Arouse the DAMPFHAMMER!
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Fahrzeuge: VW Polo 1.6 TDI - Spritspar-Projekt
Lotus Elise - K20-DAMPFHAMMER Motor-Projekt
Zitat von
Steel
Wo schreibt der ENDYN-Typ denn seine Artikel, auf seiner Homepage passiert doch seit 2006 nichts mehr? Da ist zu dem "Soft Head" auch nur ein Artikel von 1999, hört sich ziemlich wild (und teuer) an, mit der seltsamen Kopfgeometrie, extremen Verdichtung und nicht zuletzt den pneumatischen Ventilfedern die man dafür braucht. Und wenn man eh schon einen kompletten Custom-Kopf braucht, kann man doch auch gleich auf DI gehen oder nicht?
Er schrieb das auf seinem FB-Kanal. Eine seiner zentralen Aussagen warum ein flacher Kolben mit etwa 5 % Quenchfläche besser als die "Poly-Quad"-Technologie von David Vizard funktioniere war:
"Despite it's tumble flow intake ports, combustion is relatively slow, requiring too much spark timing. The flat piston top at TDC is .200"+ below the deck surface of the block, and the cylinder head....so there's basically no interaction between the combustion chamber and the piston....and there's no quench effect either. The small domes on the piston provide a "fix" for both of these issues. Much better mixture turbulence, a little higher compression, and the addition of some quench all serve quicker and more complete combustion, with less spark timing, and a much larger tuning window." (Larry Widmer, FB)
"A term I coined back in the mid eighties was "combustion space", which consists of the combustion chamber in the head, and it's floor, which is the piston. I originally used the piston to isolate the mixture to the exhaust side at TDC, which was bias-burn technology. We did this with an enormous dome on the intake-side of the piston, with none on the exhaust-side. Despite the compression increase, the engines had a much wider tuning window (less sensitivity to timing and fuel mixture), and their faster and more complete burn netted more usable power. I added swirl to the mix while on the sidelines for two years of chemotherapy. My "vacation" allowed me to go from the tunnel-vision I'd developed, to "omni-vision" when visualizing the combustion process. Swirl, provided the mixture improvement, and when properly done, the dome of the piston would re-accelerate the mixture and confine it to the exhaust-side of the chamber for ignition. = Soft Head" (Larry Widmer, FB)
Dem Larry ging es damals um ein saugmotorisches Magerbrennverfahren, das eher verbrauchs- als leistungsgetrieben war. In einem mageren Gemisch sinkt die laminare Flammgeschwindigkeit um ein vielfaches ab. Damit aber keine Tage bis zum vollständigen Umsatz der Gemischmasse vergehen muss man die turbulent kinetische Energie (TKI) sinnig aufbauen. Er schlug einen zweiten Weg ein, zur Aktivierung der chemischen Reaktion braucht es nach Arrhenius vor allem Temperatur, danach bringt eine Erhöhung der Temperatur um 10 K eine Verdoppelung der Reaktionsgeschwindigkeit. In einem Lambda-1 Motor macht das keinen Sinn, ich will ja gerade das die Plörre so lange als möglich nicht zündet. Sonst würde jeder Petroleum statt zündunwilligem Benzin tanken. Der Soft-Head-Ansatz funktioniert also bei Lambda-1-Volllast-Betrieb nur bedingt gut. Was ich aus DVA- und Lichtleiteruntersuchungen im Brennraum gesehen habe ist das die Klopfortverteilung bei einem hochverdichteten Gemisch mit leichtem Schwerpunkt auf der kalten Seite des Brennraums liegt. Die Hypothese dazu ist die Tatsache das die Einlassventile, das kühlste Bauteil im Brennraum, die Plörre solange nicht zünden lässt, so dass dort sich das Endgas erst sehr spät, also zu einem Zeitpunkt wo die Selbstzündungswahrscheinlichkeit schon sehr hoch ist, entzündet. Der Arrehnius hatte also recht, man hält sich als Brennverfahrensentwickler wohl besser an den .
Mit etwas Drall- und Walzenströmung wurde der Brennraum angeblich schneller. Mag ja sein, aber es hat nichts mehr mit dem Soft-Head zu tun, sondern konzentriert sich mehr auf den Raum als die raumspezifische Massenkonzentration hin zum Auslass. Das gefährliche an den flachen Kolben und Drall ist, ohne Walzenströmung brennt die Plörre kaum an, weil die TKI um die Zündkerze sehr gering ist und das will niemand, weil das ist der Schwachpunkt des Otto-Verfahrens! Als Folge sind Emission, Leistung und Laufruhe von äußerst variabel. Fehlzündungen sind nicht ausgeschlossen. Entweder verschweigt er wesentliches noch oder er greift jetzt zum Mittel der Verleitung. Ich habe schon sehr viele Otto-Brennverfahren gesehen und experimentell untersucht: mager, geschichtet, fett, HCCI, alles mit und ohne Vorentflammung, mit Hacken- und Vorkammerzündkerzen in gepült und ungespülter Version*, mit Exoten wie Laser-, Diesel- Mikrowellen- oder Corona-Zündung, aufgeladen wie saugend, Untersuchungen bis runter auf die Reaktionskinetik und rauf bis zur Gemischbildung gemacht und eine Fülle von Literatur dazu gewälzt. Ich habe in dem Bereich einige Patente und Innovationen auf den Weg gebracht. Kein Brennverfahren davon wurde schneller in dem man den Bums aus ihm rausnahm ohne ihn auf eine andere Art und Weise einzubringen. Vielleicht hätte er den Kolben davor zum Vergleich zeigen sollen?!
Seine Grundbehauptung war, das er trotz gestiegener Kompression die Klopfgrenze nach früh verschieben konnte. Das funktioniert nur wenn der CR-getriebene schnellere Temperaturaufbau durch eine reduzierte TKI, also die langsamere Reaktionskinetik auch die Selbtentflammung hemmt und erst durch die Flamme geweckt wird oder der Durchbrand bis ins Endgas bereits abgeschlossen ist bevor diese wach wird. Klappt nur bis zu einem gewissen Grad. Ersters macht das Spiel mit dem Zündzeitpunkt (ZZP) breiter aber die Verbrennung nicht zwangsläufig schneller. Es gibt OEM's die genau das machen, TKI runter so weit als möglich um Klopffestigkeit zu erreichen. Das läuft, aber nur Zweiteres ist definitiv durch eine schnellere Verbrennung erreichbar. Larry weiß was das spätere ZZP'e nur bei schnellerer Verbrennung trotzdem zum Drehmomentbestpunkt führen können. Hieße er sprach von zweiterem. Genug der Spekulation, mir scheint dass eine Irreführung, Teilinformationen zu streuen, alte Techniken zu erwähnen so das der geneigte Leser eins und eins zusammenzählen kann um selbst den Kern der Sache behalten zu können.
Fakt ist, die aktuelle Formel 1, zumindest weiß ich es von 2 Rennställen, da ich Personen aus deren Kreisen kenne, verwendet eines der schnellsten und effizientesten Volllast-Brennverfahren, die wir auf dem Planeten seit den 80'iger haben. Bei den hochaufgeladenen Magermotoren kamen bei einem solchen bei um 7 bar Ladedruck (zweistufige Aufladung) Wirkungsgrade von 48-49 % (gemessen an der Kurbelwelle) raus. Die Konkurrenz behauptete gar die 50 % damit schon geknackt zu haben. Naja, damit fährt man ein deutlich höheres Verdichtungsverhältnis als das des K20A in der 225 PS-Serie hatte, etwa den halben Zündwinkel und ein mehr als doppelt so hohes Lambda. Verbrennungsschwerpunkt im Optimum bei 7-8 °KW n.OT. Das ist Hammer und eine völlig andere Welt als das was in einem B- oder K-Motor abgeht, weil halbe Brenndauer in erster Näherung 50 % mehr Spitzendruck bedeuten. Die hätte ihre Schwierigkeiten schon allein mit der Druckanstiegsgeschwindigkeit. D.h. selbst bei geringeren Drehmomenten von z.B. um 110 Nm/Liter wären die Zylinderspitzendrücke so hoch, das es den Kurbeltrieb mechanisch zerdeppern könnte. Man müsste den Kurbeltrieb deutlich aufbrezeln. Die F1 knallt wahrscheinlich auch ohne Entwicklung um die 250 k€ in jeden dieser Motoren, damit geht auch leicht, stabil und erprobt ohne weiteres .
*gespült heißt die Vorkammer bekommt Brennstoff direkt in die Vorkammer und und mageres Gemisch aus dem Hauptbrennraum (sprich Luft) zur Zündung, das Vorkammer-Gemisch liegt lambdamäßig im Bestpunkt was Temperatur angeht und der Hauptbrennraum wird äußerst mager gefahren. Diese Trennung ermöglicht den Hub in die Wirkungsgradsphären > 40 %. Ungespült heißt, Haupt und Nebenbrennraum haben das gleiche Frischgasgemisch, nur wird den Nebenbrennraum kaum gespült, d.h. Leerlaufschwierigkeiten sind vorprogrammiert, während die Kammer in Volllast zum Klopfherd wird.
Bei der Hubkolbenmotorischen Verbrennung ist es wie mit Rom, 1000'de Wege...
...der DI-Weg ist eine Sackgasse, damit fallen mehrere Funktionen der Gemischaufbereitung direkt dem Brennraum und der Strömungsführung zur Last. Daraus ein schnelles Brennverfahren aufzubauen halte ich nicht für zielführend. Das was den leistungsgebundenen Vorteil der DI ausmacht, kann ich energetisch weniger aufwendig locker mit einer Brennraum-externen Gemischaufbereitung toppen. DI ist ein Emissionsthema, keine Methode um die Verbrennung an sich schneller zu machen. Das verkompliziert die Verbrennungführung wie es die Vergaser damals der Ansaugung antaten. Man muss nur mal die Patentsituation um die Ausrichtung der Zündkerze ansehen...die spinnen die DI'ler!
Geändert von LotusElise (20.05.2020 um 13:37 Uhr)
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