Beschreibung

Hubkolben

Hubkolbenmotor

Entwicklung des Drehmomentes:

Bei einem Hubkolbenmotor (HKM) entwickelt sich der Drehmomentverlauf wie folgt:
Im Bereich des oberen Totpunkt OT setzt die Verbrennung ein, der Druck steigt dann kontinuierlich auf z.B. etwa 100 bar (Dieselmotor, Direkteinspritzung, aufgeladen) an. Der Hebelarm der zu über-tragenden Kraft ist annähernd bei Null und erreicht sein Maximum bei 90°. Dann ist die Verbren-nung aber schon längst erloschen und der Zylinderdruck beträgt nur noch um 10 bar. Das größte wirksame Drehmoment liegt bei etwa 20° nach OT.
Die optimale Ausnutzung des Hebelarms wäre aber zwischen 45° nach OT (ca. 35 bar) bis 135° nach OT (<5 bar).

Drehkolbenmotor

Drehkolbenmotor

Der Drehmomentverlauf des Drehkolben-Motors (DKM) ist wie folgt:
Der kleinste wirksame Hebelarm ist dann, wenn der Schieber eingefahren ist (s=0), also kein Kraft auf ihn einwirken kann. Sobald der Schieber aus dem Rotor hervortritt und Druckkräfte auf ihn einwirken können entsteht ein Drehmoment. Beim Drehkolbenmotor kann, beim maximalen Hub der Schiebers, das Drehmoment voll über einen Winkel von 90° genutzt werden. Bei Beginn der Schie-berbewegung vergrößert sich der wirksame Hebelarm und das größte wirksame Drehmoment liegt bei etwa 50°wo auch der maximale Druck von etwa 100 bar liegt.

Fazit:

Der Hubkolbenmotor entwickelt seine größte Kraft im Bereich des OT wo der Hebelarm nahe Null ist und sein größtes liegt Drehmoment bei ca. 20°KW. Beim größten Hebelarm (90°KW) ist die wirksame Kraft an der Kurbelwelle und somit das Drehmoment nur noch ein Bruchteil von der Kraft im OT.

Der Drehkolbenmotor kann die Druckkräfte bei max. Hebelarm über 90° entwickeln.

Vergleich DKM und HKM: wirksamer Hebelarm, Drehmomentverlauf, Zylinderdruckverlauf

Die Verbrennung:

DKM: Durch das 4-Schieber/ 2-Kammersystem ergeben sich beim Drehkolbenmotor vier Verbrennungen pro Umdrehung (360°).

HKM: Ein 4 Zyl. Hubkolbenmotor hat zwei Verbrennungen auf 360°. Der komplette Arbeitszyklus (vier Verbrennungen) beträgt bei einem 4 Zylinder Motor 720°.

Diskussion der nebenstehenden Graphik:

Der wirksame Hebelarm:
Es ist deutlich erkennbar, daß der DKM über einen großen Winkelbereich fast den vollständigen max. wirksamen Hebelarm zu Verfügung hat, während beim HKM das Maximum des wirksamen Hebelarms nur an einem Punkt erreicht wird.

Der Drehmoment- und Druckverlauf:
Man kann sehen, daß der HKM sein größtes Drehmoment bei einem sehr kleinen Hebelarm hat und der Zylinderdruck bereits wieder stark abfällt.
Beim DKM fallen max. Zylinderdruck, mit max. Drehmoment und max. Hebelarm praktisch zusammen.

Fazit:

Dadurch, daß der DKM vier mal ein Drehmoment mit max. wirksamen Hebelarm pro Umdrehung erzeugt, ergibt sich: daß der DKM bei gleichem Hubraum eine höhere Leistung als der HKM erzie-len kann (s. Tabelle).