DE1909227A1 - Gemischverdichtender Motor mit Fremdzuendung - Google Patents

Gemischverdichtender Motor mit Fremdzuendung

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DE1909227A1
DE1909227A1 DE19691909227 DE1909227A DE1909227A1 DE 1909227 A1 DE1909227 A1 DE 1909227A1 DE 19691909227 DE19691909227 DE 19691909227 DE 1909227 A DE1909227 A DE 1909227A DE 1909227 A1 DE1909227 A1 DE 1909227A1
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DE19691909227
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Dipl-Ing Hans Riedel
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RIEDEL DIPL ING HANS
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RIEDEL DIPL ING HANS
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    • FMECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F02COMBUSTION ENGINES; HOT-GAS OR COMBUSTION-PRODUCT ENGINE PLANTS
    • F02BINTERNAL-COMBUSTION PISTON ENGINES; COMBUSTION ENGINES IN GENERAL
    • F02B1/00Engines characterised by fuel-air mixture compression
    • F02B1/02Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition
    • F02B1/04Engines characterised by fuel-air mixture compression with positive ignition with fuel-air mixture admission into cylinder
    • F02B1/06Methods of operating

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Combustion & Propulsion (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • Output Control And Ontrol Of Special Type Engine (AREA)
  • Combustion Methods Of Internal-Combustion Engines (AREA)

Description

  • Gemischverdichtender Motor mit Fremdzüdung, Die Erfindung betrifft einen gemischverdichtenden Motor mit yresdzündung.
  • Gemäß der Theorie der Vergleichsprozesse ist bei allen Verbrennungskraftmaschinen die Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses interessant, weil damit eine Steigerung der von der Maschine abgebbaren Leistung verbunden ist.
  • Bei gemischverdichtenden Motoren mit Frendzündung nimmt jedoch mit dem Verdichtungsverhältnis die Neigung zu, daß die nach der ordnungsgemaßen Zündung durch die Ladung hindurch mit einer bestimmten Flammenfortpflanzungsgeschwindigkeit stetig fortschreitende Verbrennung schlagartig in eine sehr rasche, nahezu gleichzeitige Verbrennung der Gesamtheit des noch unverbrannten Restes der Ladung umschlägt, was sich als Klopfen bemerkbar macht. Dieses Klopfen tritt dann ein, wenn gegen Ende der durch den Zündfunken eingeleiteten Verbrennung das noch nicht verbrannte Gemisch durch die Volumenzunahme des zuerst verbrannten Gemisches adiabat verdichtet und über seine Selbstzilndungstemperatur erhitzt wird. Da bei den bekannten, gemischverdichtenden Motoren mit Sremdzündung - Ottomotoren - der Zdndpunkt circa 20 - 50° OlTCW vor dem oberen Totpunkt liegt, addiert sich zu dieser adiabaten Verdichtung, bis der obere Totpunkt erreicht ist, die durch die Volumenverkleinerung des Verbrennungsraumes bedingte Verdichtung, so daß dem Verdichtungsverhältnis in Abhängigkeit von dem jeweils verwendeten Kraftstoff bestimmte enge Grenzen gezogen sind, wobei in der Regel das Verdichtungsverhältnis £ kleiner als 10 ist.
  • Es ist grundsätzlich bekannt, daß die Klopfneigung abnimmt, wenn der Zündzeitpunkt näher an den oberen Totpunkt herangelegt wird; eine derartige später erfolgende Vorzündung hat jedoch eine Verschlechterung des Wirkungsgrades zur Folge. So geht man z.B. davon aus, daß die Verbrennung im wesentlichen bei 15 - 250 K' nach dem oberen Totpunkt abgeschlossen sein zoll.
  • Bei Berücksicitigung dieser bekannten Zusammenhänge ist es erforderlich, je nach dem Verwendungszweck bei der Einstellung des Motors bzw. der Maschine einen Kompromiß zur Erzielung der optimalen Bedingungen zu suchen.
  • Es kann grundsätzlich davon ausgegangen werden, daß bei den bisher bekannten Ottomotoren, bei denen die Zündung des verdichteten Gemisches vor Erreichen des oberen Totpunktes erfolgt, der optimale Kompromiß zwischen der Höhe des Verdichtungsverhältnisses und dem Zündzeitpunkt bereits verwirklicht ist und daß, jeweils für einen gegebenen Kraftstoff, eine weitere Wirkungsgradverbesserung nicht mehr gegeben ist.
  • Unter Berücksichtigung dessen, daß die Höhe des Verdichtungsverhältnisses von ausschlaggebender Bedeutung für eine Beschleunigung der Verbrennung und damit für eine Xlirkungsgradverbesserung ist, liegt der Erfindung die rufgabe zugrunde, einen gemischverdichtenden Rotor mit Fremdztindung zu schaffen, mit dem sich ein höheres Drehmoment und eine größere Leistung erzielen läßt als bei den bisher bekannten Motoren der in Frage stehenden Art.
  • Zur Lösung dieser Aufgabe ist der gemischverdichtende Motor mit Fremdzündung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß er ein Verdichtungsverhältnis aufweist, welches so hoch gewählt ist, daß eine Selbstzündung des Brennstoffes im oberen Totpunkt gerade noch vermieden wird, und daß die Zündung so kurz nach dem oberen Totpunkt zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem eben noch ein klopffreier Lauf gewährleistet ist.
  • Verdichtet man die Ladung so weit, daß eine Selstzündune des Gemisches gerade noch vermieden wird, d.h. daß die Verdichtungsendtemperatur der Ladung gerade noch unterhalb der Selbstzündungstemperatur liegt, dann läuft bei einer kurz nach dem oberen Totpunkt angenommenen Wandung dieser Ladung von der Zündstelle eine Flammenfront in den gemischerfüllten Raum hinein, und zwar mit einer mit dem Verdichtungsverhältnis zunehmenden Verbrennungsgeschwindigkeit.
  • Grundsätzlich ist zu beachten, daß im Augenblick der Zündung, die mit einer Temperatur- und Drucksteigerung an der Zündungsstelle verbunden ist, wie bei jeder Druckstörung ähnlicher Größe, Druckwellen bzw. Explosionswellen entstehen, die mit Schallgeschwindigkeit vorauslaufen. $Diese Schallgeschwindigkeit ist proportional der Wurzel aus der absoluten Temperatur, so da3 angesichts der - verglichen mit bekannten Ottomotoren -höheran Verdichtungsendtemperatur, diese Druckwellen schneller laufen als bei den bekannten Ottomotoren. Wie bei bekannten Ottomotoren, bei denen die ündung vor Erreichen des oberen Totpunktes erfolgt, werden auch bei dem erfindungsgemäßen Ottomotor in der noch unverbrannten Ladung durch die mit Schallgeschwindigkeit vorauslaufenden Druckwellen Dracs- und Temperaturzustände hervorgerufen, die das noch gar nicht von der Flamme erreichte Gemisch zur Selbstzündung veranlassen könnten, was edoch gemäß der Erfindung dadurch vermieden wird, daß die Verbrennung in einem Raum verläuft, der sich, da die Zündung nah dem oberen Totpunkt erfolgt, während der Verbrennung vergrößert, da sich gleichzeitig auch infolge des höheren Verdichtungsvezhältnisses die Verbrennungsgeschwindigkeit erhöht, ergeben sich idealere Verhältnisse als bei dem bekannten Ottomotor. Abgesehen davon stehen maßgebliche Wissenschaftler wie Prof. F.A.F. Schmidt, s. "Verbrennungskraftmaschinen", Verlag Oldenbourg 1951, S. 43 und 77, auf dem Standspunkt, daß in dem kleinen Verbrennungsraum, wie er bei Kraftmaschinen der in Frage stehenden Art üblich ist, in der kurzen zur Verfügung stehenden Zeit keine Möglichkeit zur Entwicklung einer Explosionswelle besteht, ja zum Anlaufen einer solchen Explosionswelle eine erhebliche Strecke ( 1 - 2 m) erforderlich ist, wie Versuche im Rohr gezeigt haben. Es ergibt sich somit, daß beim Gegenstand der Erfindung infolge der nach dem oberen Totpunkt liegenden Fremdzündung trotz des höheren Verdichtungsverhältnisses die davon abhängige höhere Verbrennungsgeschwindigkeit und der sich während der Verbrennung vergrößerte Verbrennungsraum dazu beitragen, die Klopfneigung herabzusetzen, während bei den bekannten Ottomotoren die niedrigere Verbrennungsgeschwindigkeit und der sich während der Verbrennung bis zum Erreichen des oberen Totpunktes verkleinernde Verbrennungsraum in dieser Hinsicht einen negativen Einfluß haben.
  • Für den erfindungsgemäßen rotor ist es somit wesentlich, daß die öhe des Verdichtungsverhältnisses und der Zeitpunkt der nach Erreichen des oberen Totpunktes erfolgenden Zündung gemeinsam beachtet werden, wobei für verschiedene Kraftstoffe bei der Einstellung der Maschine Kompromisse zur Erzielung der optimalen nedingungen zu machen sind.
  • Betrachtet man den bekannten Ottomotor mit vor Erreichen des oberen Totpunktes liegendem Zündzeitpunkt, 90 würde auch bei diesem eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses eine Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit, diese aber keine Leistungssteigerung mehr mit sich bringen, weil der Motor "klopfen" würde, und diesem "Kopfen" durch entsprechende Bückverlegung des Zündzeitpunktes im Bereich der Vorzündung begegnet werden mußte. Eine Erhöhung der Verbrennungsgeschwindigkeit war also bei den bekannten Ottomotoren mit vor Erreichen des oberen Totpunktes liegendem Zündzeitpunkt nicht mehr zu verwirklichen, wobei eine Leistungssteigerung nur dann möglich ist, wenn die vernendeten =rraftstoffe hinsichtlich der Klopffestigkeit weiter verbessert würden.
  • Im Gegensatz dazu läßt sich durch den erfindungsgemäßen rotor bei vergleichbaren Kraftstoffen gegenüber den bekannten Ottomotoren eine beträchtliche Leistungssteigerung erzielen, da z.B. B . mit e einem Verdichtungsverhältnis in der Größenordnung von 14 : 1 gearbeitet werden kann, wobei vorzugsweise der Zündzeitpunkt circa 1o - 300. Kw, vorzugsweise 150 KW nach dem oberen Totpunkt liegen könnte.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen näher beschrieben. Es zeigen: Fig. 1 schematische Ansichten eines Viertaktmotors zu und 2 Beginn des zweiten bzw. dritten Arbeitstaktes und Fig. 3 ein abgewickeltes Diagramm des erfindungsgemäßen Viertakt-Ottomotors.
  • Fig. 1 zeigt den Motor im wesentlichen zu Beginn des zweiten Taktes bzw. zu Beginn des Verdichtungshubes des Kolbens 1.
  • Fig. 2 zeigt den Motor zu Beginn des dritten Taktes, nachdem der Kolben 1 gerade den oberen Totpunkt überschritten hat. Wie das in Fig. 3 dargestellte abgewickelte Diagramm zeigt, erfolgt die Zündung nach Uberschreiten des oberen Totpunktes, d.h. während der Abwärtsbewegung des Kolbens 1, d.h. bei sich vergrößerndem Verbrennungsraum. Aus Gründen einer vereinfachten Darstellung ist der Zylinderraum 2 über seine gesamte Höhe zylinderförmig gestaltet, so daß das Hubvolumen direkt proportional dem Hubweg Sh und der Verdichtungsraum direkt proportional der Wegstrecke Sk ist. Unter der Annahme, daß z.B. Sh = 13 cm und Sk = 1 cm ist, ergibt sich demzufolge gemäß der Gleichung ein Verdichtungsverhältnis £ = 14, wobei Fk = Kolbenfläche, Vh = Hubvolumen und Vk = Verdichtungsraum ist.
  • Das Diagramm gemäß Fig. 3 zeigt, daß die Zündung nach Beendigung des Verdichtungshubes kurz hinter dem oberen Totpunkt erfolgt, wobei der Zündzeitpunkt in Abhängigkeit von dem jeweiligen Kraftstoff, d.h. in Abhängigkeit von dem gewählten Verdichtungsverhältnis zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem eben noch ein klopffreier Lauf gewährleistet ist-. Wenn davon ausgegangen wird, daß pkr der kritische Druck ist, bei dem eine Selbstzündung erfolgen würde, bedeutet dies, daß der Zündzeitpunkt so gewählt werden muß, daß der maximale Verbrennungsdruck kleiner ist als

Claims (1)

  1. Patentanspruch Gemischverdichtender Motor mit Fremd zündung, d a -d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, d a ß er ein Verdichtungsverhältnis aufweist, welches so hoch gewählt ist, daß eine Selbstzündung des Brennstoffs im oberen Totpunkt gerade noch vermieden wird, und da3 die Zündung so kurz nach dem oberen Totpunkt zu einem Zeitpunkt erfolgt, in welchem eben noch ein klopffreier Lauf gewährleistet ist.
    L e e r s e i t e
DE19691909227 1969-02-25 1969-02-25 Gemischverdichtender Motor mit Fremdzuendung Ceased DE1909227A1 (de)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2309722A1 (fr) * 1975-05-02 1976-11-26 Gen Motors Corp Moteurs a combustion interne a allumage par etincelles, et procede pour faire fonctionner un tel moteur
DE3003623A1 (de) * 1980-02-01 1981-08-06 Hans Dipl.-Ing. 8397 Bad Füssing Riedel Gemischverdichtender motor mit fremdzuendung und gleichdruckverbrennung

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2309722A1 (fr) * 1975-05-02 1976-11-26 Gen Motors Corp Moteurs a combustion interne a allumage par etincelles, et procede pour faire fonctionner un tel moteur
DE3003623A1 (de) * 1980-02-01 1981-08-06 Hans Dipl.-Ing. 8397 Bad Füssing Riedel Gemischverdichtender motor mit fremdzuendung und gleichdruckverbrennung

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