DE3107836A1

DE3107836A1 - "kleingasmotor fuer unterschiedliche gassorten"

Info

Publication number: DE3107836A1
Application number: DE19813107836
Authority: DE
Inventors: Erich O. Dipl.-Ing. 5657 Haan Riedel
Original assignee: RIEDEL-TECHNIK GMBH 5657 HAAN; Riedel Technik GmbH
Current assignee: RIEDEL-TECHNIK GMBH 5657 HAAN; Riedel Technik GmbH
Priority date: 1981-03-02
Filing date: 1981-03-02
Publication date: 1982-09-16

Description

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Riedel-Technik GmbH: "Kleingasmotor ..."

Die Erfindung betrifft einen Kleingasmotor mit Leistungen unterhalb von 20 kW mit Kolben und Zündeinrichtung für verschiedenste Gassorten. Derartige Motoren werden bei der Wärmekraftkopplung allgemein, vorzugsweise bei Wärmepumpen oder Blockheizkraftwerken angewandt. Der Anwendungsbereich erweitert sich im Hinblick auf das Energiebewußtsein und den Zwang zum Einsparen von Primärenergie, insbesondere Öl und Gas, ständig.

Der Betrieb von Gasmotoren mit höheren Leistungswerten hat Tradition und ist auch in den letzten Jahrzehnten ständig gewachsen. In dieser Zeitspanne hat es die Fachwelt aber nicht verstanden, auf der Basis der gesicherten Erkenntnisse der großen Gasmotoren, die von den einschlägigen Verkehrskreisen dringend benötigten Kleingasmotoren zu entwickeln. Das hat seinen Grund vornehmlich darin, daß die Erkenntnisse aus dem Betrieb der großen Gasmotoren nicht oder jedenfalls nur teilweise und dann auch nur unter besonderen Voraussetzungen auf Kleingasmotoren übertragbar sind. Die bedeutenden Anstrengungen, auch auf Regierungsseite mit Forschungsbeiträgen in MilUonenhöhe haben es nicht vermocht, solche Motoren auf den

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Markt zu bringen. Die Serien von Forschungsversuchen, basierend auf benzin- oder dieselbetriebenen Kleinmotoren hat samt und sonders ein Fiasko erlitten. Derartige Motoren laufen zwar für eine gewisse Zeit, bedürfen aber innerhalb dieser Zeit einer sorgfältigen und aufwendigen Wartung. Eine solche Wartung ist nicht nur erheblich teuer, sie kann auch, beispielsweise beim Wärmepumpenbetrieb in Privathaushalten, selbst bei verständigem Wartungspersonal, nicht wahrgenommen werden, denn diese Wartung verlangt technische Spezialausbildung.

Erheblich erschwerend kommt hinzu, daß mit den bisher erreichten Lebensdauerzeiten von etwa 4 000 bis 5 000 Stunden kein Auskommen ist, denn, wenn nur diese Zeiten im Hausbetrieb erreicht würden, müßten spätestens alle zwei Jahre solche Motoreinheiten ausgewechselt werden - ein Vorhaben, das nicht nur aus kommerziellen Gründen, vielmehr auch aus Gründen der Praxis im Privathaushalt nicht denkbar ist. Es werden vielmehr Lebensdauerzeiten von 22 000 bis 25 000 Stunden, tunlichst aber mehr gefordert.

Eine weitere Schwierigkeit ist die Forderung nach Mehrstoffbetrieb, d.h. ein solcher Motor muß ohne besondere Aufwendungen während des Betriebes umschaltbar sein, beispielsweise von Biogas auf Kokereigas, Propan, Butan oder andere sonstige Gassorten, weil der Betrieb aus einem Netz auch einmal gestört sein kann, so daß Reserve-

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Riedel-Technik GmbH : "Kleingasmotor ..."

gassorten anderer Charakteristik Verwendung finden müssen.

Die Erfindung hat sich die Aufgabe gestellt, einen Kleingasmotor bis 20 kW zu entwickeln, der auch für den Haushaltbetrieb die erforderliche Lebensdauer aufweist und in der Wartung so einfach ist, daß eine einmalige Wartung jährlich durch technisches Personal genügt.

Dabei soll der Kleingasmotor für verschiedenste Gassorten geeignet sein, eine Lebensdauer von mindestens 25 000 Stunden aufweisen und mit einer einmaligen jährlichen Wartung auskommen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe, indem sie eine Reihe von Maßnahmen kombiniert. Solche Maßnahmen sind ein Verdichtungsverhältnis von 1 : 9 bis 1:10, eine Intervallzündzeit (t bis t ) vom Mehrfachen der Standard-Zündzeit (t bis t ), vorzugsweise ein Zündablauf mit mehreren Zündgipfeln (ζ , ζ , ζ ), die im Zündintervall

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zeitlich fortschreitend nacheinander abfallende Gipfelcharakteristik aufweisen, wobei diese Maßnahmen miteinander vereinigt sind.

Die Erfindung ist in den Figuren beispielhaft dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 das Diagramm der Zündkurven im zeitlichen Ab-

. lauf;

Fig. 2 einen schematischen Längsschnitt parallel zur

großen Achse des Zylinderinnenraumesj

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Fig. 3 einen Schnitt längs der Linie I - I der Fig. 2 und

Fig. 4 den Schnitt analog der Fig. 2, jedoch mit einer Ge

staltung des oberen Teiles des Zylinderinnenraumes ähnlich der des Kolbenbodens.

In Fig. 1 ist der Ablauf zweier Zündkurven dargestellt. Die strichschwächere Kurve zeigt den Kurvenverlauf imZeitintervall wie er in üblicher Form abläuft. Er ist gekennzeichnet durch einen steilen Zündgipfel , mit steil abfallender Tendenz und einem Auslauf auf niedrigem Niveau, der in einer Minusspannung ausklingt.

Die strichstarke Kurve zeigt den Zündgipfel ζ mit dem zeitlich benachbarten Zündgipfel ζ und dem darauffolgenden ζ , der in der Nahe der

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Null-Linie ausklingt. Diese eigenartige Zündfolge entspricht dem Abbrennverhalten der Gase besser als der sonst übliche Kurvenverlauf.

Die vorteilhaften Ergebnisse der Erfindung bedingen eine besondere Raumgestaltung des Zylinderinnenraumes, der in den Fig. 2 bis 4 dargestellt ist.

Baulich ist nach einem besonderen Merkmal der Erfindung der Kolbenboden 11 muldenförmig ausgebildet und zwar vorzugsweise so, daß die Mulde Ringform ausweist. Diese Mulden ringform 12 kennzeichnet sich weiter dadurch, daß sich zwischen dem Ringvolumen und der Zylinderwand ein Kühl ring 13 befindet. (Fig. 2, 4)

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Ein weiteres Merkmal des Motors ist die Gestaltung des oberen Zylinderraumes des Zylinderkopfes, der dem Kurvenverlauf des Kolbenbodens ähnlich gestaltet ist.

Die Reihe der vorteilhaften Maßnahmen wird abgeschlossen dadurch, daß sowohl Einlaß- als auch Auslaßventil (21, 22) im Zylinderkopf 20 derart winklig zur Ebene des Kolbenbodens geneigt sind, daß das einströmende Brenngas in und oberhalb der Ringmulde eine Wendelbewegung ausführt (Fig. 2). Diese Wendelbewegung ist so gestaltet, daß einmal der generelle Verlauf des Gaswirbels der ringförmigen Zentrale Z der großen Zentrale des Ringes 12 folgt. Um diese Zentrale Z herum bildet sich dann durch die Neigung der Ventile 21, 22 eine schraubenlinienförmige Bewegung aus. Zweck dieses Wendeis ist eine besonders innige Vermischung und eine günstige Brenncharakteristik.

Im Unterschied zu dem Abbrennverhalten von Brennstoff-Luftgemischen in Kleinmotoren, beispielsweise Automobilmotoren, geht die Erfindung von der Erkenntnis aus, daß die eingangs genannten Gase ein trägeres Durchzündverhalten aufweisen. Das bedeutet in der Praxis, daß es nicht möglich ist,, in dem üblichen einzigen Explosionsstoß das Gesamtgemisch so vollständig zu verbrennen, daß die Abgaswerte den Vorschriften entsprechen und zugleich ein günstiger Wirkungsgrad erreicht wird. Beides ist aber für einen optimalen und den Vorschriften entsprechenden Betrieb unabdingbar.

Riedel-Technik GmbH : "Kleingasmotor ..."

Es hat sich herausgestellt, daß im praktischen Betrieb mit mindestens zwei Zündgipfeln, vorteilhafterweise aber drei und mehr, ein sehr günstiges Durchzünden unterschiedlichster Gassorten erreichbar ist, wenn die Raumvorschriften der Erfindung eingehalten werden.

Riedel-Technik GmbH : "Kleingasmotor ..."

Bezugsziffe rn-Ve rzeichnis

10 Kolben

11 Kolbenboden

12 ringförmige Mulde

13 Kühlring

20 Zylinderkopf

21 ")

' Ein- und Auslaßventil

Claims

Riedel-Technik GmbH: "Kleingasmotor ..."

Patentansprüche

fi .J Kleingasmotor für den Betrieb mit unterschiedlichen Gassorten mit Kolben und Zündeinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß folgende Maßnahmen:

a) ein Verdichtungsverhältnis von 1 : 9.0 bis 1 : 10.0,

b) eine Intervall-Zündzeit (t bis t ) vom Mehrfachen der Standard-Zündzeit (t bis t ), vorzugsweise

b.) ein Zundablauf mit mehreren Zündgipfeln (ζ , ζ , ζ ), 1 12 3

die im Zeitintervall fortschreitend nacheinander abfallende Charakteristik aufweisen,

miteinander vereinigt sind. (Fig. 1)
2. Kleingasmotor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden (11) muldenförmig ausgebildet ist. (Fig. 2)
3. Kleingasmotor nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Kolbenboden eine ringförmige Mulde (12) aufweist. (Fig. 2, 3 und 4)

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4. Kleingasmotor nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sich an die ringförmige Mulde (12) ein äußerer Kühlring (13) anschließt. (Fig. 2, 3)
5. Kleingasmotor nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der obere Innenraum des Zylinderkopfes (20) dem Kurvenverlauf des Kolbenbodens (11) ähnlich gestaltet ist. (Fig. 4)
6. Kleingasmotor nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Einlaß- und Auslaßventil (21, 22) im
Zylinderkopf (20) derart winklig zur Ebene des Kolbenbodens (11) geneigt sind, daß das einströmende Brenngas in und oberhalb der Ringmulde (12) eine Wendelbewegung um die Ringzentrale Z ausführt. (Fig. 2)