5-Takt 3-Scheiben-Wankel

Diskutiere 5-Takt 3-Scheiben-Wankel im Allgemeine KFZ-Technik Forum im Bereich Technik und Tuning; Hallo, erstmal. Bin neu hier und wollte gleich mal was posten ;). Zunächst mal: Ich fahre NOCH keinen Mazda, überlege mir aber mal einen RX-8 zu...

  1. #1 JustJim, 07.02.2014
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    Hallo, erstmal. Bin neu hier und wollte gleich mal was posten ;).
    Zunächst mal: Ich fahre NOCH keinen Mazda, überlege mir aber mal einen RX-8 zu gönnen, da sie mittlerweile sehr günstig gehandelt werden
    und ich diesem Fahrzeug seit der Entstehung nachschmachte.

    Grade deswegen habe ich eine technische Frage in Hinsicht Realisierbarkeit und tatsächliche Effizienz eines Gedankenexperimentes

    Und zwar spiel ich im Moment ein wenig im Inventor rum und hab mittlerweile ein recht gutes Modell
    eines 2 Scheiben-Wanklers zusammengeschraubt.
    Jetzt habe ich einen Schritt weiter gemacht und mehrere Entwürfe für Motoren gemacht.
    Dabei stieß ich im Netz auf den 5-Takt-Kolbenmotor.

    Das Prinzep dahinter:
    Drei Kolben, wobei die beiden äußeren synchron laufen und der mittlere eine doppelt so große Fläche hat.
    Im 4. Takt wird von den beiden äußeren Kolben, statt aus zustoßen, das ganze in den mittleren Kolben
    geleitet, welcher dann selbst bis zum unteren Totpunkt geschoben wird.
    Angeblich (laut mehreren Aussagen) verbraucht ein Testmotor ziemlich wenig Benzin (in einem
    hausgebauten Prototypen waren es 2 L auf 100 Km) bei gleichbleibender Leistung.
    Das wird (korrigiert mich, wenn ich mich falsch ausdrücke) dadurch erreicht, dass mit mehr Ladung und mehr Druck gearbeitet werden kann (Hochdruck-Turbo).

    Wenn man nun die Vorteile davon nimmt und auf den Wankel überträgt, wären 2 Punkte der Contra-Liste für den Wankel
    größtenteils beseitigt: Verbrauch und Emission.

    Wie ich mir das vorstelle:
    Statt zwei Scheiben werden 3 Scheiben verwendet, wobei die mittlere Scheibe doppelt so breit sind wie die äußeren.
    Wenn die Kompression und Zündung der äußeren stattgefunden hat, wird das Gemisch nicht wie sonst über die Side-Ports
    ausgestoßen, sondern über die inliegenden modifizierten Sideports zum Eingang der Mittleren Kammer gedrückt.
    Dieser Eingang befindet sich an der Einschnürung und zwar auf der gegenüberliegenden Seite wo eigentlich die Zündkerzen
    liegen. Durch die zusätzliche Expansion wird nun auch der mittlere Rotor angetrieben, wobei der
    der Rest auf der anderen Seite den Motor komplett verlässt.

    Man muss dabei zwar mit sehr hohen Drücken am Anfang arbeiten, würde jedoch den Verbrauch minimieren und die Leistung könnte
    u.U. sogar gesteigert werden. D.H. größere Leistungsdichte als ohnehin schon.

    Zusammengefasst:
    3 Scheiben.
    Takt 1:
    Scheiben 1 und 3 Ansaugen (Luft über Side-Port [Hochverdichtet] und Direkteinspritizung)
    Takt 2:
    Verdichten
    Takt 3:
    Zünden
    Takt 4:
    Verpuffung in Scheibe 2 Leiten
    Takt 5: Scheibe 3 dreht sich und stößt aus

    Evtl. Könnte man, sollten unverbrannte Reste im 2. Trakt sein zusätzlich dort Zünden.

    Um das Problem mit der bidirektionalen Ausdehnung zu umgehen, gab es bereits
    Seitens Mazda ein Ansatz, bei dem man auf die Umfangsseite der Scheiben Keile
    verwendet, die Eingelassen werden.

    Kann das funktionieren?

    Grüße!
     
  2. #2 Engineer, 07.02.2014
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    Hallo JustJim,

    und herzlich Willkommen im Forum.
    Du arbeitest auch mit Inventor?
    Schon professionell oder studierst Du noch?

    Wenn ich das richtig verstehe, soll Kolben 2 selber keine Arbeit verrichten, sondern lediglich durch die Verbrennungsgase aus Kolben 1 und 3 beschleunigt werden?
    Ich fürchte, dieses Konzept dürfte eine Milchmädchenrechnung werden.
    Stichwort: Energieerhaltungssatz

    In dem Moment, wo die Ventile nach dem 4. Takt geöffnet werden, geht von den Verbrennungsgasen selber keine kinetische Energie mehr aus, lediglich noch etwas thermische Energie. Der Gasdruck, den man an einem Auspuff spürt, ist zum größten Teil dem Kolben zu verdanken, der diese Verbrennungsgase aus dem Zylinder presst.
    Willst Du damit einen weiteren Kolben beschleunigen, so sind es in erster Linie die Kolben 1 und 3, die diese Arbeit verrichten müssen.
    Heißt im Umkehrschluss, Kolben 1 und 3 werden um dem Faktor negativ beschleunigt, um dem diese den Kolben 2 positiv beschleunigen.

    Die Kunst des modernen Motorenbaus besteht darin, die Verbrennung so sauber wie irgendmöglich zu gestalten.
    Dieses heißt wiederum, dass Dir die Zündung in Kolben 2 nichts bringen wird, weil kein zündfähiges Gemisch mehr vorhanden ist.
    Kolben 1 und 3 müssen also auch noch die Verdichtungsarbeit für Kolben 2 verrichten, von dem aber keinerlei Gegenleistung erfolgt.

    IMHO geht dieses schon fast in Richtung Perpetuum Mobile.
     
  3. #3 JustJim, 07.02.2014
    Zuletzt bearbeitet: 07.02.2014
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    Wie gesagt. Es ist nur ein Gedanke gewesen.
    Nein ich studiere noch. Aber auch nichts, was direkt mit dem Inventor zu tun hat, sondern Informatik.
    Da die Hochschule und das Studienfach aber zugriffsberechtigt sind und zumindest einige Module Verwendung dafür haben könnten,
    kann ich mir die 36-Monatige Studien-Lizenz laden. Macht ne Menge Spaß.
    Hab davor schon (damals Studienbedingt <- Bauingenieur) mit AutoCad Architecture gearbeitet. Danach ein wenig mit dem normalem
    AutoCad und 3DSMax und nun mit dem Inventor.

    Wie dem auch sei.
    Meines Wissens nach wurde dieses Konzept schon mehrfach in Kolbenmotoren getestet (es gab auch schon ein Fan-Bau indem er einem 4-Zylinder etwas modifiziert hat). Deswegen mein Interesse an der Transfer-Aufgabe.

    Die Erläuterung, dass diese "Effizienz" begründet, liegt darin, dass die Luft vor dem Einlass stärker komprimiert wird als üblich.
    Der Begriff, der da verwendet wurde, war "Hochverdichtet".
    Somit fungieren die äußeren Scheiben als "Hochdruckkammer" und die mittlere Scheibe als "Niederdruckkammer".

    Durch das starke Verdichtet der Ladeluft (die wiederum gekühlt sein muss), sollte (zumindest in einem Zylinder-Motor) die Expansion nach der
    Zündung größer sein, als das Volumen der äußeren Zylinder und damit auch den mittleren Antreiben.

    Als Pendant im Kreiskolben, würden die immer noch nicht vollständig gedehnten Gase aus den äußeren Rotor-Gehäusen
    und in die Verdichtungszone des mittleren gepresst.

    An Perpetuum habe ich nicht gleich gedacht.
    Es würde nur den Einsatz von sehr großen Verdichtungen zulassen und somit mehr Expansion als die Kammern selber zulassen würden.
     
  4. Gast

    Gast Guest

    HiJust Jim,

    selbst wenn die Luft durch Aufladung stark komprimiert wäre, hättest du nach dem Arbeitstakt nicht mehr genug Energie zur Verfügung, um damit tatsächlich noch einen Kolben zu bedienen. Oder anders, auf dem Weg von Austritt aus dem Kolben 1 expandiert die komprimierte Luft ja auch noch, sodass, slebst wenn du tatsächlich noch einen gewissen Überdruck haben solltest, dieser verloren geht.

    Wie Engineer schon schrieb, ist das eine Milchmädchenrechnung. Denn wenn dies tatsächlich aufgehen würde, hieße das im Umkehrschluss, dass jeder aufgeladenen Motor enorm viel potenzielle Energie verschwendet, weil er sie einfach als Abgase ausbläst.

    Wie du schon schriebst, gab es schon Versuche zu Hauf, die dem Prinzip des 5 Takt Motor unterlagen....durchgestzt, oder wirklich funktioniert hat nie was.

    Und wie auch wieder Enginieer schrieb, "Ernegieerhaltungssatz" .... die einzige Energie im Motor stellt das Gemisch zu Verfügung...also potenzielle Energie. Diese Eniergie wird beim Arbeitstakt komplett in Bewegungs- und Wäremenergie umgesetzt.
     
  5. #5 JustJim, 07.02.2014
    JustJim

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    Hm okay. Ich bin nur auf diese Seite gestoßen:
    5-Takt-Motor

    Daraufhin auf dieses Video:
    http://www.youtube.com/watch?v=yYy8xWXqDnk

    Und daraufhin die Webseite des Besitzers:
    Versuchsauto / Umbaubeschreibung - mirko-schwblein.de

    Weiterhin lädt keiner seinen Motor so stark auf, wie auf der Homepage gefordert wird.
    Ich denke das würde einen Motor zerstören, wenn das Gemisch stärker expandiert, als der Kolben selber Raum hat, ohne überschüssige
    Energie auszublasen.
     
  6. Gast

    Gast Guest

    Ja also dieses Auto kenne ich ;) ....ich kenne auch viele weitere solcher Gattung, oder ähnlicher... Durch meinen Beruf und daher, dass ich mich sowieso überdurchschnittlich für Motorenbau und Tuning interessiere, beschäftige ich mich äußert viel was solche Sachen in Bezug auf Motoren angeht.

    Das Prinizp des Kadetts ist simple. Während Kolben 1 arbeitet, bewegt sich Klolben 3 nach oben, und stößt aus, aber nicht in den Krümmer, sondern in die Brennkammer von Kolben 4. Das hat den "Sinn", dass die Arbeit von Kolben 1, auf Kolben 3 wirkt, welcher dann Kolben 4 "bedienen" soll.... von Kolben 3 geht aber keine Energie mehr aus, bzw aus der Brennkammer. Dass heißt, dass Kolben 1 die Arbeit von Kolben 4 trägt. Prinzipiell könnte man die Leistung des Motors auch enorm kürzen, und Zylinder komplett entfernen, dann hätte man auch einen geringeren Verbauch ;)

    Realistisch betrachtet, führt der Ausstoßtakt eines Zylinders aber nichtmal dazu, dass ein weiterer Kolben dadurch bewegt wird. Denn wie ich oben schon schrieb, muss ja auch noch ein gewissser Weg der Abgase zurückgelegt werden. In diesem Weg werden sich die Abgase erstmal komprimieren, bevor sie auf den Koben wirken ;)
     
  7. #7 JustJim, 07.02.2014
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    Schade eigentlich. Es hätte so simpel sein können einen Wankel wiederaufleben zu lassen :/.
    Ich hatte mir dabei eigentlich gedacht, da ja auch ein Turbo über Abgase angetrieben wird, dass dies auch für einen weiteren Kolben bzw. Scheibe gelten könne.
     
  8. Gast

    Gast Guest

    Naja.... Vergleich mal das Trägheitsmoment einer Turbine im Turbolader, ihr Gewicht, und ihren Widerstand, mit denen eines Kolbens, der auf eine Kurbelwelle einwirkt, die über ein Getriebe ein über 1000Kg schweres Auto bewegt ;) ... für den Turbo reicht der vom Kolben aufgebrachte Druck.
     
  9. #9 JustJim, 07.02.2014
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    Gut. Neuer Ansatz.
    Wenn man das Ganze so realisiert, wie ich mir das gedacht hätte, müsste man in den mittleren Zylinder weniger Gemisch zuführen um die Drehung zu erzeugen, als ohne die zusätzliche Energie?
    Wäre keine Einsparung im vergleich zum 2 Scheiben-Motor, aber generell zum 3 Scheiber vll ja schon
     
  10. #10 JustJim, 08.02.2014
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    Achso ja. Ein Zusatz natürlich, den ich noch geklärt haben möchte ;).
    1. Kolben/Scheibe 1 und 3 sollten natürlich gleichzeitig am selben Takt arbeiten.
    Ansonsten ist der Druck natürlich auf Kolben/Scheibe 2 natürlich wirklich zu gering.
    Beim gleichzeitigen Arbeiten aber, geht gleich die doppelte Menge an Kolben/Scheibe 2.

    2. Die Aufladung müsste die Luft so stark komprimieren, dass ihr Expansionsvolumen
    mindestens dem doppelten Volumen einer der kleineren Brennkammern entspricht.

    Theoretisch (also aus der Laiensicht ;) ) sehe ich das nämlich so:
    Wenn normale Autos mit Turbo fahren, nutzen sie natürlich auch komprimierte und
    anschließend gekühlte Luft, welche bei geringerem Volumen mehr Masse hat und somit
    mehr Sprit eingespritzt werden muss, um ein zünd-fähiges Gemisch zu erzeugen.

    Weiter glaube ich, je mehr Masse in der Kammer abgebrannt werden kann, desto schneller
    geht der Vorgang ab. Deshalb der Leistungsüberschuss durch Turbo und Inter-cooler.

    Aber ich glaube nicht, dass die volle Wirkung genutzt wird, denn:
    - Das endgültige Expansionsvolumen ist größer als die Kammer selber, da viel mehr Gemisch gebildet wurde,
    als die Kammer überhaupt verwenden kann.
    - Dadurch, dass das Ausstoßventil sowieso öffnet, geht einiges an Druck verloren, da die Expansion nicht
    vollständig abgeschlossen sein kann.

    Hat nun das theoretische maximale Expansionsvolumen mindestens das doppelte Volumen wie die Brennkammer hergeben kann,
    geht ein großer Teil verloren.
    Deshalb die Idee (natürlich nicht von mir) des 5. Taktes.

    ZUSÄTZLICH muss das Übertragungsventil von 1 + 3 auf 2 natürlich schon öffnen, sobald der untere Totpunkt erreicht wird.
    Dadurch , dass der Kolben nun am unteren Ende ist, wirkt die Kraft fast vollständig nach oben und somit durch das Ventil auf
    den 2. Kolben. Durch den Druckverlust, sinkt die Druckkraft auf Kolben 1 und 3 während sich 2 nun Abwärts bewegt
    und Kolben 1 und 3 nach oben "drückt".


    Zusammengefasst:
    - Kolben/Scheiben 1 + 3 arbeiten Taktsynchron
    - Dadurch entsteht schon mehr Druck gleichzeitig, die auf Kolben/Scheibe 2 Einwirken
    - Durch das starke Komprimieren, sodass das endgültige Expansionsvolumen >= 2*Kammervolumen entspricht,
    Nutzt man die praktisch das Volumen von 2 Kammern gleichzeitig, um Kolben/Scheibe 2 zu Bewegen

    Zu Bedenken gilt natürlich (zunächst bei Kolbenmotoren):
    Arbeiten Kolben 1 und 3 Synchron hat man den Nachteil, dass der Motor unrund läuft (Zündung insgesamt alle 4 U).
    Durch die Synchronität bleiben einige Takte "antriebslos", werden also vom Restschwung der Kolben 1 und 3 ausgeführt.
    Das bedeutet natürlich, dass die Kraft die auf Kolben 2 wirkt, nicht nur von der Expansion herrührt, sondern auch von den äußeren
    Kolben. Das führt zu Leistungsverlust!

    In der Hinsicht gebe ich jedem Recht.
    Man müsste mindestens einen 6 Zylinder bauen, um die Laufruhe und den Kraftverlust zu optimieren.

    Das ganze sieht aber anders aus beim Wankler. Dieser Zündet von Haus aus bei einer Scheibe viel häufiger.
    Laut Wikipedia dreht sich die Exenterwelle 3 mal, bis eine Flanke alle 4 Takte beendet hat. D.h. der Kreisprozess
    beträgt 1080°.

    Da nun aber bei einer Scheibe während jedem Takt gefeuert wird, findet bei jeder Umdrehung ein Arbeitstakt statt (Zündung und Expansion).
    Das ganze bei 2 Scheiben ergeben natürlich noch mehr Zündungen/Zeiteinheit.

    Hier würde das Konzept ohne zusätzliche Motorkomponenten meiner Ansicht nach prima funktionieren, da kein Takt
    "Antriebslos" wäre.
     
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