Braytonmotor
Ein Braytonmotor, in englischer Sprache bekannt als Brayton's Ready Motor, ist ein Verbrennungsmotor, der nach einem dem Brayton-Kreisprozess angenäherten Verfahren arbeitet. Namensgeber und Erfinder des Braytonmotors ist George Brayton. Braytonmotoren sind als Hubkolbenmotoren ausgeführt und benötigen mindestens zwei Zylinder, da immer mindestens ein Zylinder als Verbrennungszylinder und mindestens ein Zylinder als Expansionszylinder ausgeführt sind.
Geschichte
Brayton meldete den Braytonmotor 1872 zum Patent an.[1] Ursprünglich war der Braytonmotor ein Gasmotor; sein Wirkungsgrad ist besser als der eines Hugonmotors, aber schlechter als der eines klassischen Ottomotors.[2] 1874 erhielt Brayton ein Patent auf ein Kraftstoffeinblassystem, um auch flüssige Kraftstoffe wie Rohöl und Petroleum verbrennen zu können.[3] Ab 1876 vermarktete Brayton den Motor kommerziell; 1878 stellte er ihn auf einer Ausstellung in Paris aus. Der Braytonmotor hat jedoch im Motorenbau aufgrund seines schlechten Wirkungsgrades nie eine bedeutende Rolle eingenommen. Nur die eingesetzte Lufteinblasung des Kraftstoffes konnte durch den Dieselmotorenbau eine gewisse Verbreitung finden, da Diesel mangels eigener Lösung für ein Einspritzsystem eine Lufteinblasung ähnlich Braytons Lufteinblasung, allerdings mit deutlich erhöhten Drücken, verwendete.[4]
- US125166, Gasmotor mit einfachwirkendem Zylinder
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Schnittzeichnung -
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- US151468, Motor mit einfachwirkendem Zylinder für flüssigen Kraftstoffe
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Funktionsweise
In einem Braytonmotor gibt es einen Expansionszylinder und einen Kompressionszylinder sowie einen separaten Gemischkessel. Die Zylinder sind von gleicher Bohrung, der Kolben im Expansionszylinder hat jedoch doppelten Hub. Zwar bildet der Braytonmotor alle vier Arbeitsspiele eines Verbrennungsmotors, Ansaugen, Verdichten, Arbeiten, Ausstoßen, ab, es finden jedoch konstruktiv bedingt immer zwei Arbeitsspiele gleichzeitig statt, weshalb der Braytonmotor zu den Zweitaktmotoren gezählt wird. Die Kolben sind wie bei modernen Verbrennungsmotoren einfachwirkend. Der Braytonmotor ist fremdgezündet und ventilgesteuert, je Zylinder hat er je ein Ein- und ein Auslassventil; bis auf das Auslassventil des Kompressionszylinders, das überdruckgesteuert ist, sind alle Ventile sind Tellerventile mit konischem Sitz und werden über Nocken und Kipphebel betätigt.[5]
Beim Ausstoßarbeitsspiel des Expansionszylinders wird eine Ladung bestehend aus Brennstoff und Luft in den Kompressionszylinder gesaugt und anschließend im separaten Gemischkessel verdichtet. Der Druck in diesem Kessel beträgt etwa 60–80 lbf·in−2 über atmosphärischem Druck (515–653 kPa). Das Gemisch wird bei Verlassen des Gemischkessels im Expansionszylinder gezündet und expandiert dort, bis es atmosphärischen Druck erreicht und in den Auspuff gelangt.[2]
Die Zündanlage des Braytonmotors basiert auf einer dauerhaft brennenden Flamme. Dazu ist neben dem Einlassventil ein Bypass eingebaut, in den fein durchlöcherte Messingplatten mit einem Metallsieb eingesetzt sind. Durch diesen Bypass kann ständig Kraftstoff in den Brennraum nachströmen, ohne den Weg durch das Einlassventil gehen zu müssen. Um den Motor zu starten, wird ein Stöpsel gezogen und der Brennstoff am Metallsieb in Brand gesteckt. Dadurch, dass ständig Brennstoff vorhanden ist, der durch den Bypass nachströmt, erlischt die Flamme im Brennraum nicht. Beim Öffnen des Einlassventiles gelangt eine große Menge Gemisch aus Kraftstoff und Luft in den Expansionszylinder, der sich an der Flamme entzündet.[6] Die Metallplatten im Bypass sollen verhindern, dass die Flamme in den Gemischkessel zurückschlägt, wo sich Gemisch unkontrolliert entzünden würde, was dadurch den Motor zerstören würde.[7]
Um das Problem eines eventuellen Motorschadens zu umgehen, rüstete Brayton den Motor auf Petroleumbetrieb um. Dazu schloss er an den Bypass eine Petroleumpumpe an, die eine passende Menge Petroleum auf das Metallsieb pumpt. Im Gemischzkessel wird nun ausschließlich Luft verdichtet, die aufgrund geänderter Ventilsteuerzeiten hauptsächlich durch das Metallsieb drückt und so das Petroleum mitreißt und fein zerstäubt, sodass es im Expansionszylinder verbrennen kann. Als nachteilig erwies sich die starke Verrußung des Brennraumes, die eine regelmäßige Reinigung notwendig machte.[8]
Technische Daten (laut Professor Thurston, 1873[9])
| Größe | Imperial | Metrisch |
|---|---|---|
| Kolbenbohrung | 8 in[note 1] | 203,2 mm |
| Mittlere Kolbengeschwindigkeit | 180 ft·min−1 | 91,5 cm·s−1 |
| Effektiver Mitteldruck | 33 lbf·in−2 | 227,5 kPa |
| Geschätzte Bruttoleistung | 5 bhp gross | 3730 W |
| Tatsächliche Bruttoleistung | 8,62 bhp gross | 6430 W |
| Nettoleistung | 3,986 bhp | 2970 W |
| Brennstoffverbrauch | 69,3 ft3·bhp−1·h−1[11] | 2,64 m3·kW−1·h−1 |
| Quelle, wo nicht anders angegeben | [12][9] | |
Medien auf Wikimedia Commons
Literatur
- Dugald Clerk: The Gas, Petrol and Oil engine, Band 1, neue und überarbeitete Auflage, Longmans, Green & Co, London 1910, S. 20–29
- Colin R. Ferguson, Allan T. Kirkpatrick: Internal Combustion Engines: Applied Thermosciences, 3. Auflage, John Wiley & Sons, 2015, ISBN 978-1-118-53331-4, S. 4
- Sass, Friedrich: Geschichte des deutschen Verbrennungsmotorenbaus von 1860 bis 1918, Springer, Berlin/Heidelberg 1962, ISBN 978-3-662-11843-6, S. 413–415
- Hellmut Droscha, in MAN Nutzfahrzeuge AG (Hrsg.): Leistung und Weg: Zur Geschichte des MAN Nutzfahrzeugbaus, Springer, Berlin/Heidelberg 1991, ISBN 978-3-642-93490-2. S. 417
Bemerkungen
- ↑ In der Quelle ist die Kolbenfläche angegeben, diese beträgt 50,26 in². Mit folgender Formel erhält man die Bohrung: 2(sqrt(50,26/П))=Bohrung
Einzelnachweise
- ↑ https://patents.google.com/patent/US125166
- ↑ a b Clerk 1910, S. 20
- ↑ https://patents.google.com/patent/US151468A
- ↑ Sass 1962, S. 415
- ↑ Clerk 1910, S. 21
- ↑ Clerk 1910, S. 22
- ↑ Clerk 1910, S. 23
- ↑ Clerk 1910, S. 24
- ↑ a b https://archive.org/details/cu31924004083345/page/n41
- ↑ https://archive.org/details/cu31924004083345/page/n37
- ↑ Clerk 1910, S. 25
- ↑ Clerk 1910, S. 26