Verbesserte Gleichdruckturbine ermöglicht Leistungssteigerungen bei Triebwerken

Verbrennungskraftmaschinen sind gegenwärtig verantwortlich für viele der umweltschädlichen Emissionen. Eine innovative Maschine könnte es jetzt auf einen Kraftstoff-Energie-Wirkungsgrad von 80 Prozent bringen, drei Mal mehr als mit den gegenwärtigen Technologien möglich.

Seit vor fast hundert Jahren die erste Verbrennungskraftmaschine entwickelt wurde, hat sich am Grundkonzept dieses Maschinentyps nichts geändert. Dieses Konzept bringt es allerdings auch mit sich, dass ein typischer Automotor das Vierfache der Kraftstoffmenge verbraucht, die benötigt wird, um das Fahrzeug in Bewegung zu setzen. Doch jetzt hat ein britischer Ingenieur eine Gasturbinenvariante entwickelt, die nicht nur deutliche Steigerungen in puncto Drehmoment und Wirkungsgrad ermöglichen, sondern auch die derzeitigen Schadstoffmengen um ein Drittel verringern könnte.

Das neu entwickelte Triebwerk ist die erste Rotationsturbine, die geeignet ist, die Anforderungen der kommerziellen Kraftfahrzeug-Transportindustrie zu erfüllen und zugleich die geltenden Vorschriften bezüglich der Schadstoffemissionen zu übertreffen. Dieses Gasturbinenkonzept, das die Vorteile moderner Werkstoffe und eines digitalen Kraftstoffmanagements nutzt, ist eine Kombination aus einer Gleichdruckturbine mit Pulsstrahl und intermittierender Zündung.

Eine Kernkomponente dieses Triebwerks ist das Gleichdruckturbinenelement, bei dem es sich um eine Anordnung aus zwei Kreisschaufeln vanes handelt, die rechtwinklig an einer roterienden Welle montiert sind. Das in einem Ringzylinder rotierende Innenzahnrad wird vorübergehend von einem patentierten, gegenläufig rotierenden ’Yin-Yang’-Ventil geschlossen. Durch diesen Bewegungsablauf können die Schaufeln von der Kompressions- zur Verbrennungsseite wechseln, bevor das Kraftstoff-Luft-Gemisch in den von den Schaufeln zurückgelassenen Raum eingespritzt und gezündet wird.

Die resultierende Energieexpansion zwingt die gegenläufig rotierenden Ventile, Druck auf die Reaktionsplatte auszuüben, was wiederum die Schaufeln auseinanderdrückt und die Kompression von Frischluft bewirkt. Sobald ein zuvor festgelegter Druck erreicht ist, treibt die Energieexpansion die Abgase aus dem Innenzahnrad in ein Reservoir. Das Ergebnis dieses kontinuierlichen Ablaufs ist eine Leistung von 140 PS bei sieben Atmosphären und einer Drehzahl von 1000/min.

Die Vorteile dieses Triebwerks liegen – abgesehen davon, dass es keine Schmierung für Kolbenringe braucht – in einem hohen Drehmoment, geringen Schadstoffemissionen ohne Katalysator sowie geringer Lärm- und Vibrationsentwicklung. Die durch seinen einfachen Aufbau bedingte geringe Reibung bedeutet ferner, dass es auch aus Keramikwerkstoffen der nächsten Generation hergestellt werden könnte. Die Ingenieure sind derzeit auf der Suche nach größeren Fertigungsunternehmen aus der Transportindustrie, die an einer Partnerschaft zur Herstellung kostengünstiger und hochzuverlässiger Triebwerke mit hohem Wirkungsgrad und niedrigen Abgasemissionen interessiert sind.

Kontakt

REYNOLDS, David

St. John’s Innovation Centre Ltd.
Cowley Road
CB40WS
Cambridge
UNITED KINGDOM
Tel: +44-1223-422220
Fax: +44-1223-420844
Email: dreynolds@stjohns.co.uk