Der Ladungswechsel bei Viertaktmotoren erfolgt über die Einlass- und Auslassorgane, also einlassseitig über die Einlassventile und den angeschlossenen Ansaugrohrleitungen Vergaser, Einspritzdüsen etc. und abgasseitig über die Auslassventile, die angeschlossenen Auslassrohleitungen und üblicherweise einem Schalldämpfertopf. Die Qualität des Ladungswechsels ist maßgeblich von dem Druckwellengeschehen in den Einlass- und Auslassorganen der Verbrennungskraftmaschine abhängig. Die Optimierung der Ladungswechselorgane ist Gegenstand aktueller Forschung und Entwicklung. Der Betriebszyklus von Fahrzeugmotoren ist in hohem Maße nichtstationär. Stand der Technik ist eine an unterschiedliche Betriebszustände der Verbrennungskraftmaschine angepasste konstruktive, d.h. in erster Linie geometrische Auslegung der Einlass- und Auslassorgane, insbesondere des Abgastraktes.
Bei der Konstruktion der Auslassorgane taucht das Problem auf, dass das Konzept einer optimalen Auslegung hinsichtlich Strömungsmechanik (Gasmassenstrom) einerseits und Strömungsakustik (instationäre Gasdynamik) andererseits einen Zielkonflikt darstellt und somit die zur Ausführung kommende Konstruktion in der Regel ein Kompromiss ist.
Inhaltsverzeichnis
SIMPREX. Verfahren zur variablen Druckwellenabtrennung.
Vorbemerkungen zu diesem Aufsatz.
SIMPREX / Intro.
Verringerung des Kontrollaufwandes.
Aufbau, Wirkungsweise und Ausführung.
Die Kunst des Drehschiebers
Technische Beschreibung
Stand der Technik
Problembeschreibung
Problemlösung
Erreichbare Vorteile
Aufbau, Wirkungsweise und bauliche Ausführung der Druckwellenmaschine.
Zum Aufbau.
Zur Wirkungsweise.
Zur Ausführung.
Technische Beschreibung
Drehschieberventil zur Montage im Abgastrakt einer Verbrennungskraftmaschine zur Verbesserung des motorischen Ladungswechsels.
Stand der Technik
Problembeschreibung
Problemlösung
Erreichbare Vorteile
Aufbau, Wirkungsweise und bauliche Ausführung des Drehschieberventils.
Zum Aufbau.
Zur Wirkungsweise.
Zur Ausführung.
Technische Beschreibung
Drehschieberventilanlage im Abgastraktes einer Verbrennungskraftmaschine zur Verbindung mit einer Gas durchflossen Düse.
Stand der Technik
Problembeschreibung
Problemlösung
Erreichbare Vorteile
Aufbau, Wirkungsweise und bauliche Ausführung.
Aufbau, Wirkungsweise und bauliche Ausführung des Drehschieberventils.
Zum Aufbau des Drehschieberventils.
Zur Wirkungsweise des Drehschieberventils.
Zur Ausführung des Drehschieberventils .
Aufbau, Wirkungsweise und bauliche Ausführung der Düse.
Zum Aufbau der Düse .
Zur Wirkungsweise der Düse.
Zur Ausführung der Düse.
Zur Ausführung und Wirkungsweise der Düse nach Anspruch 3.
Zielsetzung & Themen der Arbeit
Das Hauptziel dieser Arbeit ist die Vorstellung des SIMPREX-Verfahrens, welches darauf abzielt, den motorischen Ladungswechsel von Verbrennungskraftmaschinen durch eine gezielte Manipulation des Abgasmassenstroms mittels Druckwellen zu optimieren. Die zentrale Forschungsfrage untersucht, wie durch die Einführung einer zeitlich veränderlichen Reflektionsrandbedingung mittels eines synchronisierten Drehschieberventils und eines sekundären Kesselvolumens die Komplexität der Abstimmung zwischen Abgastrakt und Maschine reduziert und die Leistungsentfaltung sowie der Kraftstoffverbrauch verbessert werden kann.
- Konzeption und Wirkungsweise des SIMPREX-Verfahrens zur Konditionierung des motorischen Ladungswechsels.
- Einsatz eines mit der Motordrehzahl synchronisierten Drehschieberventils zur akustischen Kopplung des Abgastraktes.
- Anwendung der instationären Gasdynamik zur gezielten Nutzung von Druckwellenenergie.
- Konstruktive Umsetzung der Druckwellenmaschine und deren Integration in bestehende Motorensysteme.
- Historischer Kontext und Bedeutung von Drehschiebersteuerungen in der Motorentechnik.
Auszug aus dem Buch
Die Idee des SIMPREX-Verfahrens
Die Idee des SIMPREX-Verfahrens ist die Konditionierung des motorischen Ladungswechsels durch eine gezielte Manipulation des Abgasmassenstroms mittels Druckwellen. Diese treten insbesondere bei Hochleistungsmotoren mit einer solchen Intensität auf, dass nicht wenige Tuningstrategien auf einer Homogenisierung des Druckwellengeschehens basieren und erst in einem zweiten, nachgeordneten Schritt damit beginnen, mit diesem Geschenk an Energie spielen. Das hier vorgestellte SIMPREX-Verfahren nutzt Druckwellen primär. Durch eine zusätzliche, zeitlich veränderliche Reflektionsbedingung im Abgasrohrsystem und im Zusammenwirken mit einem sekundären Kesselvolumen wird auf das Druckwellengeschehen im Abgastrakt der Verbrennungskraftmaschine Einfluss genommen. Dies geschieht in Gestalt eines sehr simplen, mit der Motordrehzahl synchronisierten, Drehschieberventils im Abgastrakt.
Die Beeinflussung des Druckwellengeschehens im Abgastrakt und die Nutzung der Druckwellenenergie der Verbrennungsgase führen zu einer Verbesserung des motorischen Ladungswechsels und leisten einen Beitrag zur Optimierung der Verbrennungskraftmaschine hinsichtlich Leistungsentfaltung und Kraftstoffverbrauch.
Zusammenfassung der Kapitel
SIMPREX. Verfahren zur variablen Druckwellenabtrennung.: Einleitende Worte zur Motivation des Autors, sich wieder mit der theoretischen Forschung zur instationären Gasdynamik und Ladungswechselrechnung auseinanderzusetzen.
Vorbemerkungen zu diesem Aufsatz.: Persönliche Reflexion des Autors über seine berufliche Laufbahn und den Wunsch, die in seinen Gebrauchsmustern beschriebenen Verfahren einer interessierten Öffentlichkeit zur Verfügung zu stellen.
SIMPREX / Intro.: Beschreibung des Zielkonflikts bei der Abstimmung von Auslassorganen zwischen Strömungsmechanik und Strömungsakustik sowie Einführung in das SIMPREX-Verfahren als Lösungsansatz.
Verringerung des Kontrollaufwandes.: Diskussion der Komplexität der Abstimmung von Abgassystemen und der Leitidee, die Komplexität durch intelligente, softwaregestützte Regelung in der Software zu verlagern.
Aufbau, Wirkungsweise und Ausführung.: Erläuterung der Entwicklung am Modell einer Einzylindermaschine und des Kernelements des Verfahrens, dem mit der Motordrehzahl synchronisierten Drehschieberventil.
Die Kunst des Drehschiebers: Historischer Exkurs über die Bedeutung und Entwicklung von Plattendrehschiebern im Kontext von Zweitaktmotoren sowie deren technische Herausforderungen.
Technische Beschreibung: Zusammenstellung formaler technischer Beschreibungen, die den Stand der Technik, Problemstellungen, Lösungen und Vorteile für verschiedene Varianten der Erfindung (Druckwellenmaschine, Drehschieberventil, Drehschieberventilanlage mit Düse) detaillieren.
Schlüsselwörter
SIMPREX, Verbrennungskraftmaschine, Ladungswechsel, Druckwellen, Abgastrakt, Drehschieberventil, instationäre Gasdynamik, Strömungsakustik, Motorentuning, Leistungsoptimierung, Kraftstoffverbrauch, Kesselvolumen, Ventilüberschneidung, Nachladeeffekt, Gasdynamik
Häufig gestellte Fragen
Worum geht es in der vorliegenden Arbeit grundlegend?
Die Arbeit stellt das von Michael Dienst entwickelte SIMPREX-Verfahren vor, ein technisches Konzept zur Optimierung des Ladungswechsels bei Viertakt-Verbrennungskraftmaschinen durch eine gezielte Beeinflussung des Druckwellengeschehens im Abgastrakt.
Was sind die zentralen Themenfelder der Arbeit?
Zentrale Themen sind die angewandte Strömungsakustik, die instationäre Gasdynamik in Motoren, die konstruktive Gestaltung von Drehschieberventilen sowie Methoden zur Steigerung der Motoreneffizienz und Leistungsentfaltung.
Was ist das primäre Ziel oder die Forschungsfrage?
Das primäre Ziel ist die Reduktion des Komplexitätsaufwandes bei der Abstimmung von Abgassystemen, indem durch eine zusätzliche, zeitlich steuerbare Reflektionsrandbedingung das Verhalten der Druckwellen aktiv beeinflusst wird, um den motorischen Ladungswechsel zu verbessern.
Welche wissenschaftliche Methode wird verwendet?
Es wird primär ein ingenieurwissenschaftlicher Ansatz verfolgt, der auf den physikalischen Gesetzen der Strömungsmechanik und der instationären Gasdynamik basiert, ergänzt durch die experimentelle Entwicklung und konstruktive Umsetzung technischer Bauteile.
Was wird im Hauptteil der Arbeit behandelt?
Der Hauptteil umfasst sowohl die theoretische Herleitung und Konzeption des SIMPREX-Verfahrens als auch detaillierte technische Beschreibungen verschiedener Ausführungsvarianten der Vorrichtung, einschließlich der Integration von Drehschieberventilen, Kesselvolumina und strömungsoptimierten Düsen.
Welche Schlüsselwörter charakterisieren die Arbeit?
Die Arbeit wird durch Begriffe wie SIMPREX, Verbrennungskraftmaschine, Ladungswechsel, Druckwellen, Drehschieberventil, instationäre Gasdynamik und Strömungsakustik charakterisiert.
Welche Rolle spielt das Drehschieberventil im SIMPREX-Verfahren?
Das Drehschieberventil dient nicht dem Gasmassenfluss, sondern fungiert als steuerbares Element, um eine kurzzeitige akustische Kopplung zwischen dem Abgastrakt und einem sekundären Kesselvolumen herzustellen und so gezielt Druckwellen mit negativem Vorzeichen zu erzeugen.
Warum wird der Begriff "atmende Strömungsmaschine" im Zusammenhang mit dem Zweitakter verwendet?
Der Begriff unterstreicht, dass bei diesen Motoren der Ladungswechselprozess maßgeblich von komplexen strömungsdynamischen Vorgängen bestimmt wird, anstatt lediglich von einer rein mechanischen Kolbenbewegung.
Was ist der Zweck der "vom Fahrtwind durchflossenen Düse"?
Die Düse wird so am Fahrzeug positioniert, dass sie vom Fahrtwind angeströmt wird, um infolge hoher Gasgeschwindigkeiten einen Bereich niedrigen Drucks zu erzeugen, der bei Kopplung mit dem Abgastrakt den Nachladeeffekt im Motor verstärkt.
- Citation du texte
- Dipl.-Ing. Michael Dienst (Auteur), 2012, SIMPREX. Verfahren zur variablen Druckwellenabtrennung, Munich, GRIN Verlag, https://www.grin.com/document/184945
