Bücher von Werner Wilhelm

Inzwischen sind durch eine Vielzahl von Arbelten die Schwingungsvorgänge in Rohrleitungssystemen wegen ihrer wichtigen Bedeutung in der Technik untersucht und brauchbare Rechenverfahren entwickelt worden, die die funktionellen Zusammenhänge der Zustandsgrößen einer nichtstationären Strömung vom Ort und von der Zeit schrittweise vorauszubestimmen ge­ statten. Nimmt man in erster Näherung konstante Fortpflanzungsgeschwindigkeit der Druckstörungen an - was bei kleinen Amplituden zulässig ist -, so erhält man durch Linearisierung der hydrodynamischen Grundgleichungen drei Differentialgleichungen für den Druck-, Geschwindigkeits- und Dichteverlauf über einer x,t-Ebene, die als sog. "Wellengleichungen" bekannt sind. Ihre allgemeine Lösung läßt sich leicht angeben. Diese "akustische" Behandlung der nichtstationären Strömungsvorgänge, die mit L. ALLIEVI [1J*), F. SASS [2J und a. Verf. begann, ist für die in der Technik vorkommenden wichtigsten "Randbedingungen", wie Drosseln, Querschnittssprünge, Rohrverzweigungen, Diffusoren, zwischengeschaltete Behälter usw. von A. PISCHINGER [4J und G. REYL [9, 14J im Hinblick auf Rohrsysteme an Zwei- und Viertaktmotoren weiter ausgebaut worden. Eine umfassende Untersuchung speziell der in verschiedenen Rohrleitungs­ systemen auftretenden Resonanzerscheinungen unter akustischen Voraus­ setzungen brachte O. LUTZ [3J.

Diese Arbeit stellt einen Teil der Untersuchungen über die Strömungs­ vorgänge in pulsierend arbeitenden Triebwerken dar, die am Aerodynami­ schen Institut der Rheinisch-Westfälischen Technischen Hochschule Aachen durchgeführt werden. Dem Leiter des Insti.tutes, Herrn Prof. Dr.-Ing. F. SEEWALD, bin ich für wissenschaftliche Förderung zu stetem Dank verpflichtet. Ebenfalls schulde ich Herrn Dr.-Ing. H. ZELLER für Unterstützungen und Hinweise Dank. Für experimentelle Untersützung und Hilfen sowie für das Zeichnen der bildlichen Darstellungen sei an dieser Stelle den Herren Dipl.-Ing. K. STÜLPNER, Dipl.-Ing. F. LANGEN und Dipl.-Ing. R. JÜRGLER gedankt. Seite 5 Forsohungsberiohte des Wirtsobafts- und Verkehrsministeriums Nordrbein-Westfalen 1. Einleitung Es ist bekannt, daß infolge des intermittierenden Auspuffvorganges am Zweitaktmotor Gasschwingungen in den Auspuffrohren angeregt werden, die starke Rückwirkungen auf den Ladungswechsel der Maschine, also auf das Einbringen von Frischladung und Entfernen der verbrannten Ladung ausüben, so daß die Leistung und die übrigen Kennfeldgrößen der Maschine, wie Brennstoffverbrauch, Luftaufwand, Abgastemperatur ~d Kurbelkastentem­ peratur entscheidend beeinflußt werden können.

Über die Wirkung von Gasschwingungen in Saug- und Auspuffleitungen von Zweitaktmotoren auf deren Ladungswechsel sind eine größere Anzahl von Arbeiten bekannt geworden und haben die Notwendigkeit einer Abstimmung der Ladungswechselvorgänge mit den instationären Strömungsvorgängen in diesen Rohrleitungen aufgezeigt, falls man die Leistung dieser Motorenart weiter steigern will. Bei Kurbelkasten-Zweitaktmotoren wird im allgemeinen bei den ausgeführ­ ten Baumustern die zwischen Kurbelkasten und Zylinder geschaltete Spül­ kanal länge aus konstruktiven Gründen kurz gehalten. Dann wird sich bei kleinen Drehzahlen, also nicht zu kurzen Spülzeiten jede Zustandsände­ rung im Spülkanal praktisch sofort ausgeglichen haben. Hier wird eine dynamische Einwirkung des Spülkanals auf den Ladungswechselvorgang nicht stattfinden. Erst bei hohen Drehzahlen kann die Spülzeit so kurz werden, daß die Laufzeit der Verdichtungs- und Verdünnungswellen im Spülkanal nicht mehr klein gegen die Spülzeit ist. Damit wird die Spülkanallänge einen bestimmten Einfluß auf den Ladungswechsel und nachfolgend auf die Leistungs- und Verbrauchsgrößen ausüben. Es liegt dann nahe, daß auf den Ladungswechsel abgestimmte Spülkanalab­ messungen eine Verbesserung der Leistungs- und Verbrauchsgrößen erwarten lassen. Existieren solche leistungssteigernde Spülkanalabmessungen bei möglichst geringer Drehzahlabhängigkeit, so wären diese gerade für Fahr­ zeu~otoren vorteilhaft, könnten der Gesamtkonstruktion des kurbelka­ stengespülten Zweitaktmotors eingeplant werden und wären den stark dreh­ zahlabhängigen, abgestimmten Saug- und Auspuffrohranordnungen vorzuzie­ hen oder könnten doch mit diesen in zweckmäßiger Weise kombiniert wer­ den.

S. 7 · · · · · · · · · · · · · · · · · 2. Vereinfachte Differentialgleichung des Überstr- vorganges bei Anwesenheit eines Spülkanals S. 9 · · · · · Lösung der ungedämpften Schwingungsgleichung 3. des Überströmvorganges S. 12 · · · · · · · · · · · · · · · · · · Ladungswechseltheorie mit akustischer Berück- 4. sichtigung des Spülkanaleinflusses nach G. REYL S. 15 · · · · · Überkritisches Ausströmen aus dem Arbeits- 4·1 zylinder nach auße:. S. 16 · · · · · · · · · · · · · · · · · 4.2 Überkritisches Ausströmen aus dem Arbei- zylinder nach außen und gleichzeitiges üb- kritisches Rückströmen aus dem Arbei- zylinder in den Spülkanal S. 18 · · · · · · · · · · · · · · Überkritisches Ausströmen aus dem Arbeits- 4.3 zylinder nach außen und gleichzeitiges unt- kritisches Rückströmen aus dem Zylinder in Spülkanal den S. 19 · · · · · · · · · · · · · · · · · · · · Unterkritisches Ausströmen aus dem Arbeits- 4.4 zylinder gleichzeitigem unterkritischen bei Zylinder Einströmen aus dem Spülkanal in den S. 23 · · · · · Unterkritisches Ausströrllen aus dem Kurbel- 4.5 kasten in den Spülkanal S.