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DES WIRTS C HAFTS - UND VER K EHR 5 M I N 15 TE RI U M 5
NORDRHEIN-WESTFALEN
Herausgegeben von Ministerialdirektor Prof. Leo Brandt
Nr.54
Professor Or.-lng. habil. F. A. F. Schmidt, Aachen
Schaffung von Grundlagen für die Erhöhung derspez. Leistung
und Herabsetzung des spez. Brennstoffverbrauches bei Ottomotoren
mit Teilbericht über Arbeiten an einem neuen Einspritzverfahren
Als Manuskript gedruckt
WESTDEUTSCHER VERLAG I KOLN UND OPLADEN
1953
ISBN 978-3-663-04116-0 ISBN 978-3-663-05562-4 (eBook)
DOI 10.1007/978-3-663-05562-4
Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
G 1 i e der u n g
. . . . . . . . . . . . . . . . . .
Einleitung • • • • S. 5
Untersuchung der optimalen Betriebsbedingungen
bei Vergaser und Benzineinspritzung •••••••••• s. 6
Laboratoriumsmäßige Vorerprobung einer als
Ausführungsbeispiel gebauten Einspritzanlage
mit geringem Fertigungsaufwand und erweitertem
Bereich bezüglich der Drehzahl • • • • • • • • • s. 14
. . . . .
Vorversuche am Motor mit neuem Verfahren s. 17
Grundsätzliche Arbeiten für Aufbau vereinfachter
Regelsysteme und deren Motorerprobung • • • S. 22
s.
Zusammenfassung • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • 23
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Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Ein 1 e i tun g
In der vorliegenden Forschungsarbeit wurden zunächst die optimalen Be
triebsbedingungen bei Vergaser und Benzineinspritzung untersucht und ge
genübergestellt. Hierbei zeigte sich der besonders große Vorteil der
Benzineinspritzung. Der spezifische Kraftstoffverbrauch konnte bei Voll
last und Teillast um etwa 30% gesenkt werden.
Die bei Benzineinspritzung mögliche Verdichtungserhöhung braohte weitere
Kraftstoffersparnis und eine Erhöhung der Leistung von 15 bis 20%.
Trotz der großen Vorteile der Benzineinspritzung konnte diese sich in
großem Umfange bisher nicht durohsetzen, da die Kosten der Einspritz
ausrüstung im Vergleich zum Vergaser außerordentlich viel größer sind.
Es wurden deshalb Forschungsarbeiten durchgeführt, um die Grundlagen für
die Schaffung von Einspritzeinrichtungen, die nur geringen Fertigungs
aufwand erfordern, zu schaffen. Bei den Arheiten wurde auch die Erwei
terung des Drehzahlbereiches angestrebt. Eine Ausführung von derartigen
Anlagen wurde auf einem besonderen Prüfstand in Betrieb genommen und be
züglich der Güte der Gemischbildung mit den z.Zt.handelsüblichen vergli
chen. Die bisherigen Teilergebnisse waren schon sehr zufriedenstellend.
Bei weiteren Untersuchungen mit der neuen Einrichtung am Motor ließen
sich bereits im Versuchsstadium nahezu dieselben Ergebnisse wie mit ei
ner serienmäßigen Einspritzausrüstung erzielen. Ein weiterer Vorteil,
der sich schon jetzt ergeben hat, ist der, daß sehr hohe Drehzahlen ohne
Schwierigkeiten beherrscht werden konnten, sodaß auch in dieser Richtung
eine Leistungssteigerung in Aussicht genommen werden kann.
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
S c h a f fun von G r u n d I a ß: e n f ü r d i e E r h ö-
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h u n g d e r s p e z i f i s c h e n L e i s t u n g u n d d i e
E r z i e I u n g ger i n g e ren s p e z i f i s c h e n
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Untersuchung der optimalen Betriebsbedingungen bei
Vergaser und Benzineinspritzung
Allgemeines
Die Einbringung des Kraftstoffes in Verbrennungsmotoren geschieht bei
Ottomotoren entweder durch Vergaser oder durch Benzineinspritzung. Ver
gaserbetriebene Motoren arbeiten nach dem Prinzip der Gemisch
~ußeren
bildung, d.h. das zündfähige Gemisch entsteht außerhalb des Verbrennungs
raumes. Es ist hierbei üblich, die angesaugte Luft durch Querschnitts
verengung auf höhere Geschwindigkeit zu bringen und durch den in der Ver
engung entstandenen Unterdruck Brennstoff beizugeben. Die Verbrennung
wird im Verbrennungsraum durch Fremdzündung eingeleitet.
Nachteile des Vergaserverfahrens gegenüber mit Einspritzvorrichtung be
triebenen Motoren sind, daß bei nicht aufgeladenem Motor infolge der
stets vorhandenen Drosselung durch Querschnittsverengung der Ansauglei
tung die Füllung geringer ist, somit eine kleinere Leistung bei schlech
terem Wirkungsgrad als theoretisch möglich erzielt wird. Es ist durch
die Klopffestigkeit des Brennstoffes eine obere Begrenzung des Verdich
tungsverhältnisses und damit auch des Wirkungsgrades gegeben. Außerdem
liegt bei vergaserbetriebenen Zweitakt-Ottomotoren eine Gemischspülung
vor, sodaß ein Teil des Gemisches unverbrannt den ver
Verbrenn'L~gsraum
läßt und somit einen höheren spezifischen Brennstoffverbrauch ergibt als
theoretisch bei diesem Verdichtungsverhältnis möglich ist.
Die mit Einspritzvorrichtungen betriebenen Motoren arbeiten nach dem
Prinzip der inneren Gemischbildung, beheben also diese Nachteile. Sie
weisen einmal eine größere Füllung und somit Mehrleistung auf und zum
anderen einen geringeren spezifischen Brennst offverbrauch , wobei sich
die größten Verbesserungen bei Zweitaktmotoren ergeben.
Beim Ottomotor muß für die Einleitung der Zündung im Bereich des Zünd
funkens ein homogenes Kraftstoff-Luftgemisch vorhanden sein, bei dem das
Luftverhältnis lt I ist.
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Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Da der spezifische Brennstoffverbrauch bund der effektive Mitteldruck p
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direkt eine Funktion vom Luftverhältnis ist, ist die Beherrschung dieses
Luftverhältnisses, d.h. die genaue Dosierung der Brennstoffmenge zu der
nach Abschluß des Ansaugvorganges sich im Zylinder befindlichen Luftmenge,
von größter Wichtigkeit. Letzteres ist bei Benzineinspritzung wesentlich
besser gewährleistet. Hierdurch ergibt sich ferner die Möglichkeit, sich
der Klopfgre.nze mehr zu nähern, d.h. das Verdichtungsverhältnis von mit
Benzineinspritzvorrichtungen betriebenen Motoren gegenüber Vergaser
betrieb höher zu wählen und so eine zusätzliche Verbrauchsers.parnis und
Leistungssteigerung zu erzielen.
Ferner ist bei Benzineinspritzung eine weitere Verbesserung in dieser
Richtung durch Gemischschichtung möglich.
Den obenerwähnten wesentlichen Vorteilen, herrührend aus dem Verfahren,
stehen der Benzineinspritzung nachteilig die zum Teil erheblichen Anschaf
fungskosten bisheriger Ausführungen entgegen.
Diese grundsätzlichen Überlegungen wurden den Prüfstands- und Entwicklungs
arbeiten zur Schaffung von allgemeinen Grundlagen zur Erhöhung von Leistung
und Erzielung geringeren Verbrauches an Fahrzeug-Ott')motoren zu Grunde ge
legt. Die Ergebnisse der Forschungsarbeit werden im Folgenden aufgezeigt.
A b b i 1 dun g 1
Motor - Prüfstand
Zwei-Takt-Zwei-Zylinder-Motor DKW 700 cm3
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Forschungsberichte des Wirtschafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Versuchseinrichtung und Meßergebnisse
Die Forschungsarbeiten wurden an einem serienmäßigen DKW-Zweitakt-Motor
mit 700 cm3 Hubraum durchgeführt, dessen Nennleistung bei n = 4000 min-l,
N = 23 PS beträgt (Abb.l).
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Um eine gesicherte Vergleichsbasis für die weiteren Untersuchungen zu ha
ben, wurden mit einem Serienvergaser zuerst die Verbräuche und Leistungen
bei v.erschiedenen Drehzahlen für Vollast und Teillast gemessen.
Zur Durchführung der Untersuchungen für Benzineinspritzung wurde mit neu
entworfenen Zylinderköpfen zuerst der Einfluß der Spritzrichtung, der Ein
spritzzeiten und der Zündung auf Leistung und Verbrauch ermittelt. Hier
für stand zunächst die von der Firma Bosch entwickelte Zweizylinder
Leichtöl-Einspritzpumpe mit pneumatischem Regler, ferner Zapfendüsen mit
einem Einspritzdruck von etwa 50 at zur Verfügung. Als Optimum der Ein
stellung von Einspritzzeit und Zündung wurde gefunden:
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Einspritzbeginn: 220 v.o.T ..
Zündung: 330 v.o.T. bei Vollast
Als günstigste Spritzrichtung ergab sich eine Anbringung der Einspritzdüse
im Zylinderkopf auf der Auslaßseite, wobei in Richtung der Einlaßseite ge
spritzt wurde.
Die gemessenen spezifisohen Brennstoffverbräuche und effektiven Leistun
gen bei Vollast gegenüber den Vergaserwerten sind in Abb.2 und 3 aufgetra
gen worden. Es wurde in beiden Fällen gleiche Verdichtung zu Grunde ge
legt. Die bis hierher aufgeführten Ergebnisse sind bereits ausführlich in
einem früheren Forschungsbericht dargestellt worden.
Neben diesen Vorteilen der Benzineinspritzung gegenüber Vergaser, herrüh
rend durch Fortfall der Drosselstelle im Vergaser und Vermeidung der Ge
mischspülung, wurde durch erhöhte Verdichtung, möglich durch genaue Dosie
rung der Brennstoffmenge, eine weitere Leistungssteigerung und Verbrauchs
verbesserung erzielt. Ein Klopfen des Motors trat hierbei nicht auf, wo
gegen bei gleicher Verdichtung des mit Vergaser betriebenen Motors ein
merkliches Klopfen wahrgenommen wurde. Diese Messungen liegen den Ab
bildungen 4 und 5 zu Grunde. Hierbei wurde noch nicht die Möglichkeit
weiterer Verdichtungserhöhung durch Gemischschichtung ausgeschöpft.
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)( Motor mit Serienvergaser E = 6
r:2 Motor mit Benzineinspritzung bei Änderung der
~t5 Einspritzmenge (Änderung des Luftverhältnisses)
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Vollgaswerte des
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Motorleistung Ne [PS]
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Abhängigkeit des spezifischen Kraftstoffverbrauches von der Motorleistung
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DKW-Motor: Teillastverhalten bei Benzineinspritzung nach Verdrängerprinzip
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Forsohungsberiohte des Wirtsohafts- und Verkehrsministeriums Nordrhein-Westfalen
Düsen auf Auslaßseite
Drossel voll geöffnet
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DKW-Motor mit Benzineinspritzung Einfluß des Verdichtungs-Verhältnisses
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