Richtig, so etwas Ähnliches dürfte der eine oder andere bereits mit Klemmbausteinen (a.k.a Lego) versucht haben: einen Zahnradmotor. Natürlich immer nur mit runden Zahnrädern und nie mit einer Verbrennung am Kolben. Ein interessantes Patent aus den USA will Zahnräder nutzen, um dem Hubkolbenmotor Effizienz beizubringen.
Wobei die zusätzliche Reibung der Zahnpaarungen das locker auffressen dürfte. Doch wie früher bei den Klemmbausteinen gilt: Geht nicht gibt’s nicht. Wobei: Im Gegensatz zum Patent gab es früher keine exzentrischen Zahnräder, die die Basis für diese Erfindung stellen.
Wo ist eigentlich das Problem?
Ein Hubkolbenmotor, wie wir ihn kennen und bisweilen lieben, krankt konstruktiv an seiner fast gegebenen Gleichform der Umdrehung. Alle 4 oder 2 Takte sind mehr oder weniger gleich lang, wobei es gasdynamisch viel mehr Sinn ergäbe, manchen Takt zu verkürzen oder zu verlängern, ohne dabei die Zeit einer Umdrehung zu ändern. Das Verhältnis muss also beibehalten werden.
Und genau hier will Erfinder Brian Schmidt aus Galena, Ohio in den USA ran. Durch eine zusätzliche Antriebswelle am Pleuel nebst unrunden Zahnrädern, die die Wangen der Kurbelwelle darstellen, will er die Dauer der Hubbewegungen verändern.
Lang nach unten, kurz nach oben
Brian möchte mit seiner Art Kurbelgetriebe, wie man seine Erfindung nennen kann, die beiden Abwärtsbewegungen bei einem Viertakter verlängern.
Also den Ansaugtakt und den Arbeitstakt. Längeres Ansaugen bedeutet mehr Füllen mit kühlendem Frischgas, das Potenzial der Zylinderfüllung steigt also. Ein längerer Arbeitstakt erzeugt je nach Gasdruck mehr oder länger Drehmoment.
Die kürzeren Hübe zum Verdichten und Ausstoßen haben theoretisch Vorteile für die Temperaturentwicklung im Zylinder. Beim Ausstoßen drückt der Kolben das heiße Abgas zusätzlich zum Ausdehnen aus dem Brennraum, was das Abkühlen des Brennraums beschleunigt und je nach Steuerzeiten einen höheren Unterdruck im Einlass erzeugt, der Frischgas in den Zylinder saugt. Ob der kürzere Verdichtungstakt ebenfalls positiv Einfluss nimmt, bleibt unklar.
Kürzer am Totpunkt
Durch das Verändern der Dauer der Takte verschiebt Brian Schmidt theoretisch auch die Zeit an den unteren Totpunkten, also den Umkehrpunkten, an denen die Geschwindigkeit null beträgt. Laut Zeichnung ist die Zeit gut 75 Prozent kürzer. Vorteil theoretisch: Der Motor steht kürzer still, verliert daher unter Umständen weniger Schwung, was den Wirkungsgrad weiter erhöhen könnte.
Warum das wohl nicht gehen wird
Brians Erfindung soll das Verbrennen effizienter machen. Also mehr Nm pro Zündung. Und das ist rein thermodynamisch so möglich. Allerdings: Er nutzt auf den ersten Blick zu viele Zahnräder und zusätzliche Gleitlager, die wiederum Reibung erzeugen, was den Wirkungsgrad wieder senken dürfte.
Unabhängig davon dürfte diese Art des Kurbeltriebs sehr rau und laut laufen und die Zahnräder ungleichförmig belasten und verschleißen.
Und da die Motorenindustrie seit über 100 Jahren um den Kompromiss des Hubkolbenmotors weiß, ihn aus Kostengründen aber viel lieber weiterentwickelt als einen Rotationsmotor, dürfte Brians Erfindung genau das auch bleiben: eine hochinteressante Idee.
