DE958786C

DE958786C - Procedure for operating supercharged gasoline engines

Info

Publication number: DE958786C
Application number: DED8528D
Authority: DE
Inventors: Dr-Ing Kurt Franke
Original assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Current assignee: Deutsche Versuchsanstalt fuer Luftfahrt eV
Priority date: 1943-10-31
Filing date: 1943-10-31
Publication date: 1957-02-21

Description

(WiGBl. S. 175)(WiGBl. P. 175)

AUSGEGEBEN AM 21. FEBRUAR 1957ISSUED FEBRUARY 21, 1957

D 8528 Ia/46a'² D 8528 Ia / 46a ' ²

(Ges. v. 15. 7.1951)(Ges. Of 15.7.1951)

In dem Bestreben, bei Flugmotoren sowohl die Leistung als auch die Volldruckhöhe zu steigern, sind die Umfangsgeschwindigkeiten von Ladern mehr und mehr erhöht worden zur Erreichung des dazu notwendigen Druckverhältnisses. Reicht infolge dler erreichten höchstzulässigen Beanspruchung des Materials des Laderlaufrades das Druckverhältnis noch nicht aus, so wird die Verdichtung der Ladeluft in einem mehrstufigen Lader durchgeführt. In beiden Fällen ergibt sich jedoch mit der Steigerung des Druckverhältnisses des Aufladegebläses eine starke Temperaturerhöhung der Ladeluft, welche nicht nur eine Leistungsverminderung, sondern auch ein eventuelles Erreichen des Klopfgebietes zur Folge hat.In an effort to increase both the power and the full head of aircraft engines, the peripheral speeds of loaders have been increased more and more to achieve the necessary pressure ratio. Sufficient as a result of the maximum permissible load reached the pressure ratio of the material of the loader impeller is not yet sufficient, the compression will start the charge air is carried out in a multi-stage charger. In both cases, however, with the Increase in the pressure ratio of the supercharger, a strong increase in the temperature of the charge air, which not only reduces performance, but also a possible reaching of the knocking area has the consequence.

Als Abhilfe dagegen wurden Ladeluftkühler vorgeschlagen, weil beim üblichen Klopfverhalten der Motor aus dem normalen Betriebszustand mit zunehmender Ladelufttemperatur ins Klopfgebiet kommt. Dies ist darauf zurückzuführen, daß das Klopfen bei den üblichen Motoren durch die Temperatur des unverbrannten Gemischrestes bestimmt wird. Dies ist in der Gegend des Luftverhältnisses 1,05 am höchsten, und dementsprechend tritt hier bei konstantem Ladedruck stärkstes Klopfen ein, oder beim Durchlaufen einer Klopfgrenzkurve, d. h. bei veränderlichem Ladedruck, befindet sich hier der Tiefstpunkt der Klopfgrenzkurve. Demgemäß wird durch eine Erhöhung der Ansauglufttemperatur, die eine Steigerung der Temperatur des un-As a remedy, intercoolers have been proposed, because with the usual knocking behavior of the engine from the normal operating state with increasing Charge air temperature comes into the knock area. This is due to the fact that the Knocking in conventional engines is determined by the temperature of the unburned mixture residue will. This is highest in the area of the air ratio 1.05, and accordingly occurs here Strongest knocking occurs at constant boost pressure, or when passing through a knock limit curve, d. H. if the boost pressure changes, this is the lowest point of the knock limit curve. Accordingly is achieved by increasing the intake air temperature, which increases the temperature of the un-

verbrannten Gemischrestes zur Folge hat, Klopfen des Motors bereits bei geringeren Ladedrücken herbeigeführt.Burned residual mixture results in the engine knocking even at lower boost pressures brought about.

Nach den in der Fachwelt gültigen Ansichten sind die Größen, welche zur Selbstzündung des Kraftstoffes im unverbrannten Gemisch führen, die Dichte und deren zeitliche Änderung, die Temperatur und deren zeitliche und örtliche Änderung sowie die Gemischzusammensetzung und deren ίο Veränderung. Wenn sonst gleiche Betriebsbedingungen vorherrschen, so ist die Gemischzusammensetzung ein wesentlicher Faktor der Beeinflussung des Klopfverhaltens. Bei Unterschieden der Gemischzusammensetzung ergibt sich eine andere Endtemperatur sowohl durch die Änderung des Quotienten c_p/c_v als auch die Änderung der Verbrennungstemperatur unter Berücksichtigung der Dissoziation der Verbrennungsgase; der Maximalwert liegt bei annähernd stöchiometrischem Luft-Kraftstoff-Verhältnis. Die von diesem Maximalwert ausgehende Temperaturerniedrigung im Gebiet des Luftmangels ist -wesentlich größer als jene im Luftüberschußgebiet, daher sollte das Klopfverhalten im Reichgebiet günstiger sein als bei Veras armung. Jedoch führt die mit wachsendem Luftüberschuß sinkende Verbrennungsgeschwindigkeit bei sonst konstanten Betriebsbedingungen über die direkte Wirkung des Mischungsverhältnisses hinaus zu immer niedrigeren Spitzendrücken und damit Spitzentemperaturen des unverbrannten Gemischrestes, womit die günstige Wirkung der Gemischverarmung zu erklären wäre. Diese Betrachtungen gelten für verdampfte oder nahezu völlig verdampfte Kraftstoffe im Stadium der Gemischverdichtung. Sind jedoch während der Gemischverdichtung noch unverdampfte Tröpfchen vorhanden, so findet wegen der an ihnen auftretenden gesteigerten Peroxydbildung eine beträchtliche Verminderung der Umsetzungstemperatur gegenüber dem entsprechenden Gemisch mit vollkommen verdampftem Brennstoff gehalt statt. Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die Gemischbildung willkürlich zu beeinflussen und dadurch eine Verschiebung des Tiefstpunktes der sogenannten Klopfgrenzkurve (Definition nachstehend) in das Gebiet des extremen Luftmangels herbeizuführen, so daß man in der Lage ist, durch ständige Gemischverarmung die Klopfgrenze immer höher und höher zu legen.According to the views that are valid in the professional world, the variables that lead to auto-ignition of the fuel in the unburned mixture are the density and its change over time, the temperature and its change over time and location, as well as the mixture composition and its ίο change. If otherwise the same operating conditions prevail, the mixture composition is an essential factor influencing the knocking behavior. If the mixture composition differs, a different final temperature results both from the change in the quotient c _p / c _v and the change in the combustion temperature, taking into account the dissociation of the combustion gases; the maximum value is approximately at the stoichiometric air-fuel ratio. The temperature decrease in the area of the lack of air starting from this maximum value is -much greater than that in the air excess area, therefore the knocking behavior in the rich area should be more favorable than in the case of Veras armung. However, the combustion speed, which decreases with increasing excess air, under otherwise constant operating conditions, leads to ever lower peak pressures and thus peak temperatures of the unburned mixture, which would explain the beneficial effect of the mixture depletion. These considerations apply to evaporated or almost completely evaporated fuels in the mixture compression stage. However, if non-evaporated droplets are still present during the compression of the mixture, a considerable reduction in the reaction temperature compared to the corresponding mixture with completely evaporated fuel content takes place because of the increased peroxide formation that occurs on them. The invention is based on the object of arbitrarily influencing the mixture formation and thereby shifting the lowest point of the so-called knock limit curve (definition below) into the area of extreme lack of air, so that one is able to keep the knock limit higher and higher through constant mixture depletion to lay.

Trägt man die. über dem jeweiligen Luft-Kraftstoff-Verhältnis gerade noch klopffrei, d. h. an der Klopfgrenze liegenden zulässigen Ladedrücke für die einzelnen Betriebszustände des Luft-Kraftstoff-Verhältnisses auf, so ergibt die Verbindungslinie dieser Punkte eine Kurve. Da die vorgehend beschriebenen Betriebspunkte gerade noch klopffrei, nämlich an der Klopfgrenze gefahren werden können, heißt die Verbindungslinie dieser an der Klopfgrenze liegenden Punkte die Klopfgrenzkurve. Do you wear the. over the respective air-fuel ratio barely knock-free, d. H. permissible boost pressures for the individual operating states of the air-fuel ratio, the connecting line results these points make a curve. Since the operating points described above are barely knock-free, namely can be driven at the knock limit, is the line connecting this to the Knock limit points the knock limit curve.

Gemäß der sich auf ein Verfahren zum Betrieb von aufgeladenen Ottomotoren beziehenden Erfindung wird vorgeschlagen, zur Verminderung der Klopfneigung der Maschine im Bereich des Luftüberschusses und zur Erzielung einer Temperatur-Senkung -im Brennraum durch Steigerung der Ventilüberschneidung und Beeinflussung der Gemischbildung die Verdampfung von Kraftstoff im Brennraum zu verzögern und die Bildung unverdampfter Kraftstoff tröpfchen zu fördern und jene Kraftstoffe zu verwenden, die im unverdampften Zustand in Tröpfchenform während der Erhitzung am leichtesten zur Peroxydbildung neigen. Zweckmäßig ist es, den infolge Temperaturerhöhung des Lademittels eintretenden Leistungsverlust durch Steigerung des Ladedruckes auszugleichen.According to the invention relating to a method for operating supercharged gasoline engines it is proposed to reduce the tendency of the machine to knock in the area of excess air and to achieve a temperature reduction in the combustion chamber by increasing the Valve overlap and influencing the mixture formation the evaporation of fuel in the To retard the combustion chamber and to promote the formation of non-evaporated fuel droplets and those Use fuels that are in the non-evaporated state in droplet form during heating have the greatest tendency to peroxide formation. It is useful, as a result of the increase in temperature Compensate for any loss of power that occurs by increasing the boost pressure.

Als wirksame Maßnahme zur Verschiebung des Tiefstpunktes der Klopfgrenzkurve ist zunächst die Steigerung der * Ventilüberschneidung anzusehen, eine Maßnahme, die durch verbesserte Spülung des Zylinders und damit des Brennraumes mit zunehmender Ventilüberschneidung das Temperaturniveau herabsetzt, damit die Verdampfung von Kraftstoff verzögert und die Bildung unverdampfter Kraftstofftröpfchen; fördert. Als weitere Maßnahme wird die Gemischbildung beeinflußt. Dies kann geschehen durch Vergrößerung der Düsenaustrittsöffnung, Veränderung der Düsenbohrung oder sonstige, die Zerreißung des Kraftstoffstrahles verhindernde Maßnahmen, wie Ver- go ringerung des Abspritzdruckes, Verhinderung eines Dralls auf· den eintretenden Kraftstoffstrahl usw. Bei Vergasermotoren bringt die zweckentsprechende Abstimmung von Länge und Durchmesser der Zerstäuberdüse sowie geeignete Wahl der Luftkorrekturbohrungen den gleichen Effekt, nämlich die Aufspaltung des Kraftstoffes in zu kleine Tröpfchen; und damit eine zu rasche Verdampfung zu verhindern. Allerdings sind bei Vergaserbetrieb der Steigerung der Ventilüberschnei- ioo dung Grenzen gesetzt durch die zufolge der Gemischdurchspülung auftretenden Kraftstoffverluste. Als letzte Maßnahme ist die Wahl geeigneter Kraftstoffe zu bezeichnen; das sind solche Kraftstoffe, welche im unverdampften Zustand während des Durchlaufens der Erhitzung am leichtesten zur Peroxydbildung neigen. Paraffinische Kraftstoffe sind hierfür hervorragend geeignet, günstig sind auch noch Kraftstoffe auf naphthenischer oder olefinischer Basis. Aromatenhaltige Kraftstoffe sind weniger geeignet; Reinbenzol kommt wegen seiner Widerstandsfähigkeit gegen Aufspaltung nicht in Frage.The first effective measure to shift the lowest point of the knock limit curve is view the increase in valve overlap, a measure enhanced by Rinsing of the cylinder and thus of the combustion chamber with increasing valve overlap the temperature level so that the evaporation of fuel is delayed and the formation of non-evaporated Fuel droplets; promotes. As a further measure, the mixture formation is influenced. This can be done by enlarging the nozzle outlet opening or changing the nozzle bore or other measures that prevent the fuel jet from tearing apart, such as vergo Reduction of the injection pressure, prevention of swirl on the entering fuel jet etc. With carburettor engines, the appropriate coordination of length and diameter brings the atomizer nozzle and a suitable choice of air correction holes have the same effect, namely the breakdown of the fuel into droplets that are too small; and thus too rapid evaporation to prevent. However, with carburettor operation the valve overlap increases Limits are set by the fuel losses that occur as a result of the mixture flushing. The final measure is the choice of suitable fuels; these are such fuels which are easiest to use in the non-evaporated state during the heating process Tend to form peroxide. Paraffinic fuels are excellently suited for this because they are inexpensive also fuels based on naphthenic or olefinic types Base. Fuels containing aromatics are less suitable; Pure benzene comes because of it Resistance to splitting out of the question.

Durch diese Anweisung wird erreicht, daß eine andere chemische Reaktion klopfbestimmend wird, die im Gegensatz zur oben zuerst genannten, nämlich der Selbstzündung des unverbrannten Gemischrestes, in einem gewissen Bereich um so lebhafter wird, je kälter das Gemisch ist. Motoren dieser Art eigen größte Klopfneigung im Gebiet des Luftmangels, während das Klopfen mit zunehmender Vermagerung geringer wird. In Anbetracht der Eigenart der sich hierbei abspielenden chemischen Reaktionen zeigen diese Motoren bei Verwendung geeigneter Kraftstoffe eine Zunahme der Klopffestigkeit mit Erhöhung der Ladelufttemperatur.This instruction ensures that another chemical reaction determines knock, in contrast to the first mentioned above, namely the spontaneous ignition of the unburned mixture residue, in a certain range, the colder the mixture, the livelier it becomes. Motors of this type own greatest tendency to knock in the area of lack of air, while knocking with increasing Emaciation becomes less. In view of the nature of the chemical taking place here Reactions show these engines an increase in knock resistance when using suitable fuels with an increase in the charge air temperature.

Die Verwendung von Ladeluftkühlern, die bisher vor allem zur Aufrechterhaltung der geforderten Leistung ohne Eintreten des Klopfens notwendig war, ist damit überflüssig geworden, soweit nicht die Materialbeanspruchung von Ventilen, Kerzen, Kolben usw. die Einhaltung einer Temperaturgrenze erforderlich macht. Bei dem vorgeschlagenen Verfahren kann die Einhaltung gleicher-Leistung dadurch erreicht werden, daß man den infolge der Temperaturerhöhung eintretenden Leistungsverlust durch Steigerung des Ladedruckes ausgleicht, ohne den Motor in der Gemischeinstellung verändern zu müssen. Aus den angegebenen Gründen tritt dabei kein Klopfen ein.The use of intercoolers, previously mainly required to maintain the required Performance was necessary without the occurrence of knocking, has thus become superfluous, if not the material stress on valves, candles, pistons etc. compliance with a temperature limit makes necessary. With the proposed method, compliance with the same performance can be achieved by eliminating the loss of power that occurs as a result of the increase in temperature compensated by increasing the boost pressure without changing the engine's mixture setting have to. For the reasons given, there is no knocking.

Von den, beiden Abbildungen zeigtFrom the, two illustrations shows

Abb. ι die Zunahme der Klopffestigkeit mit steigender Ladelufttemperatur bei einem nach dem ernndungsgemäßen Verfahren betriebenen Motor, währendFig. Ι the increase in knock resistance with increasing charge air temperature one after the other according to the method operated engine while

Abb. 2 die unter diesen Betriebsverhältnissen erreichbare konstante Leistung erkennen läßt.Fig. 2 shows the constant power achievable under these operating conditions.

Dabei ist in beiden Abbildungen als Abszisse das Luftverhältnis und als Ordinate in Abb. ι der absolute Ladedruck p_L und, in Abb. 2 der mittlere Nutzdruck p_me aufgetragen. asThe air ratio is plotted as the abscissa in both figures and the absolute boost pressure p _L as the ordinate in Fig. 1 and the mean useful pressure p _me in Fig. 2. as

Claims

PATENT CLAIMS:

ι. Method for operating supercharged gasoline engines, characterized in that for Reduction of the machine's tendency to knock in the area of excess air and to achieve it a temperature reduction in the combustion chamber by increasing the valve overlap and influencing the mixture formation Evaporation of fuel in the combustion chamber is delayed and the formation of non-evaporated fuel droplets is promoted and that those fuels are used which in the non-evaporated state in droplet form during the easiest to heat up, tend to form peroxide.

2. A method for operating Otto engines according to claim 1, characterized in that the loss of performance due to an increase in the temperature of the loading device of the boost pressure is compensated.

1 sheet of drawings