SPECIALE MOTOREN 1. Stirling motor : = hete luchtmotor door Rob Stirling in 1816 - arbeidsfluïdum in gesloten kring (vb. helium) - werkingsprincipe - verbrandingsproducten buiten motor - ideale thermodynamische kringloop horende bij ideaal werkingsprincipe rendement cyclus = rendement CARNOT (zijnde hoogste rendement te verwezenlijken voor arbeidscyclus tussen uiterste temperaturen T 1 en T 2 ) dq = du+pdv met V = c te tussen II III en I IV III dq = du = c v dt met [ dt] = [ dt] II III [ c ] = [ c ] v is TdS > onder II III = TdS onder I IV II v IV I IV I T T T 2 1 1 η v = = 1 T2 T2 speciale motor slide 1.
- ideale (hoekige) cyclus benaderd door rombische aandrijving - aandrijving geen traagheidskrachten - werkelijke uitvoering arbeidsfluïdum door meerdere warmtewisselaars (koeler - regenerator verhitter) - toerental beperkt : om Δp over warmtewisselaars te beperken daarom eveneens ρ << (helium, waterstof) - energietoevoer van buiten willekeurige brandstof of verwarmingsbron - vermogenregeling : meer of minder massa arbeidsfluïdum in omloop (om variatie snel te laten gebeuren zonder te veel energie op te slorpen ρ <<) - kopstuktemperatuur 700 C (max. cyclustemperatuur 700 C i.p.v. 2500 C bij benzine of diesel) - druk 220 bar afdichtingen - rolsok afdichting - radiator 2 x groter dan klassieke zuigermotor voor automotoren : compacter dubbelwerkend type zie figuren speciale motor slide 2.
2. Wankelmotor : (uitvinder Felix Wankel) overgenomen door NSU NSU Prinz 1961 RO 80 Nu Mazda initieel succes : - kleiner gewicht en volume; meer ruimte voor veiligheidselementen - gassen toen der tijd beter te reinigen nadeel : hoger verbruik nu nog beperkte toepassing - Mazda - militaire bootjes - stationaire gasmotoren 2.1. Kinematika 1. OA roteert met ω= Zα AB roteert met ω= α punt B beschrijft trochoïde in vlak xoy parametervergelijking trochoïde x = ecos Zα t + R cosαt y = esin Zα t + Rsinαt 2. zelfde trochoïde door punt B op xoy als: - XOY roteert met Zα rond O - AB roteert met (Z - 1)α rond A dus OA vast 3. trochoïde 2 wordt verwezenlijkt met mechanisme van fig. O vast ω XOY = Zα A vast ωab= ( Z 1)α speciale motor slide 3.
verwezenlijkt met twee tandwielen tandwiel met middelpunt O vast aan XOY en R 2 ( Z 1) tandwiel met middelpunt A verbonden met B en R 1 ~Zα R2 Z 1 = en R 2 R 1 = OA = e R Z 1 α figuren a) Z geheel en positief : epitrochoïde b) Z geheel en negatief : hypotrochoïde Z niet geheel : snijdende lobben 4. zelfde figuur door XOY vast en tandwiel AB rollen zonder glijden over tandwiel XOY = werkelijke wankelmotor - voor Z = 3 draait OA (krukas) 3x sneller dan AB (zuiger) - AB 2 op 120 zelfde beweging, idem AB 3 op 240 3-voudige symmetrie : zuiger met 3 hoekpunten op 120 - vorm zuiger : epitrochoïde omhullende - verhouding AB = R = k OA e k geeft : ε - langwerpige verbrandingskamer - kleine max. hoek tussen AB en normale op trochoïde k 7 φ 25 max ε= 18,3 door uitholling 8,5 - slagvolume Vs = 3 3 Reb - vermogen : als V s van 1 kamer = 500 cc; 4-takt dan 1 omwenteling van zuiger arbeidsslag geleverd in 3 ruimten van 500 cc W i 1500 cc maar krukas draait 3 omwentelingen cfr 4-takt 1500 2 = 1000cc per 2 omwentelingen krukas 3 speciale motor slide 4.
2.2. Werkingskarakteristieken 1. volledig uit te balanceren tegengewicht (2), om geen moment te creëren 2. compacte motor, vooral 2-cilinder uitvoering 3. grote seriën, minder motoronderdelen, goedkoper 4. lange platte verbrandingskamer - vlamweg langer, minder isochore verbranding en T max lager meer wandkoeling meer condensatie - wandoppervlak/cilindervolume en onvolledige verbranding dus η< i maar η m > η e iets kleiner η i vooral bij deellast : hoger vernoemde effecten belangrijker 5. tweetakt effect bij gedeeltelijk gesloten gasklep (onderdruk na gasklep, dus terugstromen van uitlaatgassen naar inlaatleiding) 6. door lage temperaturen benzine met RON 88 7. pollutie door uitlaatgassen - CO zelfde als klassieke benzine motor ( λ ) - T max kleiner dus NO X - grote koeloppervlak KWS door trage verbranding is Tmax < maar verbranding loopt door tot bijna U O. Niettegenstaande meer koelwand temperatuur uitlaatgassen hoger; KWS geëlimineerd in naverbrander vandaar initieel wankel gunstig tegenover niet strenge pollutiewetgeving speciale motor slide 5.
2.3. Renesis waterstofmotor (Mazda) Fig. 144 elektronisch gestuurd waterstofinjectiesysteem nadelen wankelmotor verminderen met H 2 - langwerpige verbrandingskamers snelle verbranding - geen neerslag onverbrande of gedeeltelijk verbrande KWS (wanden) uitvoering: - directe inspuiting - dubbele waterstofinjectoren - uitstekende vermenging H 2 + lucht Mazda RX-8 Hydrogen RE testauto speciale motor slide 6.
3. Gasmotoren : exclusief LPG motoren - vroegere gasmotoren : stationair bij hoogovens, bij aardgasbronnen - moderne gasmotoren in alle grootten, 2-takt en 4-takt vonkontsteking en ε 12 mengkleppen of aangepaste carburator of injectie gas ontsteekt moeilijker capacitieve ontsteking RON > 100 (voor aardgas) ook opgeladen motoren - ook Dual Fuel Engines dieseluitvoeringen werken ofwel als diesel ofwel met gas (aardgas) en olie als pilootinjectie voor ontsteking methaan (aardgas) samengedrukt tot temperatuur < zelfontstekingtemperatuur pilootinjectie : olie met hoog cetaangetal om vlotte ontsteking en zachte werking speciale motor slide 7.
4. Arme mengsel motoren : (lean burn engines) - bij gasklep volledig open λ 1 - bij ralentie λ 1 bij alle andere gasklepstanden arm mengsel met λ= 1,1 tot λ= 1,6 arm mengsel homogeen verdeeld - arme mengsels ontsteken slecht (misfire limit) creëren initiële sterke (baby) vlamkern swirl door schikking inlaatkanaal creëren van squish hogere vonkenergie grotere elektroden afstand compacte verbrandingskamers eventueel twee bougies eventueel voorverwarmen lading speciale motor slide 8.