Zestakt motor in ontwikkeling

[davide]

Hey,
Na een aanrading van iemand bij Dow chemicals ben ik op jullie intressante site en forum gekomen.
Ik ben bezig met de ontwikkeling van een zestakt verbrandingsmotor draaidende op benzine en water. Na de viergewone slagen, wordt de uitlaatklep gesloten en normaalgezien de inlaatkelp geopend. I.p.v de inlaatklep te openen zou ik rechtstreeks een druppeltje water willen injecteren. Zoals jullie allemaal weten zet water volumineus ongeveer 1600keer uit naar stoom. Door warmte te onttrekken van de cylinderwand en de resterende warme lucht, zou deze druppel omgevormd worden naar stoom en een extra abreidsslag gegenereerd worden. Daarna wordt het stoom via de gewone uitlaatklep weer naar buiten geduwd.
De motor zal praktisch gebruikt worden in een prototype auto voor deel te nemen aan de shell eco marathon. Deze wedstrijd houd in dat teams kleine auto's bouwen die zo ver mogelijk rijden op 1liter benzine. Graag nodig ik u uit om een kijkje te nemen op onze website; www.ecorunner.nl

Veel problemen zijn ontstaan bij dit ontwerp, doch zijn ze bijna allen opgelost. Enig groot overblijvend vraagstuk is hoe ik het water injecteer.... Er bestaan namelijk geen injectoren die water resistent zijn en toch de boogde druk van min.70bar kunnen verwerken.
Voorlopig heb ik de injector vervangen door een tweede ontstekingskaars, maar dit zal dus veranderen als de motor van vier takt naar zestakt gaat.
Graag had ik jullie mening gehad over de mogelijke oplossingen.





[/img]

[Roy Wilms]

Oke, dit vind ik ook leuk. Brainstormen.

Allereerst. Waarom zo´n hoge druk? Heeft dit een reden? de druk in je cilinder is op dat moment immers nul.

Daarnaast moet je eraan denken, dat je uitlaatklep eerder dichtmoet, dan bij een 4 takt. Bij een 4-takt zit er een overlap, zodat in en uitlaatklep tesamen eventjes openstaan voor de spoeling. Zo blijft er zo min mogelijk reeds verbrande gassen achter. (maar hier had je zelf natuurlijk ook al aan gedacht). Je uitlaatklep moet al dicht zijn, vóór dat de zuiger het BDP bereikt. Op BDP moet je immers je water inspuiten, anders "holt" de stoom achter je zuiger aan. (is een tekst uit het boek van Rob van Dort).

Het systeem van waterinjectie wordt in de autosport ook enigsinds toegepast. hierbij dient het om de lucht die door de motor aangezogen wordt, af te koelen.

Misschien is dit iets.

http://www.biesheuvel.nl/shop/page/aquamist

Roy

[davide]

Hey Roy,
idd dit wordt ook in de autosport gebruikt, maar in een totaal ander principe. Aangezien de lucht in turbo's wordt samengeperst, warmt deze op. Die lucht wordt dan afgekoeld dmv water(en soms alcohol) injectie.
Het fundametele verschil dat dat dit in het 'spruitstuk' gebeurd, in mijn geval in de verbrandingskamer.
Die druk van 70 bar, is de druk die bereikt gaat worden bij gewone ontbranding van de benzine. Aangezien ik eigenlijk geen echt idee heb van hoe groot de druk bij het stoom gaat worden, heb ik dezelfde aangenomen. Wetende dat de motor een compressie verhouding van 9-9.5 zal hebben en een totaal volume van 34.2cc. Ook wetende dat de cylinderwand temperatuur op 210° wordt verwacht bij 'normale' viertakt werking, kan miss iemand een schatting maken van de druk die door het stoom zal ontstaan, en is het miss helemaal niet nodig van 70bar te verrekenen.
Dat van die kleppen klopt tevens, maar dat had ik al voorzien door met twee 'verschillende' nokken te werken op de uitlaatklep stooter.

[Roy Wilms]

Davide,

ik dacht dat als je water in stoom veranderd, deze ongeveer 1700 keer zoveel volume wil aannemen. (mits hij hiervoor de ruimte krijgt. Nou denk ik dat jij slim genoeg bent om uit te tellen, hoeveel de druk dan zal worden. (is dus afhankelijk van de hoeveelheid water die je injecteerd)

Is het niet mogelijk, om met een kleine plunjer, die door een nok op je nokkenas wordt aangedreven, op het goede moment een drupel water naar binnen te persen? Lijkt me niet, dat je daar persé een injector voor nodig hebt. Je maakt het dan mechanisch, ipv electrisch gestuurd. (meer het idee van een smeerpompje of voeidindspomp bij een stoommachine).

Maar de injector hoeft zelf toch geen 70 bar te leveren? Hij moet die druk wel aankunnen ja (anders zou hij stuk slaan, als in de cilinder deze druk ontstaat). Hij hoeft immers niet in te spuiten, als er in de cilinder 70 bar zit.

Roy

[davide]

Hehe,
die druk berekenen is nog niet zo eenvoudig, aangezien je wel water kan injecteren, maar niemand kan zeggen hoeveel van het water weldegelijk kan verdampen. Al het deels in watervorm blijft zal de druk veel lager liggen dan indien alles naar stoom omgezet wordt. Aannemende een factor 1700, zou voor een 34.2cc motor de druk 'constant' moeten blijven bij het BDC wanneer 34.2/1700 cc water zou zijn geinjecteerd. Aangezien in dit geval de uitlaatklep best iets vroeger opengaat zodat er niet opnieuw compressie ontstaat, zou deze druk dus hoger kunnen worden indien er meer water wordt geinjecteerd?
Dat idee met die plunjer ben ik ook al een tijdje aan het overpeinzen, het is inderdaad een goede oplossing. Er bestaan reeds dergelijke systemen onder de naam van 'unit injector'. Deze zijn dan nog electrisch bestuurbaar ook. Maar het idee van die plunjer is zeker verder ondezoek waard, aangezien het om een heel kleine hoeveelheid gaat, zou het energetisch verbruik van die plunjer best laag liggen. Ik ga er eens verder over schetsen en tekenen

[john]

Eigenlijk is de 6 takt motor al lang geleden uitgevonden, de zuiger maakte nog 2 slagen extra, deze waren bedoelt om de cilinder “te spoelen”.
Dit was eigenlijk een soort smoes om van het Otto principe ( 4 takt principe) uit te komen.
Door de zuiger 2 extra slagen te laten maken werkte de motor wel net als een 4 takt motor alleen ging de zuiger nog een keer extra heen en weer.

Wat dan wel weer leuk is is dat je nu aan het proberen bent om uit deze loze slagen nog extra vermogen te halen door middel van water injectie.

Heel veel succes met dit project.

[Beunhaas102]

Alles wat meer dan een 2 slag motor is overdone

[john]

beetje lastig met V motor opstelling, 4 takt V8 met gezamelijk carter is een stuk gemakkelijker te constueren dan een V8 met gescheiden carterdelen.

[daniel van der Wilt]

Wanneer je de uitlaatgassen normaal afvoert tijdens de uitlaatslag zal er alsnog erg veel energie verloren gaan en zal door de extra wrijving de rendementswinst nihil zijn.
Je gebruikt eigenlijk alleen de warmte die normaal door het koelsysteem wordt afgevoerd.
Een beter idee is misschien de uitlaatklep dicht te houden en de aanwezige verbrande gassen nogmaals te comprimeren en aan het einde van deze compressieslag water in te spuiten. Dan benut je namelijk ook de uitlaatgaswarmte.
Mechanisch gezien stuit je dan echter wel op problemen omdat je lekverlies langs de zuigerveren drastisch zal toenemen en ook de druk in de injector moet in dit geval erg hoog zijn. (keramische injector toepassen?) De injector moet geïsoleerd worden van de cilinderkop omdat er anders vapour-lock (dampbelvorming) zou optreden in de injector/waterleiding.
Volgens de stoomtabel is de temperatuur van verzadigde stoom bij 50 bar bijvoorbeeld 264 graden celcius.
Op autoweek.nl kun je zien dat BMW experimenteerd met een systeem om stoom op te wekken dmv uitlaatgaswarmte en die dan weer een compressor aan laten drijven die de verbrandingsmotor helpt met het leveren van arbeid. Zij claimen met de zogenaamde turbostreamer 15% brandstof te kunnen besparen.
Dit is een grote verbetering maar door de omslachtigheid van het systeem en het extra toegevoegde gewicht/kosten/productie denk ik dat we iets beters kunnen bedenken.
We zijn denk ik op de goede weg als we de eigenschappen van water/stoom benutten om de verspilde verbrandingswarmte om te zetten in arbeid.
Groeten van Daniel

[Erwin]

ik ben erg benieuwd hoe dit verder gegaan is,

het idee van daniel lijkt me interesant, om de uitlaatgassen nogmaals te comprimeren, probleem is dat je niet alles kan comprimeren, want het zijn de "uitlaatgassen" die zojuist arbeid hebben geleverd, en die wil je met dezelfde druk comprimeren, dat gaat dus niet.

als het een motortje is die een vrij vast toerental draait, zou ik er voor kiezen om met een bepaalde uitlaat-timing ervoor zorgen dat er zo veel mogelijk warmte in de motor blijft, en komt, evt de inlaatlucht opwarmen dmv een warmtewisselaar, en de uitlaatklep vroeg dichten, zodat er praktisch geen spoeling kan plaatsvinden (dat kan zoiezo niet want je wilt 2 takken extra) en zon 30 graden voor bdp water injecteren, want ik denk dat water wel even nodig heeft om uit te zetten, waarschijnlijk doet dit het niet eens snel genoeg voor jou toepassing.

ik denk dat je of aan een dieselpomp met 'common-rail' inspuiting moet denken voor de inspuiting, want, als jij je cilinderkop en de motor lekker heet houd voor een hoog rendement,(ik ga er van uit dat jij niet op het maximale vermogen doelt, want dan wil je juist koud, je wilt zo heet gaan als het kan zonder 'knock' te veroorzaken) moet de druk in de leiding hoger zijn dan de maximale stoomdruk bij diezelfde temparatuur, anders begint het al te stomen in de leiding, dit kan dus niet nagenoeg nul zijn. een mechanische pompverstuiver gaat denk ik niet omdat de druk altijd boven de maximale verdampdruk(stoomdruk) moet zijn.

mvg,

[daniel van der Wilt]

Hoi Erwin,
Leuk dat je meedenkt! Inmiddels ben ik er overigens helemaal uit en heb ik een motor laten bouwen door Jerry van de Heide die met een veel hoger rendement werkt dan conventionele motoren. Ik was er al lang mee bezig maar wilde mijn idee niet prijsgeven.
Helaas kan ik contractueel gezien niet uitwijden over de techniek hierachter.
Wordt ongetwijfeld vervolgd!

[Bart36]

De basis is eigenlijk dat dat je het rendement omhoog wilt brengen als ik het goed begrijp. Een andere optie is wel wat verder gezocht. Het rendement van een verbrandings motor is bijna niks wel veel overtollige warmte deze omzet in elektrische energie (stoomturbine(waar haal je het water vandaan?), stirlingmotor) en het accupack opladen hybride systeem.

Bart

[ZAPJACK]

Als water injectie pomp, u mag even kijken naar het vrachtwagen AD Blue injectiepomp en injecteur
AD Blue sta nu bijna bij alle merken van vrachtwagen