Mehrstoffmotor

Multifuel ist jede Art von Motor, Kessel oder Heizgerät oder einer anderen Brennstoffverbrennungsvorrichtung, die dazu ausgelegt ist, mehrere Brennstofftypen im Betrieb zu verbrennen. Eine häufige Anwendung der Mehrstoff-Technologie findet in militärischen Umgebungen statt, in denen der normalerweise verwendete Diesel- oder Gasturbinenkraftstoff während des Kampfes für Fahrzeuge oder Heizgeräte möglicherweise nicht zur Verfügung steht. Mehrstoffmotoren und -kessel haben eine lange Geschichte, aber die wachsende Notwendigkeit, andere Kraftstoffquellen als Erdöl für den Transport, die Heizung und andere Zwecke zu schaffen, hat zu einer zunehmenden Entwicklung der Mehrstoff-Technologie für nicht-militärische Zwecke geführt, die zu vielen flexiblen Kraftstoffen führt Fahrzeugdesign in den letzten Jahrzehnten.

Ein Mehrkraftstoff-Motor ist so konstruiert, dass sein Verdichtungsverhältnis die Verbrennung des niedrigsten Oktan-Kraftstoffs der verschiedenen akzeptierten alternativen Kraftstoffe ermöglicht. Um diesen höheren Anforderungen gerecht zu werden, ist eine Verstärkung des Motors erforderlich. Bei Mehrstoffmotoren sind manchmal Schaltereinstellungen vorhanden, die manuell eingestellt werden, um verschiedene Oktane oder Kraftstoffarten aufzunehmen.

Geschichte
Bereits 1903 präsentierte der deutsche Ingenieur Joseph Vollmer den ersten Lastwagen der NAG, der Automobilsparte der AEG, die von einem Mehrkraftstoffmotor angetrieben wurde. Der Benzinmotor mit 50 PS arbeitete mit Magnetzündung und einem Vergaser, der sowohl für Benzin als auch für Alkohol ausgelegt war.

Da es in der Anfangszeit der Automobilgeschichte schwierig war, spezialisierte Kraftstoffe zu erhalten, verwendeten relativ viele Hersteller Mehrkraftstoffmotoren. Mit dem Ausbau des Tankstellennetzes verloren diese Konstruktionen an Bedeutung. Multi-Fuel-Motoren sind heute besonders im militärischen Bereich beliebt, wo häufig eine größtmögliche Unabhängigkeit von bestimmten Kraftstofftypen angestrebt wird.

Arbeitsprinzip
Ein gemischter Motor arbeitet nach dem Otto-Verfahren, bei dem die Verbrennung durch eine Zündung oder einen Funken von einer Zündkerze ausgelöst wird. Die Bildung des brennbaren Gemisches erfolgt außerhalb der Brennkammer; in einem Vergaser oder durch Kraftstoffeinspritzung in den Ansaugkrümmer.

Ein Gemisch aus Kraftstoff und Luft bildet sich außerhalb der Brennkammer. Unter normalen Bedingungen enthält Luft 80% Stickstoff (N 2) und 20% Sauerstoff (O 2). Aufgrund des vorhandenen Sauerstoffs ist dieses Gemisch brennbar. Das Gemisch wird durch einen dort während des Einlasstakts erzeugten Unterdruck in die Brennkammer gesaugt. Nach dem Einlasshub folgt der Kompressionshub: Die Mischung wird komprimiert. Nach der Kompression bringt ein Funke das Gemisch zur Zündung. Dies bewirkt einen Druckanstieg, der wiederum einen Volumenanstieg bewirkt. Die Volumenzunahme überträgt sich in den Arbeitshub. Bei diesem Kampf wird an der Umgebung gearbeitet, beispielsweise an einem Fahrzeug oder einer Pumpe. Bei der Konstruktion eines klassischen Gemischtriebwerks wird nach einem Carnot-Verfahren gesucht.

Der Begriff Gemischmotor entstand aus der Notwendigkeit, beim Dieselmotor zu unterscheiden. Bei einem Dieselmotor wird der Kraftstoff erst am Ende der Verdichtung mit der Luft gemischt.

Brennstoffe
Der Kraftstoff für einen Mischmotor ist gewöhnlich, jedoch nicht ausschließlich, Benzin. Infolgedessen wird ein falsch verwendeter Ottomotor als Synonym für Ottomotor oder Gemischmotor verwendet.

Erdgas
Benzin
E85 oder Bioethanol
Kerosin
LPG
Nitromethan
Methanol

Motorvarianten
Mehrstoffmotoren sind im Allgemeinen selbstzündende Hubkolbenmotoren, die nach dem Dieselprinzip arbeiten. Darüber hinaus haben einige Motorversionen eine Funkenzündung, da nicht alle Kraftstoffe ohne sie richtig zünden. Die Vielzahl der Kraftstoffe wie Benzin, Erdöl, Kerosin, Pflanzenöl, Ethanol, Holzgas oder Schweröl führt je nach ihren Eigenschaften, beispielsweise der Cetanzahl, Oktanzahl und Viskosität, zu unterschiedlichen Konstruktionen (siehe auch Verbrennungsmotor und Überblick über die Injektionstechnik).

Obwohl Multi-Fuel-Motoren in der Regel nach dem Dieselprinzip arbeiten, unterscheiden sie sich in ihrer Konstruktion aus reinen Dieselmotoren, die nur für Dieselkraftstoff ausgelegt sind. Zum einen müssen technische Lösungen bereitgestellt werden, um die Temperatur des Gemisches zu erhöhen, so dass sich alle verwendeten Brennstoffe innerhalb der zulässigen Zündverzögerung spontan entzünden. Dies kann durch Erhöhung der Kompression oder durch Vorwärmen der Ansaugluft erfolgen. Die Ansaugluftvorwärmung kann wiederum durch Aufladung ohne Ladeluftkühler, Abgasrückführung oder elektrische Beheizung im Ansaugtrakt erreicht werden. Ebenfalls unterstützt wird eine Zündkerze, eine Glühkerze, die in der Brennkammer verwendet wird.

Zum anderen muss die Einspritzpumpe an den Schmierölkreislauf angeschlossen werden, da einige der eingesetzten Kraftstoffe keine Schmierwirkung haben. Der Lohmann-Motor kommt ohne Einspritzventil und Vergaser aus.

Bei der Gestaltung aller Dichtungen ist auch zu beachten, dass sie nicht von den verschiedenen Kraftstoffen angegriffen werden.

Bekannte Mehrstoffmotoren umfassen:

Mittlerer kugelförmiger Motor
Elsbett-Motor
Lohmann-Motor
Glühkerzenmotor (Lanz Bulldog)
Benzinmotor
Übersicht der Brennstoffe
Es können sowohl fossile als auch erneuerbare Brennstoffe verwendet werden:

LPG, auch bekannt als Autogas (LPG = Liquefied Petroleum / Propangas, auch Niederdruckgas), ist bekannt
Erdgas (CNG = Compressed Natural Gas oder LNG = Flüssigerdgas)
Benzinkraftstoffe wie Benzin oder Alkohole
Leichtöle wie Dieselkraftstoff und Biodiesel
schwere öle
Kohlenstaub

Vorteile und Nachteile
Nachteile
Der Nachteil eines Gemischmotors ist die Begrenzung des maximal erreichbaren Verdichtungsverhältnisses aufgrund der Gefahr des Klopfens. Für Benzin liegt die maximale (sichere) Kompressionsrate bei etwa 15: 1. Einige moderne Hochleistungs-Supersport-Motorräder verfügen bereits ab Werk über eine Kompressionsrate von 14: 1, ohne dass zusätzliche Zusätze hinzugefügt werden müssen, um die Klopfgrenze zu erhöhen Detonationsgrenze noch weiter. Dieselmotoren erreichen einen deutlich höheren thermischen Wirkungsgrad, da das Verdichtungsverhältnis auf 40: 1 ansteigen kann. Dies führt dazu, dass ein Gemischmotor einen höheren Kraftstoffverbrauch hat.

Ein zweiter Nachteil ist, dass die Kraftstoffe leicht entflammbar sind und daher bereits bei niedrigen Temperaturen verdampfen. Bei einer Außentemperatur von 10 ° C besteht bereits bei einem LPG-Motor Explosionsgefahr. Der Kraftstofftank eines Mischmotors ist schwer.

Leistungen
Ein wichtiger Vorteil des Gemischmotors ist die leichtere Version, die dem Einstandspreis zugute kommt.

Der Motor wird hauptsächlich von der Armee eingesetzt. Wenn der Kraftstoffvorrat stagniert, können die Fahrzeuge noch fahren, da sie relativ leicht auf einen anderen verfügbaren Kraftstoff umsteigen könnten.

Anwendungen
Die Verwendung von Mehrstoffmotoren ist heute praktisch auf Militärfahrzeuge, insbesondere Panzer, beschränkt. Ein Beispiel ist der Kampfpanzer Leopard 2 der Bundeswehr.

Bei der öffentlichen und privaten Nutzung werden z. Für die Stromversorgung von weit entfernten Farmen in Blockheizkraftwerken liefern sie elektrische Energie und Wärme.

Multi-Fuel-Glühkopfmotoren sind in alten Traktoren und Schiffsdieseln zu finden. Die auf Schiffen häufig eingesetzten Schweröl-Zweitakt-Dieselmotoren können auch als technische Variante der Mehrstoffmotoren angesehen werden, auch wenn sie bereits aus wirtschaftlichen Gründen (niedrige Kraftstoffkosten) meist auf Schweröl beschränkt sind.

Militärische Mehrstoffmotoren
Diese Technologie wird häufig in Militärfahrzeugen eingesetzt, so dass sie eine Vielzahl alternativer Kraftstoffe wie Benzin oder Düsentreibstoff einsetzen können. Dies wird in einem militärischen Umfeld als wünschenswert angesehen, da feindliche Aktionen oder die Isolation der Einheiten die verfügbare Brennstoffversorgung einschränken können und umgekehrt feindliche Brennstoffquellen oder zivile Quellen zur Verwendung verfügbar werden können.

Ein großer Einsatz eines militärischen Mehrkraftstoffmotors war die LD-Serie, die in den USA zwischen 1963 und 1970 gebaut wurde. M35 2 1⁄2-Tonnen- und M54-5-Tonnen-Lkw. Ein militärisches Standarddesign mit MAN-Technologie konnte eingesetzt werden verschiedene Brennstoffe ohne Aufbereitung. Sein Hauptbrennstoff war Diesel Nr. 1, Nr. 2 oder AP, aber 70% bis 90% der anderen Kraftstoffe konnten mit Diesel gemischt werden, je nachdem, wie ruhig der Motor laufen würde. Kommerzielles und Flugbenzin mit niedriger Oktanzahl könnte verwendet werden, wenn Motoröl zugegeben wurde, die Düsenkraftstoffdüse A, B, JP-4, 5, 7 und 8 könnte verwendet werden, während ein Notbrennstofföl Nr. 1 und Nr. 2 verwendet werden könnte. In der Praxis verwendeten sie nur Dieselkraftstoff, ihr taktischer Vorteil wurde nie benötigt, und mit der Zeit wurden sie durch kommerzielle Dieselmotoren ersetzt.

Gegenwärtig werden in einer Vielzahl russischer Militärfahrzeuge Mehrstoffmotoren eingesetzt, beispielsweise der T-72-Tank (Mehrstoffdiesel) und die T-80 (Mehrstoff-Gasturbine).

Nichtmilitärische Verwendung
Viele andere Motortypen und andere wärmeerzeugende Maschinen sind für die Verbrennung von mehr als einer Kraftstoffart ausgelegt. Zum Beispiel können einige Heizgeräte und Heizkessel, die für den Heimgebrauch bestimmt sind, Holz, Pellets und andere Brennstoffquellen verbrennen. Diese bieten Kraftstoffflexibilität und -sicherheit, sind aber teurer als Standardeinspritzmotoren. Tragbare Öfen sind manchmal mit Multi-Fuel-Funktion ausgestattet, um den Brennstoff, der während eines Ausflugs gefunden wird, zu verbrennen.

Die Entwicklung von Alternativen zu Kraftfahrzeugen, die ausschließlich mit Benzin betrieben werden, hat die Anzahl der verfügbaren Kraftfahrzeuge, die Mehrstoffmotoren verwenden, stark erhöht, wobei diese Fahrzeuge im Allgemeinen als Zweistofffahrzeug oder Fahrzeug mit flexiblem Kraftstoff bezeichnet werden.

Underperformance-Probleme
Mehrstoffmotoren sind nicht notwendigerweise zu schwach, aber in der Praxis hatten einige Motoren Probleme mit der Leistung aufgrund konstruktiver Kompromisse, die erforderlich sind, um mehrere Arten von Kraftstoff in demselben Motor zu verbrennen. Das bekannteste Beispiel aus militärischer Sicht ist der vom britischen Chieftain-Kampfpanzer verwendete L60-Motor, der zu einer sehr schleppenden Leistung führte – der Mark I Chieftain (der nur für Training und ähnliche Aktivitäten verwendet wurde) war also zu schwach dass einige nicht in der Lage waren, einen Tanktransporter zu montieren. Ein ebenso schwerwiegendes Problem bestand darin, dass der Wechsel von einem Kraftstoff zu einem anderen oft stundenlange Vorbereitungen erforderlich machte.

Die US-LD-Serie hatte eine Leistung, die mit kommerziellen Dieseln der damaligen Zeit vergleichbar war. Für die 5-Tonnen-Lastwagen war es zu schwach, aber das war die Motorgröße selbst, der Ersatzdiesel war viel größer und stärker. Die LD-Motoren verbrannten den Dieselkraftstoff schlecht und waren sehr rauchig. Das letzte Modell des LDT-465 hatte einen Turbolader, der die Abgasreinigung weitgehend aufräumte.