hat zwei Wahrheiten, die erste Hälfte der Wahrheit ist die noch kompaktere Bauweise des Verbrennungsmotors und die Energiedichte, die zweite Hälfte ist die Entdeckung des Erdöls. Der Heizwert von Erdöl und Dieselkraftstoff sind ca. 41 bis 43 MJ/kg, dazu kommt noch im Vergleich zu Holz und Steinkohle, dass Erdöl flüssig ist und damit sehr leicht zu transportieren und zu lagern.

      Mit der Entdeckung des elektrischen Stroms ist die bis heute wohl letzte Stufe der Energieumwandlung erreicht. Mit Ausnahme der Photovoltaik kann nur mechanische Energie elektrische Energie erzeugen, indem mechanisch ein Generator angetrieben