DE2613275C2

DE2613275C2 - Drall-Meßeinrichtung

Info

Publication number: DE2613275C2
Application number: DE2613275A
Authority: DE
Inventors: Rolf Dipl.-Ing. Dörper (FH), 7106 Neuenstadt, (verstorben); Götz Dipl.-Ing. 7106 Neuenstadt Tippelmann
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1976-03-27
Filing date: 1976-03-27
Publication date: 1985-01-31
Also published as: DE2613275A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Drall-Meßeinrichtung zur Untersuchung der Drallströmung in simulierten Verbrennungsräumen von Kolbenmotoren, insbesondere Dieselmotoren und Ottomotoren, mit einer zylindrischen Kammer, der eine Drallströmung zuführbar ist bzw. die einen drallerzeugenden Einlaß aufweist.

Es sind bereits Geschwindigkeitsmesser bekannt (DE-OS 22 21 150, 22 57 114, US-PS 38 77 303), bei denen ein Kolben linear oder winkelmäßig entsprechend einer auftreffenden Luftströmung ausgelenkt wird. Der Drall in einer Luftströmung kann damit nicht gemessen werden.

Der Ablauf der Verbrennung in Kolbenmotoren hängt bekanntlich von der guten Durchmischung des Brennstoffs mit der Luft ab, und diese Vermischung ist von der Luftströmung in den Verbrennungsraum abhängig. Es ist seit langem bekannt, daß die Ausbildung eines Dralls im Verbrennungsraum die Durchmischung fördert, jedoch vermindert der Drall häufig den Füllungsgrad des Zylinders. Bei dem Entwurf eines Motors ist deshalb die Drallabstimmung bedeutsam, und dies trifft auch für die unterschiedlichen Betriebsbedingungen (Vollast, Teillast, Drehzahl) eines Kolbenmotors za Drallströmungen sind bisher in Verbrennungsräumen aufgrund der Drehgeschwindigkeit eines Anemometers s untersucht worden, was jedoch keinen quer zur Strömung richtig integrierten Drallwert ergibt. Es ist auch bereits ein mehr globales Verfahren praktiziert worden, indem der Kolben durch eine Strömungsmaschine ersetzt wurde, welche von der Drallströmung angetrieben wird, so daß der Drall aufgrund des Verhaltens der Strömungsmaschine ermittelt werden kann. Nachteilig an diesem Verfahren ist der Umstand, daß die Form des Verbrennungsraumes durch die Strömungsmaschine und damit auch die zu untersuchende Strömung verändert wird. Das Meßverfahren ist auch deshalb ungenau, weil weg- und geschwindigkeitsabhängige Verluste eintreten, die durch den Umlauf der Strömungsmaschine bedingt sind.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Drall-Meßeinrichtung zur Untersuchung der Drallströmung in simulierten Verbrennungsräumen gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so auszugestalten, daß die Drallströmung störungsfrei gemessen und auf die besonderen Verhältnisse zu Verbrennungsräumen abgestimmt werden kann.

Die gestellte Aufgabe wird aufgrund der Maßnahmen des Hauptanspruches gelöst. Die Unteransprüche beziehen sich auf Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung.

Die Erfindung wird anhand der Zeichnung erläutert. Dabei zeigt

F i g. 1 einen Längsschnitt durch eine erste Ausführungsform,
F i g. 2,2a, 2b eine abgewandelte Einzelheit,

F i g. 3 eine weitere abgewandelte Einzelheit,
F i g. 4 eine Abwicklung und eine Meßbrücke.
Ein Zylinderkopf 1 weist einen schräggestellten Kanal 2 und ein Einlaßventil 3 auf, welches in üblicher Weise mittels eines Schaftes 4 mehr oder weniger weit geöffnet und geschlossen werden kann. Der zugehörige Ventilsitz 5 gehört einer Zylinderkopfplatte 6 an, die eine Ringnut 6a aufweist, in welche eine Ringrippe la des Zylinderkopfes hineinreicht. Nut und Rippe liegen konzentrisch zur Achse des Ventils 3, 4, dieses jedoch exzentrisch zu einem Zylinderraum 10. Die Einlaßströmung trifft deshalb schräg auf die Zylinderwand des Raumes 10 auf, wodurch ein Wirbel entsteht. Der Zylinderkopf 1 kann in der Führung la/6a gegenüber der Zylinderkopfplatte 6 zur Veränderung des Dralls der

so Einlaßströmung gedreht werden.

Unterhalb der Zylinderkopfplatte 6 erstreckt sich der dem Verbrennungsraum angenäherte Zylinderraum 10, der zur Seite hin von einzelnen Ringspangen 11,12, 13 und nach unten hin von einer Strömungsgleichrichter-Platte 14 begrenzt wird. Durch Austausch der Ringspangen 11, 12 kann die Höhe der zylindrischen Kammer 10 den zu untersuchenden Verhältnissen angepaßt werden. Die Strömungsgleichrichter-Platte 14 ist oberhalb eines rohrförmigen Gehäuses 15 angeordnet, welches einen ringförmigen Schlitz 15a aufweist, der mit Quecksilber 16 und OI 17 bis zu einer gewissen Höhe gefüllt ist. Die Strömungsgleichrichter-Platte 14 weist an ihrem Rande eine ringförmige Fahne 18 auf, die in die Flüssigkeiten 16, 17 eintaucht. Das rohrförmige Gehäuse 15 weist ferner eine Strebe 19 auf, an welcher ein Torsionsstab 20 befestigt ist, der die Strömungsgleichrichter-Platte 14 trägt. Die Strömungsgleichrichter-Platte 14 weist eine große Anzahl von Bohrungen auf,

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die im Hinblick auf die Wanddicke als kurze Kanäle messen an den jeweils im Vordergrund stehenden Kriteanzusprechen sind und parallel zur Achsrichtung ver- rien wie z. B. maximale Leistung, Abgaszusammensetlaufen. Bei einem Zylinderdurchmesser von 123 mm zung etc. Die hierbei festgelegte optimale Drallkanalkönnen etwa 6000 Bohrungen von 1 mm Durchmesser einstellung wird anschließend auf der oben beschnebeuntergebracht werden wobei sich ein Versperrungs- 5 nen Einrichtung vermessen und die hierbei ermittelte grad von ungefähr 65% ergibt Bei einem Verhältnis Drallerzeugung auf die Serienausführung des Zylinderzwischen Durchmesser und Länge der Kanäle von 1 zu kopfs übertragen.

5 wurde ein ausreichender Strömungsgleichrichteref- Die m den F ι g. 1 -3 dargestellten Zylinderköpfe die-

fekt mit der Strömungsgleichrichterplatte 14 erzielt nen also dazu, sich an die gewünschte Serienausführung

Der Transistorstab 20 weist einen dünnwandigen io des Zylinderkopfes heranzutasten. Es versteht sich, daß Rohrbereich auf an welchem sich Dehnungsmeßstrei- auf die Meßeinrichtung 10-25 auch ein weitgehend fen 21 bis 24 befinden F i g. 4 zeigt eine Abwicklung des perfektes Modell der Serienausführung aufgesetzt wer-Torsionsstabes mit den Dehnungsmeßstreifen 21 bis 24, den kann, um zu überprüfen, ob die als optimal ermittelsowie das Schaltschema einer Halbbrücke, gemäß wel- te Dralleinstellung tatsächlich erzielt wird. eher die Dehnu-igsmeßstreifen geschaltet sind. Auf- 15 Zur Untersuchung von Teilbereichen des Verbrengrund der Anordnung und Schaltung der Dehnungs- nungsraumes hinsichtlich von Drallströmen ist es ferner meßstreifen wird Torsion mit größter Empfindlichkeit möglich, die Strömungsgleichrichterplatte 14 aufzuteia-igezeigt wohingegen Unempfindlichkeit gegenüber Ien und jedes Teilstück mit einem separaten Torsions-Biegung Zug und Druck besteht Das in ^pig. 1 darge- stab zu stützen, der-wieder die Dehnungsmeßstreifen stellte Kabel 25 führt zu einem Meßinstrument bekann- 20 21-24 trägt. Auf diese Weise kann beispielsweise die terArt Drallströmung im mittleren Bereich gegenüber dem

Der Betrieb der neuen Vorrichtung geht wie folgt vor Randbereich des Verbrennungsraumes abgegrenzt gesich: Ein bestimmter Luftdurchsatz wird über den Kanal messen werden. Hierbei wird die praktische Wegelosig-2 in die zylindrische Kammer 10 geleitet wobei die Win- keit des neuen Meßverfahrens und der Umstand ausgekelstellung des Kanals 2 relativ zu dem Zylinderraum 10 25 nutzt, daß die Drehmomentmessung unabhängig von die Größe des Dralls beeinflußt. Innerhalb der zylindri- der Anschlagstelle des Torsionsstabes an dem zugehörischen Kammer 10 bildet sich ein Wirbel aus, der auf die gen Teilstück der Gleichrichterplatte ist. Strömungsgleichrichterplatte 14 wandert und seinen Für spezielle Untersuchungen ist es auch möglich, die

Drehimpuls dort abgibt. Das Drehmoment kann prak- Gleichrichterplatt.e 14 als oberster Teil eines Kolbens tisch wegelos mittels der Veränderung der Dehnungs- 30 auszubilden. Wenn ein besonders niedriger Verspermeßstreifen bestimmt werden. Die in die Flüssigkeit 17 rungsgrad der Strömungsgleichrichterplatte 14 ertauchende Fahne 18 sorgt für eine Dämpfung von wünscht ist, wird ein Wabengitter benutzt.

Schwingungen, falls welche auftreten sollten. Das

Quecksilber 16 verhindert, daß bei starkem Druckunter- Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

schied zwischen der zylindrischen Kammer 10 und dem 35
Raum unterhalb der Strömungsgleichrichterplatte 14 eine Nebenströmung stattfinden kann.

Außer der anhand von F i g. 1 beschriebenen Drehung des Kanali 2 relativ zur Achse der zylindrischen
Kammer 10 kann der Drall mittels Einrichtungen gemäß 40
F i g. 2 und 3 verändert werden. Hierzu weist der Einlaßkanal 2 eine schrauben-schneckenförmige Gestaltung
auf, und es reichen Blenden in den Kanal 2 hinein. In
F i g. 2 ist hierfür eine am Schaft 4 des Ventils 3 drehbar
gelagerte Buchse 30 mit Sektorenblende 31 vorgesehen, 45
während in F i g. 3 ein seitlicher Schieber 35 in den Kanal 2 mehr oder weniger weit hineinreicht. F i g. 2a stellt
eine schematische Ansicht von oben und F i g. 2b eine
Abwicklung des Kanalumfanges dar. In der Stellung 31
wirkt die Sektorenblende als Dralldrossel und in der 50
Stellung 31" als Drallverschärfer. Die Sektorenblende
31 kann auch ganz aus dem Kanal 2 geschwenkt werden
(Stellung 31'" in F i g. 2). F i g. 3 stellt ebenfalls- eine schematische Ansicht von oben dar, wobei die extremen
Schieberstellungen mit 35' und 35" markiert sind. Auch 55
andere Einrichtungen zur Beeinflussung des Dralls sind
anwendbar, beispielsweise ein am Ventil 3 angebrachter
Schirm. Mit diesen Einrichtungen läßt sich der Drall der
zugeführten Luft oder gegebenenfalls auch der Ladung
verändern und damit auf einen gewünschten Wert brin- 60
gen.

Der oben in seiner Funktion näher beschriebene Zylinderkopf 1 wird auf den Zylinder eines Versuchsmotors aufgesetzt. Während des Versuchslaufs ist es nun
leicht möglich, die Drallerzeugung durch Veränderung 65
der Winkelstellung des Kanals 2 zur zylindrischen Kammer 10 und durch Veränderung der Blende 31 bzw. 35 so
zu verändern, daß die Verbrennung optimal abläuft, ge-

Claims

Patentansprüche:

1. Drall-Meßeinrichtung zur Untersuchung der Drallströmung in simulierten Verbrennungsräumen von Kolbenmotoren, insbesondere Dieselmotoren und Ottomotoren, mit einer zylindrischen Kammer, der eine Drallströmung zuführbar ist bzw. die einen drallerzeugenden Einlaß aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die zylindrische Kammer (10) von einer Strömungsgleichrichter-Platte (14) abgeschlossen ist und daß die Strömungsgleichrichter-Platte (14) an einer Kraftmeß-Einrichtung (20 bis 25) befestigt ist, welche zur Messung von Kräften ausgebildet ist, die dem Drehmoment an der Strömungsgleichrichter-Platte (14) zugehören.

2. Drall-Meßeinrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kraftmeß-Einrichtung (20 bis 25) als Torsionsstab (20) mit aufgebrachten Dehnungsmeßstreifen (21 bis 24) ausgebildet ist.

3. Drall-Meßeinrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter-Platte (14) als Lochplatte mit kurzen, zur Achsrichtung parallelen Kanälen ausgebildet ist

4. Drall-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter-Platte (14) schwingungsgedämpft gelagert ist

5. Drall-Meßeinrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Rand der Strömungsgleichrichter-Platte (14) mit mindestens einer Fahne (18) in eine schwingungsdämpfende Flüssigkeit (16, 17) eintaucht.

6. Drall-Meßeinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Fahne (18) ringförmig ausgebildet ist, und als Dämpfungsflüssigkeit (17) Öl verwendet ist.

7. Drall-Meßeinrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Strömungsgleichrichter-Platte (14) in zwei oder mehrere Teilstücke aufgeteilt ist, die jeweils unabhängig voneinander an einer Kraftmeß-Einrichtung befestigt sind.