MUSIK - Ein neuer, grüner, effizienter Benzinmotor

MUSIK - Ein neuer, grüner, effizienter Benzinmotor

Eine einfache Neugestaltung des Benzinmotors könnte den Wirkungsgrad im Leerlauf oder bei niedrigen Geschwindigkeiten deutlich erhöhen und die schädlichen Emissionen reduzieren. Britische Forscher sagen, das neue Design könnte Benzinmotoren sogar so effizient machen wie Diesel-Motoren.

Bei den meisten Benzinmotoren wird Kraftstoff durch Zündkerzen in Zylindern gezündet, die die Kolben des Motors aufnehmen. Wenn der Brennstoff verbrennt, erzeugt er schnell expandierende Gase, die den Kolben zwingen, sich innerhalb des Zylinders zu bewegen. Diese Bewegung wird genutzt, um das Auto anzutreiben.

Ein wichtiger Faktor für die Effizienz eines Motors ist die Menge an Kraftstoff, die er im Leerlauf verbraucht. Aber es gibt eine Grenze dafür: zu wenig Kraftstoff einzuspritzen und es wird so im Zylinder verteilt, dass es nicht brennen kann und der Motor abstirbt.
Squirten und verbrennen

Autohersteller haben mit verschiedenen Wegen um diese herum experimentiert, z. B. um kleinere Kraftstoffwolken zu erzeugen und das Timing und die Bewegung der Luft innerhalb des Zylinders zu steuern, so dass die Wolke die Zündkerze erreicht, ohne zu zerstreuen.

"Das zu tun erfordert viele komplexe Änderungen am Motor und Sie sind durch die Ventilsteuerung und andere Faktoren eingeschränkt", sagt Brian Knibb, ein Ingenieur bei Knibb Gormezano und Partner in Derby, UK, der Teil des Teams ist, das hofft Kommerzialisierung eines neuen Ansatzes.

Die neue Idee ist es, eine zusätzliche, kleinere Kammer an dem Zylinder mit der Zündkerze anzubringen. Wenn der Motor im Leerlauf ist, wird die Kraftstoffwolke in diese Kammer eingespritzt und gezündet.

Ein entscheidender Teil des Designs ist die Form der Kammer, die den Luftstrom im Inneren sorgfältig kontrolliert und die Kraftstoffwolke einfängt, so dass sie sich nicht verteilen kann, wenn sie in Richtung der Zündkerze gedrückt wird. Die resultierenden heißen Gase expandieren dann in den größeren Zylinder, um den Kolben wie üblich anzutreiben.

Die kleinere Kammer ermöglicht, dass eine kleinere Menge an Kraftstoff gut verbrennt. Es erlaubt auch eine genauere Kontrolle über die Art und Weise, wie Brennstoff verbrannt wird, so dass es vollständiger verbrennt und weniger der als NOx bekannten Stickoxide erzeugt, die sich bilden, wenn Brennstoff ineffizient verbrannt wird. Die Technik, die vom Ingenieur Dan Merritt während ihrer Arbeit an der Coventry University in Großbritannien erfunden wurde, ist bekannt als MUSIC - für Merritt Unthrottled Spark Ignition Combustion.

Wenn der Motor mehr Arbeit verrichten muss, spritzt der Kraftstoffinjektor einen längeren Impuls in die Kammer, während bei maximaler Leistung ein zweiter Kraftstoffinjektor einen zusätzlichen Impuls liefert, um eine größere Kraftstoffwolke und mehr Leistung zu erzeugen.
Musikinstrumente

Laut Knibb ist es relativ einfach, bestehende Engines so zu modifizieren, dass sie auf diese Weise funktionieren. "Um MUSIC-Motoren zu produzieren, müsste eine Fabrik einfach den Zylinderkopf wechseln, der an den Motoren angebracht ist, und die Zylinder und den Rest unverändert lassen."

Merrit arbeitet jetzt mit einer Firma namens Powertrain Technologies in Norfolk, Großbritannien, um die Idee auf der Straße zu testen. Das Team modifiziert derzeit einen 2,0-Liter-Ford-Motor und hofft, es in einem Ford Mondeo mit dem Ziel zu testen, es 25% kraftstoffsparender zu machen. Das Projekt wird zum Teil vom Energy Saving Trust, einer Non-Profit-Organisation zur Förderung der nachhaltigen Energienutzung, und vom Automobilhersteller Ford unterstützt.

Das MUSIC-Design sollte es ermöglichen, die 25% ige Effizienzlücke zwischen Diesel- und Benzinmotoren zu schließen, sagt Merrit, was hauptsächlich auf höhere Effizienz im Leerlauf oder bei geringer Geschwindigkeit zurückzuführen ist. Dieselmotoren erreichen dies, weil sie mit geringeren Kraftstoffmengen im Leerlauf arbeiten können.

"Der MUSIC-Benzinmotor hat jetzt Teillastwirkungsgrade so gut wie der Dieselmotor gezeigt, aber zu geringeren Kosten", sagt Merritt und fügt hinzu, dass die meisten Fahrzeuge auf der Straße den größten Teil ihres Lebens bei leichter Last oder im Leerlauf verbringen.

Obwohl die zusätzliche Kammer die Effizienz bei niedrigen Lasten verbessern könnte, stellt sich die Frage, zu welchem ​​Preis, sagt Robert Kenny, der an der Queen's University in Belfast, Großbritannien, an der Entwicklung von Motoren arbeitet. "Mit zwei Einspritzventilen werden sicherlich die Kosten steigen", Er weist darauf hin, "und die thermische Belastung des Halses zwischen Zylinder und Kammer könnte ein langfristiges Problem sein." Die Kammeranordnung wird auch die Leistung bei Volllast reduzieren, sagt er, "aber der einzige Weg, den Erfolg des Designs zu beurteilen, ist, es zu bauen und zu testen."

"Die meisten Autohersteller arbeiten in gewisser Weise daran, die schlechte Effizienz von Benzinmotoren bei niedrigen Lasten zu bekämpfen, indem sie die Kraftstoffbewegung besser kontrollieren", sagt Kenny. "Die Technologie ist noch lange nicht tot." ?? Piezoelektrische Einspritzdüsen, die schneller feuern und sogar mehrere Kraftstoffwolken einspritzen können, untersucht Mercedes unter anderem.
(c) newscientist.com

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