Bourke Motor - Bourke engine

Vierzylinder-Bourke-Motor
2 aus dem Patent US 2172670 A.
1 aus dem Patent US 2172670 A.
Animation eines Vierzylinder-Bourke-Motors

Der Bourke-Motor war ein Versuch von Russell Bourke in den 1920er Jahren, den Zweitaktmotor zu verbessern . Obwohl er seinen Entwurf fertiggestellt und mehrere funktionierende Motoren gebaut hatte, verstärkten sich der Beginn des Zweiten Weltkriegs , fehlende Testergebnisse und der schlechte Gesundheitszustand seiner Frau, um zu verhindern, dass sein Motor jemals erfolgreich auf den Markt kam. Die wichtigsten behaupteten Vorteile des Designs sind, dass es nur zwei bewegliche Teile hat , leicht ist, zwei Leistungsimpulse pro Umdrehung hat und kein Öl benötigt, das dem Kraftstoff beigemischt wird.

Der Bourke-Motor ist im Grunde ein Zweitaktmotor mit einer horizontal gegenüberliegenden Kolbenbaugruppe, bei der zwei Kolben verwendet werden, die sich gleichzeitig in die gleiche Richtung bewegen, so dass ihre Betriebe um 180 Grad phasenverschoben sind. Die Kolben sind anstelle des üblicheren Kurbelwellenmechanismus mit einem Scotch-Yoke- Mechanismus verbunden, sodass die Kolbenbeschleunigung vollkommen sinusförmig ist . Dies führt dazu, dass die Kolben mehr Zeit im oberen Totpunkt verbringen als herkömmliche Motoren. Die ankommende Ladung wird in einer Kammer unter den Kolben komprimiert, wie bei einem herkömmlichen Zweitaktmotor mit Kurbelgehäuse. Die Pleueldichtung verhindert, dass der Kraftstoff das Schmieröl am unteren Ende verunreinigt.

Operation

Der Betriebszyklus ist dem eines aktuellen Zweitakt- Funkenzündungs -Zweitakts mit Kurbelgehäusekompression sehr ähnlich , mit zwei Modifikationen:

  1. Der Kraftstoff wird direkt in die Luft eingespritzt, wenn er sich durch die Übergabeöffnung bewegt.
  2. Der Motor ist so ausgelegt, dass er nach dem Aufwärmen ohne Funkenzündung läuft. Dies ist als Selbstentzündung oder Diesel bekannt, und das Luft / Kraftstoff-Gemisch beginnt aufgrund der hohen Temperatur des Druckgases und / oder des Vorhandenseins von heißem Metall in der Brennkammer zu brennen .

Design-Merkmale

Die folgenden Konstruktionsmerkmale wurden identifiziert:

Mechanische Merkmale

Gasfluss und thermodynamische Eigenschaften

  • Niedrige Abgastemperatur (unter der von kochendem Wasser), sodass keine Metallabgaskomponenten erforderlich sind; Kunststoff können verwendet werden, wenn keine Festigkeit von der Abgasanlage erforderlich ist.
  • Das Kompressionsverhältnis von 15: 1 bis 24: 1 sorgt für einen hohen Wirkungsgrad und kann bei Bedarf für verschiedene Kraftstoffe und Betriebsanforderungen leicht geändert werden.
  • Kraftstoff wird verdampft, wenn er in die Übergabeöffnungen eingespritzt wird, und die Turbulenzen in den Ansaugkrümmern und die Kolbenform über den Ringen schichten das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den Brennraum.
  • Lean Burn für mehr Effizienz und weniger Emissionen.

Schmierung

  • Bei dieser Konstruktion werden Öldichtungen verwendet, um zu verhindern, dass die Verschmutzung durch die Brennkammer (die durch das Durchblasen des Kolbenrings in Viertakten und nur durch die Verbrennung in zwei Hüben entsteht) das Kurbelgehäuseöl verschmutzt und die Lebensdauer des Öls verlängert, wenn es langsam verwendet wird um die Ringe mit Öl voll zu halten. Es wurde gezeigt, dass Öl langsam verwendet wird, aber die Überprüfung der Menge und Sauberkeit des Öls wurde von Russell Bourke, seinem Schöpfer, weiterhin empfohlen.
  • Das Schmieröl im Boden ist durch eine Öldichtung über der Pleuelstange vor Verschmutzung der Brennkammer geschützt.
  • Die Kolbenringe werden aus einer kleinen Zufuhröffnung in der Zylinderwand am unteren Totpunkt mit Öl versorgt.

Behauptete und gemessene Leistung

  • Der Wirkungsgrad - 0,25 (lb / h) / PS - wird angegeben - ungefähr gleich dem besten Dieselmotor oder ungefähr doppelt so effizient wie die besten zwei Hübe. Dies entspricht einem thermodynamischen Wirkungsgrad von 55,4%, was für einen kleinen Verbrennungsmotor ein außerordentlich hoher Wert ist . In einem Test, der von einem Dritten beobachtet wurde, betrug der tatsächliche Kraftstoffverbrauch 1,1 PS / (lb / h) oder 0,9 (lb / h) / PS, was einem thermodynamischen Wirkungsgrad von etwa 12,5% entspricht, was typisch für einen Dampf aus den 1920er Jahren ist Motor. Ein Test eines 30-Kubikzoll-Vaux-Motors, der von einem engen Mitarbeiter von Bourke gebaut wurde, ergab einen Kraftstoffverbrauch von 1,48 lb / (PSh) oder 0,7 lb / h / PS bei maximaler Leistung.
  • Leistung zu Gewicht - Der Silver Eagle soll 25 PS aus 45 lb oder ein Leistungsgewicht von 0,55 PS / lb leisten. Der größere 140-Kubikzoll-Motor leistete 120 PS ab 125 lb oder ungefähr 1 PS / lb. Es wurde behauptet, dass das Modell H 60 PS mit einem Gewicht von 95 lb leistet, was ein Leistungsgewicht von 0,63 PS / lb ergibt. Es wurde berichtet, dass der 30-Kubikzentimeter-Zwilling 114 PS bei 15000 U / min und einem Gewicht von nur 38 Pfund leistet, was unglaublichen 3 PS / Pfund entspricht. Ein 30-Kubikmeter-Nachbau von Vaux Engines leistete jedoch selbst nach umfangreichen Nacharbeiten nur 8,8 PS bei 4000 U / min. Andere Quellen behaupten 0,9 bis 2,5 PS / lb, obwohl kein unabhängiger Test zur Unterstützung dieser hohen Zahlen dokumentiert wurde. Der obere Bereich ist ungefähr doppelt so gut wie der hier gezeigte beste Viertakt-Serienmotor oder 0,1 PS / lb besser als ein Graupner G58-Zweitaktmotor. Der niedrigere Anspruch ist unauffällig und wird von Serien-Viertaktmotoren leicht übertroffen, ganz zu schweigen von Zweitakten.
  • Emissionen - In den veröffentlichten Testergebnissen wurden praktisch keine Kohlenwasserstoffe (80 ppm) oder Kohlenmonoxid (weniger als 10 ppm) erzielt. Für diese Ergebnisse wurde jedoch keine Leistungsabgabe angegeben, und NOx wurde nicht gemessen.
  • Niedrige Emissionen - Es wird behauptet, dass der Motor ohne Änderungen mit Wasserstoff oder einem beliebigen Kohlenwasserstoff betrieben werden kann und nur Wasserdampf und Kohlendioxid als Emissionen erzeugt.

Technische Kritik am Bourke-Motor

Der Bourke-Motor hat einige interessante Eigenschaften, aber die extravaganten Ansprüche an seine Leistung werden wahrscheinlich nicht durch echte Tests bestätigt. Viele der Behauptungen sind widersprüchlich.

  1. Die Dichtungsreibung von der Dichtung zwischen der Luftkompressorkammer und dem Kurbelgehäuse gegen die Pleuelstange verringert den Wirkungsgrad.
  2. Der Wirkungsgrad wird aufgrund von Pumpverlusten verringert, da die Luftladung zweimal komprimiert und expandiert wird, die Energie jedoch nur in einer der Erweiterungen pro Kolbenhub für die Leistung entnommen wird.
  3. Das Motorgewicht ist wahrscheinlich hoch, da es sehr stark gebaut sein muss, um den hohen Spitzendrücken standzuhalten, die infolge der schnellen Hochtemperaturverbrennung auftreten.
  4. Jedes Kolbenpaar ist stark unausgeglichen, da sich die beiden Kolben im Gegensatz zu einem Boxermotor gleichzeitig in die gleiche Richtung bewegen . Dies begrenzt den Drehzahlbereich und damit die Leistung des Motors und erhöht sein Gewicht aufgrund der starken Konstruktion, die erforderlich ist, um auf die hohen Kräfte in den Bauteilen zu reagieren.
  5. Hochgeschwindigkeits-Zweitaktmotoren sind im Vergleich zu Viertaktmotoren in der Regel ineffizient, da ein Teil der Ansaugladung unverbrannt mit dem Auspuff entweicht.
  6. Die Verwendung von überschüssiger Luft verringert das für eine bestimmte Motorgröße verfügbare Drehmoment.
  7. Das schnelle Herausdrücken des Abgases durch kleine Öffnungen führt zu einem weiteren Effizienzverlust.
  8. Der Betrieb eines Verbrennungsmotors bei Detonation verringert den Wirkungsgrad aufgrund des Wärmeverlusts der Verbrennungsgase, die durch die Stoßwellen gegen die Brennkammerwände geschrubbt werden.
  9. Emissionen - obwohl einige Tests unter bestimmten Umständen niedrige Emissionen gezeigt haben, waren diese nicht unbedingt bei voller Leistung. Wenn das Spülverhältnis (dh das Motordrehmoment) erhöht wird, werden mehr HC und CO emittiert.
  10. Durch eine längere Verweilzeit bei OT kann mehr Wärme auf die Zylinderwände übertragen werden, wodurch der Wirkungsgrad verringert wird.
  11. Im Selbstzündungsmodus wird der Zeitpunkt des Starts der Verbrennung durch den Betriebszustand des Motors gesteuert und nicht direkt wie bei einer Fremdzündung oder einem Dieselmotor. Als solches kann es möglich sein, es für eine Betriebsbedingung zu optimieren, jedoch nicht für den weiten Bereich von Drehmomenten und Drehzahlen, den ein Motor normalerweise sieht. Das Ergebnis ist ein geringerer Wirkungsgrad und höhere Emissionen.
  12. Wenn der Wirkungsgrad hoch ist, müssen die Verbrennungstemperaturen hoch sein, wie es der Carnot-Zyklus erfordert , und das Luft-Kraftstoff-Gemisch muss mager sein. Hohe Verbrennungstemperaturen und magere Gemische führen zur Bildung von Stickstoffdioxid .

Patente

Russell Bourke erhielt 1939 britische und kanadische Patente für den Motor: GB514842 und CA381959.

Er erhielt 1939 auch das US-Patent 2,172,670 .

Verweise

Externe Links