Kolbentemperaturen in Otto-Motoren [Reprint 2019 ed.] 9783486771107, 9783486771091

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Kolbentemperaturen in Otto-Motoren Von

Dr.-Ing. Walther Brecht

Mit. 52

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Bildern.

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München und Berlin

1940

V e r l a g v o n R. O l d e n b o u r g

Druck von R. Oldenbourg, München P r i n t e d in G e r m a n y

Vorwort. Die Untersuchungen wurden im Prüffeld des Forschungsinstituts für Kraftfahrwesen und Fahrzeugmotoren an der Technischen Hochschule S t u t t g a r t im Rahmen von Kolbenversuchen für das Reichsluftfahrtministerium durchgeführt. Ich möchte dem Institutsleiter, Herrn Prof. Dr.-Ing. W . K a m m , auch an dieser Stelle für das große Interesse, das er der Arbeit entgegengebracht h a t , danken. Ebenso bin ich den Herren Dr.-Ing. P. R i e k e r t und Dr.-Ing. M. K u h m und vor allem Dr.-Ing. P. S o m m e r für wertvolle Hinweise bei der Durchführung und Auswertung der Versuche zu Dank verpflichtet. In Abwesenheit des Verfassers übernahmen freundlicherweise Dr.-Ing. P. S o m m e r und Dipl.-Ing. F. K o e g e l die Druckkorrektur. S t u t t g a r t , z. Z. Lima (Peru), J u n i 1940. Dr.-Ing. Walther Brecht.

1*

Inhaltsverzeichnis. I. Einleitung A. Zweck der Untersuchungen B. Umfang der Untersuchungen C. Einiges zur Durchführung der Versuche II. Kolbentemperaturen in Abhängigkeit des Wärmeeinfalls. A. Vorversuche in einer kalorimetrischen Versuchsanordnung B. Einfluß des Ladegewichts 1. ohne Aufladung . 2. mit Aufladung C. Einfluß der Gemischzusammensetzung I). Einfluß der Kraftstoffzusammensetzung E. Einfluß des Zündzeitpunktes F. Einfluß der Drehzahl G. Einfluß der Verdichtung II. Einfluß der Zylinderbaugröße III. Kolbentemperaturen in Abhängigkeit (1er Kolben- und Kolbenringgestaltung A. Einfluß der Bodendicke und -form B. Einfluß der ,Schaftdicke G. Verhalten eines verrippten Kolbenbodens D. Einfluß der Wärmeleitfähigkeit des Kolbenwerkstoffes E. Wirkung von Schutzschichten auf dem Kolbenboden F. Verhalten eines Verbundgußbodens G. Einfluß verschiedener Ringanordnung auf den Wärmefluß 1. Einfluß der Ringzahl 2. Einfluß der Ringlage 3. Einfluß der axialen Ringhöhe 4. Einfluß des Ringwerkstoffs 11. Ermittlung des Wärmeflusses aus dem gemessenen Temperaturbild IV. Kolbentemperaturen in Abhängigkeit der Wärmeabfuhr . A. Einfluß des Kolbenspiels B . Einfluß des Sehmierölfilms C. Einfluß verschiedener Zylinderkühlung' 1. Einfluß der Kühlluftgeschwindigkeit 2. Einfluß des Kühlmittels D. Einfluß des Zylinderwerkstoffs

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7 7 8 9 13 13 17 17 21 23 26 27 29 38 39 42 42 45 46 48 53 55 56 57 60 62 63 65 67 67 71 73 73 75 76

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V. Versuche mit zusätzlicher Kühlung des Kolbcninncrn A. Kühlung durch L u f t 1. Durchlüften des Kurbelgehäuses 2. L u f t s t r a h l aus fester Düse B. Kühlung durch Öl 1. Ölstrahl aus fester Düse 2. Ölstrahl aus am Pleuel angebrachter Düse . . . 3. Ölumlauf im Kolbenboden 4. Übersicht

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VI. Zusammenfassung A. Einfluß des Wärmeeinfalls B. Einfluß der Kolben- und Kolbenringgestaltung . . . C. Einfluß der W ä r m e a b f u h r D. Versuche mit zusätzlicher Kolbenkühlung

y;i 9IS 95 96 97

VII. Schrifttum

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I. Einleitung. A. Zweck der Untersuchungen. Der innere Wärmeübergang vom Gas an die Begrenzungswände bildet die Ursache von zahlreichen heute an Flugmotoren auftretenden Schwierigkeiten. Zur Erhaltung eines hohen thermischen Wirkungsgrades soll er möglichst klein und der äußere Wärmeübergang von den Begrenzungswänden an das Kühlmittel möglichst groß sein. Während der äußere Wärmeübergang sich schon weitgehend rechnerisch überblicken läßt, dank der zahlreichen theoretischen Arbeiten, die durch Versuche bestätigt sind, ist das Berechnen des tatsächlichen inneren Wärmeübergangs in der Brennkraftmaschine wegen der vielen sich überschneidenden, wenig bekannten und in ihrer Wirkung kaum abzuschätzenden Einflüsse sehr erschwert und fast immer auf Voraussetzungen aufgebaut, deren Geltungsbereich nur eine beschränkte Anwendung zuläßt. Dabei liegen die Verhältnisse für den Kolben, den empfindlichsten Teil des Flugmotors, besonders ungünstig, denn er ist mannigfachen Beanspruchungen mechanischer und vor allem thermischer Art unterworfen, und doch zugleich derjenige, dessen Verhalten am schwierigsten vorausgesagt werden kann und der im Betrieb auch am wenigsten leicht zu beobachten ist. Vornehmlich die hohen Kolbentemperaturen sind nicht nur eine Ursache für manche Störung, beispielsweise das Festwerden der Kolbenringe mit nachfolgendem Kolbenfressen, sondern in vielen Fällen begrenzen sie auch unmittelbar eine weitere Steigerung der Hubraumleistung. Denn bei den an Flugmotoren heute allein verwendeten Leichtmetallkolben ist die Spanne zwischen den höchsten noch vorkommenden Kolbentemperaturen von 450° C und dem unteren Schmelzpunkt der Leichtmetall-Legierungen von etwa 537° C überaus gering, da der Werkstoff schon unterhalb 537° C breiig und plastisch zu werden beginnt. Graugußkolben beginnen zwar erst bei einer

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T e m p e r a t u r von etwa 1200° C zu schmelzen, erreichen a b e r oe. gleicher B e l a s t u n g wesentlich h ö h e r e T e m p e r a t u r e n , die schon im Bereiche der R o t g l u t liegen, d e n v o l u m e t r i s c h e n W i r k u n g s g r a d h e r a b s e t z e n u n d zur S e l b s t e n t z ü n d u n g des Gemisches führen können. Zweck der vorliegenden A r b e i t ist es, einen Ü b e r b l i c k ü b e r die a n der A u s b i l d u n g der K o l b e n t e m p e r a t u r e n beteiligten Einzeleinflüsse zu geben u n d d a m i t W e g e aufzuzeigen, die zur H e r a b s e t z u n g d e r S p i t z e n t e m p e r a t u r e n u n d des f ü r die W ä r m c s p a n n u n g e n m a ß g e b e n d e n T e m p e r a t u r g e f ä l l e s i m Kolben u n d d a m i t zur V e r m i n d e r u n g einer Reihe v o n Störungsmöglichkeiterl f ü h r e n k ö n n e n . F ü r die M o t o r e n v e r s u c h e w u r d e n sowohl in der W a h l der Kolben wie der V e r s u c h s b e d i n g u n g e n die h e u t e üblichen Verhaltnisse im F l u g m o t o r z u g r u n d e gelegt. E i n e B e u r t e i l u n g der Möglichkeiten, die K o l b e n t e m p e r a t u r e n h e r a b z u s e t z e n , b e d i n g t a b e r z u n ä c h s t die K e n n t n i s des einzelnen Einflusses u n t e r T r e n n u n g von allen übrigen F a k t o r e n . D a b e i k a n n es v o r k o m m e n , d a ß m i t einem Mittel, welches an sich der t h e r m i s c h e n E n t l a s t u n g des Kolbens dienen w ü r d e , in a n d e r e r R i c h t u n g Nachteile v e r b u n d e n sind, die je n a c h den vorliegenden B e d i n g u n g e n eine Z w i s c h e n l ö s u n g e r f o r d e r n lassen (z. B . V e r g r ö ß e r u n g des B o d e n q u e r s c h n i t t s — E r h ö h u n g des K o l b e n g e w i c h t e s , V e r b e s s e r u n g des W ä r m e ü b e r g a n g s — Vers c h l e c h t e r u n g des Gleit Vorgangs).

B. Umfang der Untersuchungen. Da der W u n s c h b e s t a n d , ein m ö g l i c h s t geschlossenes Bild ü b e r die verschiedenen E i n f l ü s s e auf die K o l b e n t e m p e r a t u r e n zu geben, w u r d e n die U n t e r s u c h u n g e n ü b e r F r a g e n d e r K o l b e n u n d K o l b e n r i n g g e s t a l t u n g h i n a u s a u c h auf V e r ä n d e r u n g e n des W ä r m e e i n f a l l s (z. B. v e r s c h i e d e n e V e r b r e n n u n g , D r e h z a h l , Verd i c h t u n g usw.) u n d d e r W ä r m e a b f u h r (z. B. Kolbenspiel, Ölfilm, Zylinderwerkstoff u n d -kiihlung) u n t e r E i n s c h l u ß von einigen V e r s u c h e n m i t z u s ä t z l i c h e r K ü h l u n g des K o l b e n i n n e r n a u s g e d e h n t . Die im S c h r i f t t u m v o r h a n d e n e n E r g e b n i s s e w u r d e n , soweit zugänglich, s i n n g e m ä ß e i n g e f ü g t . Die U n t e r s u c h u n g e n w a r e n auf d e n O t t o - V i e r t a k t - M o t o r b e s c h r ä n k t . D o c h sind die E r g e b n i s s e , soweit n i c h t F r a g e n

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des Verbrennungsablaufes, d. Ii. des Wärmeeinfalls auf den Kolbenboden betroffen werden, auch auf andere V e r f a h r e n (Zweitakt, Diesel) ü b e r t r a g b a r . E r f a h r u n g s g e m ä ß 1 ) liegen die B e t r i e b s t e m p e r a t u r e n in der K o l b e n b o d e n m i t t e beim Dieselm o t o r durchweg höher als beim Otto-Motor, u n d zwar am höchsten bei V o r k a m m e r v e r f a h r e n , w a h r e n d in der Ring- u n d S c h a f t zone n u r kleine l i n t e r s c h i e d e a u f t r e t e n . Doch d ü r f t e n im Dieselbetrieb häufig örtliche Überhitzungen durch Düse oder B r e n n k a m m e r vorliegen. Kolben an Z w e i t a k t m o t o r e n werden infolge der doppelt so häufigen W ä n n e b e a u f s c h l a g u n g heißer als V i e r t a k t k o l b e n . Erreichen beide Kolbon dieselbe T e m p e r a t u r , so ist zu be denken, d a ß beim V i e r t a k t diese T e m p e r a t u r w e r t e das Mittel von zwei U m d r e h u n g e n mit nur einem Arbeitshub, beim Zweit a k t dagegen das Mittel von einer U m d r e h u n g mit einem A r b e i t s h u b bilden, mit anderen Worten, d a ß beim V i e r t a k t die Dichte des Wärmeflusses zeitweise wesentlich s t ä r k e r sein m u ß . Nicht mit einbezogen werden konnten ferner Versuche über den E i n f l u ß des S p ü l v e r f a h r e n s auf die K o l b e n f e m p e r a t u r e n . Cileichstromspülung wird f ü r die thermische E n t l a s t u n g des Kolbens günstiger sein als Umkehrspülung, aber n u r d a n n , w e n n der Kolben den E i n l a ß steuert, w ä h r e n d u m g e k e h r t bei kolbenseitiger S t e u e r u n g des Auslasses sehr hohe t h e r m i s c h e B e a n s p r u c h u n g e n f ü r den Kolben a u f t r e t e n können.

C. Einiges zur Durchführung der Versuche. E i n Teil der U n t e r s u c h u n g e n , vor allem die zur E r m i t t l u n g des Einflusses der Kolben- und Kolbenringgestaltung auf die A u s b i l d u n g der K o l b e n t e m p e r a t u r e n bei sonst u n v e r ä n d e r t e n ä u ß e r e n Bedingungen w u r d e n im s t a t i o n ä r e n Z u s t a n d , d. h. bei gleichbleibender Heizung u n d K ü h l u n g in einer kalorimetrischen Versuchseinrichtung d u r c h g e f ü h r t . Diese V e r e i n f a c h u n g der Versuchsbedingungen s t ü t z t e sich auf Erkenntnisse, n a c h welchen die durch periodische S c h w a n k u n g e n der G a s t e m p e r a t u r hervorgerufenen T e m p e r a t u r s c h w i n g u n g e n in den Begrenzungsx ) Die Ziffern weisen auf das ain Schluß befindliche Scliril'ttumsverzeiclmis hin.

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wänden im Bereich höherer Drehzahlen sehr rasch abklingen und nur bis in wenige Millimeter Tiefe den stationären Wärmefluß stören, somit von dieser Tiefe an mit gleichmäßiger Wärmebeaufschlagung gerechnet werden kann (2, 3). Die Temperaturmessung im stationären Zustand sowie an Zylinderbüchse und -köpf bei Versuchen am laufenden Motor geschah durch eingestemmte Kupfer-KonstantenThermoelemente. Dabei wurde zur Vermeidung der Wärmeableitung durch den Meßdraht darauf geachtet, daß dieser möglichst lange im Bereich der Meßtemperatur geführt wurde. Im übrigen wurden vor allem die Meßbedingungen konstant gehalten, so daß höchstens Fehler in der absoluten Meßgenauigkeit, nicht aber Unterschiede in den Vergleichsbedingungen auftreten konnten. Brennraum- und Auspufftemperaturen wurden mit dem in Bild 1 dargestellten Nickel-Nickelchrom-Thermoelement verfolgt. Für die Messung der Kolbentemperaturen am laufenden Motor kam bei den heute üblichen Drehzahlen die Anwendung thermoelekBild l . trischer Verfahren wegen der SchwieN l - N i C r - K l e m o u t zur Mcssun der mittleren Iiremiraumrigkeit, die am Kolben verteilten und Auspufftemperatur. Meßpunkte über die bewegten Triebwerksteile hinweg betriebssicher und meßtechnisch einwandfrei mit dem außerhalb des Motors aufgestellten Anzeigegerät zu verbinden, nicht in Frage. Die Temperaturmessung mußte auf die unter den jeweiligen Bedingungen auftretenden H ö c h s t temperaturen des Kolbens beschränkt werden. F ü r diese Messung besteht ein Verfahren im Einbau von Schmelzstiften verschiedener Legierung und bekanntem Schmelzpunkt. Jede ¡Meßstelle bestand aus vier oder fünf Schmelzstiften mit ver-

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schiedenem Schmelzpunkt, die so gewählt wurden, daß sie die an der Meßstelle erwartete Temperatur eingrenzten. Die Stifte wurden in 2 mm tiefe Bohrungen von 1,8 mm Durehmesser fest eingepaßt und mit einem Körnerpunkt versehen, um feststellen zu können, ob ein Stift, ohne herauszuschmelzen, während des Betriebes teigig geworden, also angeschmolzen war (Bild 2)

Die für die Versuche verwendeten Legierungen wiesen folgende Schmelzpunkte auf: 96°, 105°, 110°, 125°, 130°, 139°, 145°, 150°, 165°, 169°, 178°, 181°, 198°, 210°, 232°, 249°, 254°, 269°, 295°, 321°, 327°, 344°, 380°. Die Temperatursprünge lagen, also zwischen 4° und 26°. Gewisse Unterschiede weisen die Stifte auch in ihrer Spröde und ihrer Wärmeausdehnung auf, was bei dem Einpassen und bei der Deutung der Ergebnisse berücksichtigt werden mußte. Insgesamt konnte jedoch bei vorsichtiger Mittelwertsbildung der größte Fehler auf 10° begrenzt werden. Die Meßstellen waren über den Kolbenboden, die Ringstege und den Schaft zu beiden Seiten senkrecht zur Bolzenachse, also auf der Druck- und Gegendruckseite verteilt. Zum Vergleich herangezogen wurden

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in erster Linie die Messungen auf der Druckseile, die offenbar weniger von Tageseinflüssen, z. B. kleinen Schwankungen in der Temperatur der Anblasluft oder des Schmieröles, betroffen werden. Die gemessenen effektiven Leistungen wurden nach der vom RL\1 empfohlenen Formel zur Berücksichtigung von Druck und Temperatur der Ansaugluft umgerechnet. Bedeuten N0 — Leistung (PS) bei Normalluftzustand (760Torr und 15° C bzw. 288° K), 60 — Bezugsluftdruck (760 Torr), T0 ------ absolute Bezugstemperatur (288° K),

und so ist

A' — b = T /' —

gemessene effektive Leistung (PS), Ansaugluftdruck (Torr), absolute Prüfraumtemperatur (° K) 1,'mrechnungswert,

A W ^ u n d / ^ . , . Wegen der bei Einzylinderprüfständen unverhältnismäßig hohen Antriebsverluste wurde zum Vergleich der Leistungen nicht die Nutzleistung Nc (pmJ, sondern die aus der Summe von Nutz- und Antriebsleistung ermittelte innere Leistung N { (pm,) und entsprechend der spezifische Brennstoffverbrauch bt (bezogen auf N ( ) herangezogen.

II. Kolben temperaturen in Abhängigkeit des Wärmeeinfalls. A. Vorversuche in einer kalorimetrischen Yersuchsanordnung. Wie einleitend erwähnt wurde, geht die unmittelbar an der Kolbenoberfläche je Arbeitsspiel stoßweise erfolgende Wärmebeaufschlagung schon in wenigen Millimetern Tiefe in einen stationären Wärmefluß über. Es ist daher angängig,

t t t t t Heizgase

Bild 3. Kiilorimcitrisehii Versuclisanordnunf? mit MEO-Kolben.

Untersuchungen bestimmter Eigenheiten des Kolbens in ihrem Einfluß auf den Wärmefluß und die Ausbildung der Kolbentemperaturen bei gleichmäßiger Wärmebeaufschlagung, etwa durch eine Heizquelle, anzustellen. In einer solchen einfachen Versuchseinrichtung können ohne große Schwierigkeiten eine Reihe von Faktoren, vor allem in ihrem qualitativen Einfluß auf die Kolbentemperaturen, beobachtet werden.

— 14 — In der in Bild 3 abgebildeten Versuchsanordnung hängt der Kolben an seiner Pleuelstange im Kalorimeter und wird von unten her mit einer Propan-Sauerstofflamme beheizt. Die vom S c h a f t an die Zylinderwand (Kalorimeter) abgegebene Wärmemenge kann aus der in der Zeiteinheit durch das Kalorimeter strömenden Wassermenge und seiner Temperaturerhöhung ermittelt werden. Sowohl die durchströmende Wassermenge zur Kühlung, wie die Propan- und Sauerstoffmenge zur Heizung, sind einstellbar. Unveränderliche Druckhöhe des Kühlwassers kann durch ein Überlaufgefäß, gleicher statischer Druck in der Propan- und Sauerstoffleitung mit einem Druckmeßgerät (Wassersäule) überwacht werden. Die Temperaturmessungen im Kolben und in der Kalorimeterwandung erfolgen mittels eingestemmter Thermoelemente aus Kupfer-Konstantan, wobei die Temperatur der kalten Lötstelle mit einem Fadenthermometer verfolgt wird. Vier Meßstellen sind im Kolbenboden in gleicher Entfernung vom Mittelpunkt angeordnet, um die genau zentrale Beaufschlagung des Kolbens überprüfen zu können. Der Wärmeeinfall auf den Kolbenboden bewegte sich in der Größenordnung von 2000 bis 3000 kcal/h, also Werten, wie sie nach Untersuchungen am laufenden Motor (4) für einen Kolben dieser Baugröße etwa zu erwarten sind. Mit jeder Messung wurde bis zum Eintreten eines unveränderlichen Zustands, bei welchem gleich viel Wärme zu- wie abgeführt wurde, gewartet. Mehrere Versuche wurden an verschiedenen Tagen wiederholt, wobei die Abweichung in der Temperaturanzeige nicht mehr als 3 ° C betrug. Über die mit dieser Anordnung und verschiedenen Kolben angestellten Versuche wird in den entsprechenden Abschnitten berichtet. Zunächst wurden einmal die Kolbentemperaturen in Abhängigkeit der Wärmebeaufschlagung, d. h. des Wärmeeinfalls auf den Kolbenboden verfolgt. Mißt man die Kolbentemperatur bei verschiedener Wärmebeaufschlagung ( 6 / 6 , 5 / 6 , 4 / 6 , 3 / 6 -Beaufschlagung, gemessen in Millimeter Wassersäule statischem Druck der Heizgasleitung), so zeigt sich (Bild 4) ein ungleiches Ansteigen der Temperaturen. Diese steigen in der Bodenmitte rascher an als am Schaft, so daß das Temperaturgefälle über den ganzen Kolben sowie das Einzelgefälle in

— 15 — Kolbenboden, Ringzone und Schaft zunimmt, weil eine größere W ä r m e m e n g e zu verarbeiten ist. 80

Kolbentemperaturen 120 160 200

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2W "C 280

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VeWät~meLeau esct !agu n9 4 6 t/6 S/6

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1 / 1 V'' 1

IIII

B i l d 4. K o l b e n ! e m p e r a l u r e n in A b h ä n g i g k e i t der W ä r m e b e a u f s c h l a s u n s (Kalorimeterversuch).

B i l d 5 a. K o l b e n t e m p e r a t u r e n bei v e r s c h i e d e n e r Wärmebeaufschlagung (Kalorimetenersuch).

W i e zu erwarten, ist der Temperaturverlauf der einzelnen Meßpunkte, aufgetragen über der an das Kalorimeter abge-

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gebenen Wärmemenge, bei kleinen Wärmebeaufschlagungen zunächst linear (Bild 5a). Allmählich aber beginnen die Temperaturen langsamer anzusteigen. Dies rührt zunächst daher, daß sich der Kolben mit steigender Temperatur ausdehnt, so daß das Kolbenspiel und damit der Wärmeübergangswiderstand zur Zylinderwand geringer wird, eine Tatsache, die man bei Motorenversuchen häufig in der niedrigeren Kolbentemperatur auf der Druckseite bestätigt findet (s. a. O.). 2100

kcal/h 2000

f

1800

1600

'S 1100 §,1200 |

1000

;§

800

600

WO § 200

0

W 120 200 280 360m.mWS statischer Druck in der Propan-Leifung

B i l d 5 b. Zu- und atigofiilirtoKolhenwünnc

(Kaloriinetcrvcrsuch).

Eine zweite Erscheinung läßt sich in ihren Anfängen beobachten, wenn man die an das Kalorimeter abgegebene Wärmemenge als Maß für die vom Kolbenboden aufgenommene Wärme und den statischen Druck in der Heizgasleitung als Maß für die dem Kolben zugeführte Wärme aufträgt (Bild 5 b). Wären keine weiteren Einflüsse vorhanden, so würde sich eine quadratische Abhängigkeit ergeben, gemäß der Beziehung oder wobei Q h g F

— Gasdurchfluß in m 3 /s, — Druckhöhe in mm WS, ----- Erdbeschleunigung in m/s 2 , -- Ausflußquerschnitt in m 2

— 17 — ist. E i n e in d e n u n t e r e n Teil d e r K u r v e g u t h i n e i n p a s s e n d e P a r a b e l w e i c h t allmählich i m m e r m e h r a b , ein Zeichen d a f ü r , d a ß der K o l b e n m i t s t e i g e n d e r B e a u f s c h l a g u n g v o n der zugef ü h r t e n W ä r m e e n t s p r e c h e n d der s i n k e n d e n T e m p e r a t u r d i f f e renz G a s - K o l b e n b o d e n i m m e r weniger a u f n i m m t u n d w a h r scheinlich a u c h in z u n e h m e n d e m Maße W ä r m e w i e d e r a b strahlt. In diesem Z u s a m m e n h a n g m u ß noch auf einen w e i t e r e n E i n f l u ß hingewiesen w e r d e n . Mit z u n e h m e n d e r T e m p e r a t u r steigt n ä m l i c h die W ä r m e l e i t f ä h i g k e i t des K o l b e n w e r k s t o f f s , w a s a m E n d e eine T e m p e r a t u r s e n k u n g u n d eine V e r g r ö ß e r u n g der d u r c h f l i e ß e n d e n W ä r m e m e n g e zur Folge h a t . Messungen h a b e n eine d e r T e m p e r a t u r e t w a verhällige Z u n a h m e der Leitf ä h i g k e i t ergeben (5, 6). So k o m m e n in der s t a t i o n ä r e n D a r s t e l l u n g gleich eine Reihe v o n F a k t o r e n z u m V o r s c h e i n , die eine E r f a s s u n g der K o l b e n t e m p e r a t u r e n auf r e c h n e r i s c h e m W e g e so ü b e r a u s schwierig g e s t a l t e n .

B. Einfluß des Ladegewichts. 1. Ohne Aufladung. Die m o t o r i s c h e n V e r s u c h e ü b e r den E i n f l u ß d e r W ä r m e b e a u f s c h l a g u n g w u r d e n a m I l i r t h HM 8 - E i n z y l i n d e r d u r c h g e f ü h r t , dessen A b m e s s u n g e n u n d K e n n w e r t e k u r z a n g e g e b e n seien. Der Motor (HM 8-Einzylinder, luftgekühlt mit Leitblech, a u f g e b a u t auf F K F S - E i n z y l i n d e r p r i i f s t a n d m i t S u m p f - U m l a u f s c h m i e r u n g u n d w ä h r e n d des L a u f e s v e r s t e l l b a r e r V e r d i c h t u n g , Bild 6) w u r d e in der üblichen Weise m i t einer e l e k t r i s c h e n P e n d e l m a s c h i n e g e b r e m s t . Die L e i s t u n g w u r d e m i t der T a c h o waage und dem FKFS-Stichdrehzähler, der Brennstoffverb r a u c h m i t geeichten M e ß g e f ä ß e n m e n g e n m ä ß i g e r m i t t e l t . D e r B r e n n s t o f f v e r b r a u c h k o n n t e d u r c h v e r s t e l l b a r e Diiscnn a d e l n w ä h r e n d des L a u f e s beliebig eingestellt w e r d e n . Die in das K u r b e l g e h ä u s e d u r c h b l a s e n d e G a s m e n g e w a r ü b e r schlägig a n einer G a s u h r , d a s a n g e s a u g t e L u f t v o l u m e n a n einem D r e h k o l b e n g a s m e s s e r a b l e s b a r . Die K ü h l l u f t lieferte B r e c h t , Kolbcnteinperaturcn.

2

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18

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"Bild ß.

V e r s u c h s a u f b a u IIM 8 - E i n z y l i n d e r l u f t g e k ü h l t v o n d e r aus gesehen.

Abblasseile

ein rasch laufendes Umlaufgebläse, dessen Menge durch Abdecken der Ansaugöffnung eingestellt werden konnte. Die Abmessungen und Werkstoffe des HM 8-Motors und die verwendeten Schmier- und Kraftstoffe waren folgende: Bohrung

105 m m Dmr.

Hub

116 m m

Hubraum

11

Steuerzeiten: E. ö. 36° v. O T , s. 59° n. U T , Ges.Öffn.Dauer 275°, A. ö. 77° v. U T , s. 29° n. OT, Ges.Öffn.Dauer 286°, Überschneidung 65°. Zylinderwerkstoff

Perlitguß

Zylinderkopfwerkstoff

AI vergütet

Kolbenwerkstoff Verdichtungsgrad (normal)

EC 124 . . . . e = 6

Schmierstoff

I n t a v a 120

Kraftstoff

Fliegerbenzin OZ 87

Statischer Druck der Kühlluft vor dem Zylinder

250 m m W S

— 19 — Temperatur der Kühlluft vor Zylinder Schmierstofftemperatur Schmierstoffdruck . .

dem 30° C 55° G 3 atü

Um einen Vergleich bei verschiedenen Belastungen einwandfrei zu gestalten, war es notwendig, diesen Einfluß allein zu verändern. Es mußten daher Drehzahl und Zündzeitpunkt, deren Einfluß getrennt untersucht wurde, gleichgehalten und bei verschiedenen Belastungen bzw. Ladegewichten (Füllung) und einer gewissen Drosselöffnung jeweils Meßläufe bei bester Einstellung der Düsen durchgeführt werden. Die Leerlaufeinstellung war dann gegeben durch die kleinste Drosselöffnung, die es gestattete, ohne zusätzliche Belastung die Nenndrehzahl von 3000 U/min zu erreichen. Ebenso wurde bei voll geöffneter Drossel ein Vollastlauf durchgeführt, und auch bei dazwischenliegenden Drosselstellungen einige Meßläufe jeweils bei bester Düseneinstellung aufgenommen. Bild 7 zeigt das Ansteigen der motorischen Kennwerte und Temperaturen beim Belasten von der Leerlaufleistung bis zur vollen Belastung. Bemerkenswert erscheint zunächst die hohe Leerlaufleistung (A7f = 13,5 PS), die der Motor schon ohne zusätzliche Belastung allein zur Überwindung der am Einzylinderprüfstand besonders hohen Antriebs- und Strömungswiderstände aufbringen muß (Antriebsleistung AT, = 7,4 P S bei e = 6, n = 3000 U/min und voll geöffneter Drossel, entsprechend einem notwendigen mittleren Arbeitsdruck von pm = 2,22 kg/cm 2 ). Infolge dieses hohen notwendigen Ladegewichts liegen auch die Kolben- und Zylindertemperaturen im Leerlauf verhältnismäßig hoch. Da ferner die Schleppleistung für alle Einstellungen bei gleicher Drehzahl, abgesehen von einer geringen Erhöhung durch die bei Teillast nur teilweise geöffnete Drossel, dieselbe bleibt, nimmt der spezifische Verbrauch, bezogen auf die Nutzleistung (be), mit zunehmender Belastung sehr stark ab, während der spezifische Verbrauch, bezogen auf die innere Leistung (¿»¿), nur wenig absinkt. Beide Kurven erreichen in unserem Falle bei nicht ganz geöffneter Drossel einen Tiefstwert.

2*

—

20

—

~

—

*

/

^Auspul T

y

Füllung

/B> -enn raur V

Brennraum-u.

spezifischer

Verbrauch

Brennstoff-

Ne

Auspuff-Temp.

Durchfluß

*

Bücbse_unten_

n=3000U/min.

^—'

Leistung

voliieerKolben-u.Zylinder-Temp.

V,V5 5,1 6,35 7,3 825 9,2 10,1511,1 1,15 5,1 6,35 7,3 8,25 9,2 ——Mifti Motorische

Innen

druck

p

m

;

kg/cm 2—»•

liilil 7. K e n n w e r t e ' unii T e m p e r a t u r e n liei y e r s e l i i e d e n e r (UM X-Kinzylimler lufUekühll).

Die Gegenüberstellung der Temperaturen bei Vollast (pm. 8,25 k g / c m 2 ) und Leerlauflast verhältige Änderung gegenüber folgende Aufstellung.

voll 10,1511,1

Belastung

motorischen Kennwerte und = 11 kg/cm 2 ), % - L a s t ( p m ; = ( p m , = 4,5 kg/cm 2 ) und ihre den Vollastwerton zeigt die

—

Motorische

Kennwerte

Drehzahl U/min . . . . Zündzeitpunkt 0 v. OT . Mittl. Innendruck kg/cm 2 Brennstoff durchfl'uß kg/h Spez. Verbrauch bt g/PSh Spez. Verbrauch be g/PSh Füllung v l l

21

—

Vollast ' / . - L a s t

3000 38 11

3000 38 8,25

7,6

Zu- u. Ab- Leernahme lau rbezogen auf Vollast last

Z u - u . Abnahme bezogen auf Vollast

3000 38 — 25 v H 4,5

— 59 v H

5,2

— 22 v H

3,1

— 59 v l l

217

188

— 13 v H

217

270 84

250 — 7,5 v H 65 — 22 v H

420 37

+ 56 v H — 56 v H

830 940

725 990

— 12 vH + 5,5vH

580 860

— 30 vH — 8,5 v H

320 270 232 176

288 257 214 168

— — — —

240 222 176 152

— — — —

272 203 112

252 182 108

— 7,5 v H — 10 v H — 3,5 v H

—

—

—

—

—

T e m p e r a t u r e n °C Brennraum Auspuff Kolben Bodenmitte Bodenrand Ringabschnitt Schaftmitte Zylinder Kerzensitz Büchse oben Büchse unten

. . . .

. . . .

10 5 8 5

vH vH vH vH

25 18 24 14

vH vH vH vH

195 — 28 v H 136 — 33 v H 96 — 14 v H

W i e zu e r w a r t e n , fallen die L e i s t u n g e n , a u s g e d r ü c k t i m m i t t l e r e n I n n e n d r u c k />„,,. e t w a wie die L a d e g e w i c h t e (Füllungen) a b . Zufolge des a b n e h m e n d e n W ä r m e e i n f a l l e s auf die W a n d u n g e n n e h m e n , allerdings l a n g s a m e r als der m i t t l e r e D r u c k , a u c h die M o t o r t e m p e r a t u r e n a b , v o r allem a m Kopf ( K e r z e n sitz), in der K o l b e n b o d e n m i t t e u n d im H i n g a b s c h n i t t , wo die Aufheizung durch vorbeistreichende Verbrennungsgase immer geringer w i r d . 2. Mit Aufladung. Die L a d e g e w i c h t e e r r e i c h e n bei den h e u t e f ü r F l u g m o t o r e n üblichen K o j b e n g e s c h w i n d i g k e i t e n von 11 bis zu 13 m / s e t w a 75 bis 85 v l l des L u f t g e w i c h t e s , das d e m v o m K o l b e n bes t r i c h e n e n R a u m e n t s p r i c h t . Dieses L u f t g e w i c h t (Füllung) g i b t ein u n m i t t e l b a r e s Maß d e r zu e r w a r t e n d e n L e i s t u n g . D a s B e s t r e b e n , die L e i s t u n g s g e w i c h t e zu e r n i e d r i g e n , z w i n g t jedoch d a z u , ü b e r die d u r c h geeignete F o r m g e b u n g v o n Vergaser- u n d V e n t i l q u e r s c h n i t t e n e r r e i c h b a r e F ü l l u n g h i n a u s v o n der A u f l a d u n g G e b r a u c h zu m a c h e n . W i e sich d a b e i die

—

22

—

Kolbentemperaturen verhalten, zeigen Versuche, die im F K F S an dem auf Seite 17 beschriebenen Hirth-Einzylindermotor durchgeführt worden sind und die als Fortsetzung des im vorigen Abschnitt untersuchten Einflusses des Ladegewichtes ohne Aufladung betrachtet werden können (8).

bdedruck Bild 8. Kolben- u n d Z y l i n d e r t c m p c r a l u r c n bei A u f l a d u n g (1I.M 8-Einzylindur l u f t g e k ü h l t ) .

Der Motor wurde bis zu 0,5 atü aufgeladen mit einem fremd angetriebenen Gebläse, welches eine Rückkühlung der verdichteten Ladeluft erlaubte. Der Ivühlluftstaudruck betrug hierbei, abweichend von den bisherigen Bedingungen, 320 m m W S . Die Zunahme der Leistungen, Ladegewichte und Temperaturen bei Aufladung zeigt die folgende Zahlcntafcl: Ladedruck

Ladeluftgewicht kg/min

Innere Leistung PS

HöchsteMotortemperatur °C

Gasdurchlaü

atü 0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5

1,52 1,12-1,52 1,22-1,52 1,35-1,52 1,44- 1,52 1,52-1,52

35,2 1,11 • 35,2 1,20-35,2 1,33-35,2 1,42 • 35,2 1,50 • 35,2

320 1,04 • 320 1,12- 3 2 0 1,18-320 1,21 - 3 2 0 1,24 • 3 2 0

0,6 1,5 • 0 , 6 3,0 • 0,6 4,0-0,6 5,2 • 0,6 7,2 • 0 , 6

m s /h

— 23 — Wiederum ist, wie zu erwarten, die Leistung verhältig dem Ladeluftgewicht angestiegen. Trotz der höheren hineinund hindurchgespülten Frischluftmenge, von der m a n vielleicht eine Kühlwirkung hätte erwarten können, hat sich aber infolge des stärkeren Wärmeeinfalls auf den Kolbenboden das Temperaturgefälle im Kolben vergrößert, bei nur wenig steigenden Zylinderwandtemperaturen (Bild 8). Auffallend ist der übermäßige Temperaturanstieg im Ringabschnitt. Dieser ist durch den mit dem Druck im Verbrennungsraum anwachsenden Kolbengasdurchlaß zu erklären. Durch den hohen Gasdruck gelangen die Verbrennungsgase tiefer in die Ringzone und heizen Ringe und Kolben auf. Wie das Meßblatt zeigt, bildet der oberste Kolbenring bei hoher Aufladung dem unter ihm befindlichen Teil des Kolbens keinen Schutz mehr.

C. Einfluß der Gemischzusammensetzung. Die Verbrennung und damit die Leistung eines Motors erreicht bei sonst gleichen Bedingungen über einem bestimmten Brennstoffdurchfluß, der wiederum einem gewissen Luftüberschuß entspricht, einen Bestwert. Wird der Durchfluß erhöht (Anreicherung), so tritt eine Leistungsabnahme, verbunden mit erhöhtem spezifischem Verbrauch ein. Dagegen bewirkt eine Verminderung des Brennstoffdurchflusses (Abmagerung) zwar auch eine Leistungsabnahme, aber zunächst noch eine Senkung des spezifischen Verbrauchs. Diese Abmagerung wird im »Sparbetrieb« für niedrigen Brennstoffverbrauch angewandt. Wie die Leistung erreicht auch die Brennraumtemperatur bei etwa demselben Durchfluß einen Höchstwert, während die A u s p u f f t e m p e r a t u r infolge der sich immer mehr verzögernden Verbrennung mit zunehmender Abmagerung weiter ansteigt. Die Versuche wurden am Hirth HM 8-Einzylindermotor von 105 m m Bohrung unter den auf Seite 18 beschriebenen Versuchsbedingungen durchgeführt. Die bei voll geöffneter Drossel und geändertem Brennstoffdurchfluß gemessenen motorischen Kennwerte sowie die aufgenommenen Temperaturen lassen erkennen, wie weit sich eine A b m a g e r u n g oder Überfettung des Gemisches auf die Kolben- und Zylindertemperaturen aus-

wirkt, bzw. zur K ü h l u n g des Motors, i n s b e s o n d e r e des K o l b e n s , herangezogen werden k a n n (Bild 9).

"N

50 1000

\Auspui f

\

Luftüberschuß

v.H.

900

\

Brennraurn^

50

\ \

Füllung g/PSh

/

/

i

2W 200

160

10

/

/

800

\

\

50

\

700

\\

50

\ 600 B rer >nrtiun 7-U 50 Al tsp "ff -Te,mpt?ra>ur °G Yßodt 7/A< 20

/ s/

50

f

w

300

\

*

%

Speziftsa her Verbrauch

80 60

W

r

20

200

Pm •

Sc hat

80 60

Prr e

—— • \

W Biichst'unferr 20 100 80

Mittlerer Druck Kolben-u. Zylinder-Temp. 60 6 7 8 9 10 11kg/h5 6 7 8 9 10 Hkg/ft —"Brennstoff-Durchfluß— JSihI 9. M o t o r i s c h e K e n n w e r t e u n d T e m p e r a t u r e n in AIiliiiiifiiKkeit d e r (ieinisehzus.'i m m e n s e t z u n g ( I U I 8-Jiinzylimler luftgekühlt).

Bezogen auf die B e s t l e i s t u n g bei einem D u r c h f l u ß v o n 7.(i kg/h ä n d e r n sich die m o t o r i s c h e n K e n n w e r t e u n d T e m p e r a t u r e n bei einer A b m a g e r u n g auf 6,05 k g / h (—20 v l l ) bzw. einer A n r e i c h e r u n g auf 11,4 kg/h ( + 50 v l l ) wie f o l g t : Best- 1 Ablei- | magestung rung

Motorische K e n n w e r t e Drehzahl U/min . . . . Zündzeitpunkt 0 v. OT . Brennstoff durchfluß kg/h Mittl. Innendruck kg/cm 2 Spez. Verbrauch bi g/PSh Füllung v H Luftüberschuß . . . . . Temperaturen

0

Brennraum . . Auspuff Kolben Bodenmitte . Bodenrand . Ringabschnitt Schaftmitte . Zylinder Kerzensitz . . Büchse oben Büchse unten

. . . . . .

3000 38

Anreicherang i rung

Zu ~ und Abnahnie bez auf B e's t ] _

3000 38

3000 38

6,05 — 20 v H 10,3 — 2 v H

11,4 10,1

+ 50 v H — 4 vH

1

7,6 | 10,5 |

Zu- u n d Abnahme bez. auf Bestl.

—

217 84 0,82

175 83 1,0

— 19 v H — 1,5 v H + 22 v H

345 89 0,6

+ 60 v H + 6 vH — 27 v H

830 930

810 1005

2,5 vH • 8 vH

650 570

— 22 v H — 39 v H

C

. . . .

320 271 236 174

270 238 196 157

— — — —

16 12 17 10

vH vH vH vH

. . . . . . . .

268 200 114

196 158 110

— 27 v H — 21 v H — 4 vH

Ü b e r einem g r o ß e n G e m i s c h b e r e i c h bleiben die Motort e i u p e r a t u r e n u n v e r ä n d e r t , wobei allerdings zu b e m e r k e n ist, d a ß die A b m a g e r u n g a m E i n z y l i n d o r p r i i f s t a n d nicht bis zu d e m i m B e t r i e b a m M e h r z y l i n d e r m o t o r üblichen M a ß g e t r i e b e n w e r d e n k a n n , d a der E i n z y l i n d e r m o t o r schon f r ü h e r u n s t a b i l w i r d u n d U n r e g e l m ä ß i g k e i t e n in der V e r b r e n n u n g zeigt, die sich bei m e h r e r e n Z y l i n d e r n noch ausgleichen k ö n n e n . U b e r die V e r b e s s e r u n g des t h e r m i s c h e n W i r k u n g s g r a d e s bei h ö h c r e m L u f t ü b e r s c h u ß ( A b m a g e r u n g ) b e r i c h t e t Hocker (7). Ü b e r f e t t u n g b r i n g t zwar eine k r ä f t i g e S e n k u n g von Brennraum-, Auspuff- und W a n d t e m p e r a t u r e n und somit auch eine w i r k u n g s v o l l e K o l b e n k ü h l u n g , a b e r n u r m i t d e m O p f e r eines rasch a n s t e i g e n d e n B r e n n s t o f f v e r b r a u c h s . Dieses Mittel w i r d d a h e r w o h l n u r bei kurzzeitiger U b e r b e l a s t u n g z u r K ü h l u n g des B r e n n r a u m e s h e r a n g e z o g e n w e r d e n .

—

26

—

D. Einfluß der Kraftstoff-Zusammensetzung. Neben der Ü b e r f e t t u n g des Gemisches bietet auch die Z u s a m m e n s e t z u n g des K r a f t s t o f f e s ein Mittel, die Kolbent e m p e r a t u r e n herabzusetzen. J e d e r Kraftstoff entzieht bei der V e r d a m p f u n g seiner U m g e b u n g W ä r m e . Diese V e r d a m p f u n g s w ä r m e ist n u n , wie folgende kurze Aufstellung zeigt, bei den einzelnen G r u n d k r a f t s t o f f e n , aus denen sich die üblichen Betriebsstoffe zusammensetzen, verschieden (8). Kraftstoffe

P e n t a n } Äromaten . . . Benzol} ^liphaten . . . Äthylalkohol Methylalkohol

Verdampfungswärme kcal/kg

unterer Heizwert kcal/kg

71 86 86 95 216—230 291

11600 11619 10166 10026 7 140 5 300

D u r c h Zusatz eines K r a f t s t o f f e s mit h o h e r V e r d a m p f u n g s wärme, z. B. Alkohol, k a n n bei sonst gleichen Bedingungen, insbesondere einer dem jeweiligen Mindestluftbedarf entsprechenden L u f t ü b e r s c h u ß z a h l , die mittlere B r e n n r a u m t e m p e r a t u r gesenkt werden. U n d da diese ein Maß f ü r die W ä r m e b e a u f s c h l a g u n g des Kolbens bildet, wäre d a m i t auch eine K ü h l u n g des Kolbens erreicht. A u ß e r d e m k a n n die Klopfgrenzc hinaufgeschoben werden. Denn es h a t sich auch gezeigt, d a ß klopffestere K r a f t s t o f f e in einem Gebiet, wo andere K r a f t s t o f f e schon zum Klopfen neigen, grundsätzlich niedrigere B r e n n r a u m - u n d K o l b e n t e m p e r a t u r e n vor allem a m Kolbenboden aufweisen, w ä h r e n d im klopffreien Gebiet zwischen den K r a f t s t o f f e n hinsichtlich der T e m p e r a t u r e n k a u m U n t e r schiede festzustellen sind. Oft wird auch ein Z u s a t z von W asser mit seiner hohen V e r d a m p f u n g s w ä r m e v o n 539 kcal/kg zur H e r a b s e t z u n g der K o l b e n t e m p e r a t u r e n u n d z u m Hinausschieben der Klopfgrenze empfohlen. Doch bringt eine solche I n n e n k ü h l u n g des Motors wohl in j e d e m Falle Nachteile mit sich, die in dem niedrigen Heizwert der meisten Zusätze b e g r ü n d e t sind u n d die sich in höherem spezifischem V e r b r a u c h ä u ß e r n . Infolge der hohen

— 27 — Verdampfungswärme lassen entstanden.

sind auch

Schwierigkeiten

beim

An-

Aus diesen Gründen wird eine Kolbenkühlung durch Zusatz von Stoffen mit hoher Verdampfungswärme zum Kraftstoff nur als Hilfsmittel in Fällen höchster thermischer Belastung, z. B. beim Abheben des Flugzeugs, und auch dann nur für kurze Zeit herangezogen werden können.

E. Einfluß des Zündzeitpunktes. Die Versuche bei konstantem Drehzahl wurden den auf Seite 18

über den Einfluß verschiedener Vorzündung Brennstoffdurchfluß und gleichbleibender ebenfalls am HM 8-Einzylindermotor unter angegebenen Bedingungen durchgeführt.

Wird der Zündzeitpunkt bei einer gegebenen Drehzahl immer mehr vorverlegt, so steigt die Leistung zunächst auf einen Höchstwert an und fällt dann mit fortschreitender Vorzündung wieder ab. Der spezifische Verbrauch hingegen erreicht an der Stelle der Bestleitung seinen niedrigsten Wert und steigt sowohl mit zu- wie mit abnehmender Vorzündung wieder an (Bild 10). Überraschend ist zunächst das starke Ansteigen aller Temperaturen mit zunehmender Vorzündung auch über den Wert der Bestzündung hinaus, mit Ausnahme der langsam absinkenden Auspufftemperatur. Das Ansteigen der Brennraumtemperatur und damit der Kolben- und Wandungstemperaturen bei übermäßiger Vorzündung wird damit zusammenhängen, daß die Verbrennung noch während des Verdichtungshubes, also bei abnehmendem Volumen, stattfindet. Dem Verbrennungsvorgang wird hierbei noch äußere (Verdichtungs-)Energie zugeführt, die ein derartiges Aufheizen der Brenngase und Ansteigen der Brennraum- und Wandtemperaturen hervorrufen kann, daß die Verbrennung sehr schnell, unter Umständen sogar klopfend erfolgt. Dabei sinkt die mittlere Abgastemperatur, weil die Verbrennung im Brennraum schon früh beendet ist. Dagegen wird bei verspäteter Zündung die Brennzeit verkürzt, so daß ein Nachbrennen des Gemisches im Auspuff und ein Steigen der Auspufftemperatur eintritt.

—

28

—

I ' h e r den W e r l der B e s t z ü n d u n g h i n a u s t r e t e n mit z u n e h m e n d e r V o r z ü n d u n g infolge des f r ü h e n D r u c k a n s t i e g e s a u ß e r d e m s t a r k e T r i e b w e r k s v e r l u s t e auf, die sich in a b s i n k e n d e m A r b e i t s d r u c k u n d z u n e h m e n d e m spezifischem V e r b r a u c h ä u ß e r n .

—»• Zündzeifpunki —— Molonsrlir

liilil 1U. K u i i n w i T l c u n d Tc'iii|>cTatim'n in A|]|iänirii.'kril. v o m Z ü i i d z o i l p u n l U ( U M 8-EiiizylinikT lurtficluilill).

— 29 — Die folgende Z a h l e n l a f e l zeigt die verhältige Ä n d e r u n g der m o t o r i s c h e n K e n n w e r t e und T e m p e r a t u r e n bezogen auf die B e s t e i n s t e l l u n g der Zündung ( 3 8 ° v. O T ) , hei S p ä t - ( 1 5 ° v . O T ) u n d bei F r ü h z ü n d u n g ( 5 5 ° v . O T ) :

Motorische

Kennwerte

Zündzeitpunkt 0 v. OT . Drehzahl U/min . . . . Brennstoffdurchfluß kg/h Mittl. Innendruck kg/cm 2 Spez. Verbrauch bi g/PSh Füllung vlt Temperaturen Brennraum Auspuff Kolben Bodenmitte Bodenrand Ringabschnitt Schaftmitte Zylinder Kerzensitz Büchse oben Büchse unten

Zu- und Zu- u n d Abnahme Abnahme Frühbez. a u f bez. a u f ziindg. Bestzündg. Bestzündg.

Bestzündg.

Spätziindg.

38° 3000

15° 3000

7,6 10,5

7,6 9,3

— ll,5vll

7,6 9,7

— 7,5 v H

217 84

242 87

+ 12 vH + 4 vll

236 81,5

+ 9 — 3

830 930

670 1015

— 19 vH + 9 vH

930 + 12 vH 920 — 1 v l l

320 273 233 176

278 235 200 162

— 13 vH — 14 v l l — 14 vH — 8 vH

359 + 12 vH 306 + 12 v l l 260 + l l , 5 v H 193 + 9,5vII

280 205 109

253 190 93

— 9,5 vH — 7 vH — 14 vH

320 + 14 vH 225 + 10 v l l 125 + 15 viI

— —

—

55° 3000

— —

—

vll vll

°C

. . . .

. . . .

Man e r k e n n t , daß bei z u n e h m e n d e r Vorzündung die Motort e m p e r a t u r e n sehr stark in die I l ö h e gehen, m i t einem Zurückverlegen der Z ü n d u n g aber eine T e m p e r a t u r s e n k u n g im Kolben und im Zylinder m i t einer geringeren E r h ö h u n g des B r e n n s t o f f v e r b r a u c h e s v e r b u n d e n ist, als dies z. B . bei Ü b e r f e t t u n g der F a l l war. Indessen m u ß auch bei S p ä t z ü n d u n g eine größere L e i s t u n g s e i n b u ß e als bei Ü b e r f e t t u n g in K a u f genommen werden.

F. Einfluß der Drehzahl. U n t e r V o r a u s s e t z u n g gleichen zugeführten L u f t g e w i c h t e s und gleichbleibender m e c h a n i s c h e r Verluste würde m i t steigender Drehzahl der mittlere I n n e n d r u c k derselbe bleiben, die L e i s t u n g als allein a b h ä n g i g von der Drehzahl ansteigen. Die

-

30

-

innere Hubraumleistung wäre dann gegeben durch K-n{K=

Konstante).

Tatsächlich steigt allerdings die Leistung langsamer an, weil mit

steigender

Drehzahl

die

Füllung und damit auch der

mittlere Druck pm. kleiner werden. Bedeuten n ttJ {(p) k(q>,n) t,.

Drehzahl, Temperatur der Gase beim Kurbelwinkel q>, Wärmeübergangszahl beim Kurbelwinkel y, Temperatur im Kolbenboden,

so geht bei der Kurbelstellung cp im Zeitelement dt die Wärmemenge dQ = F •k(