Selbstzünder Brennraum

[südkarl]

...nachdem bei einem der EGA Motore die Sache geklappt hat kam der zweite dran.
Frischgemut ans Werk, aber ...
Er hat zwar gezündet, ist jedoch trotz der neuen Erkenntnisse nicht durchgelaufen. Die Verdichtungsschraube verschwand dabei fast im Zylinderkopf. Nachgeschaut: der Gegenkolben ist so eingesetzt, daß zum Brennraum die flache Seite zeigt und zur Knebelschraube hin eine Kegelsenkung. Ist, denke ich, falschrum? ja / nein bitte anreuzen.
Danke vorneweg und
Grüße
Südkarl

 

[pylonrazor]

Hallo Süd arl,
an reuzen geht nicht, ich ann deinen Beitrag nicht editieren.
Wenn dein olben oben einen egel hat, so wie die Taifun Motore, dann muss der on ave Hohl egel des Gegen olbens zum olben nach unten hin weisen.
Gruß Andreas

p.s. An der Taststur liegt es nicht. Hier die Nachlieferung: kkkKKkkkkK

 

[südkarl]

wäre auch ohne Nachlieferung zu verstehen. Der Kolben hat keinen Kegel. Wie ist es dann?
Gruß ich

 

[pylonrazor]

Wenn du 2 hast, schau doch beim anderen nach.

 

[akafly]

angenommen Kolbendurchmesser 9 mm, Hub 8 mm (Vh = 0,5 ccm).
Davon angenommen 4,5 mm Verdichtungshub, je nach Auslasswinkel.
nochmal angenommen, Verdichtungsverhältnis 16:1
macht 4,5mm/16 = 0,3 mm. Das wäre der verbleibende Spalt zwischen Kolben und Gegenkolben, wenn beide dieselbe Kontur haben. Nur mal so als Größenordnung.
Kolben und Gegenkolben sollten schon genau zueinander passen, sonst wirds schwierig die nötige Kompression zu erreichen, ohne dass Metall auf Metall trifft. ;-)
Gruß Rene

 

[südkarl]

...es hilft also auch gezieltes Nachdenken. Ich versuch das ab jetzt auch mal öfters zu probieren. Danke. Auseinandernehmen wollte ich den funktionierenden nicht, weil die Auslassschlitze der Laufbuchse mühseelig zum Gehäuse zu positionieren sind.
Grüße
Südkarl

 

[akafly]

Aber wenn wir schon mal beim Thema "Selbszünder Brennraum" sind, ich habe für einen MK17 versuchsweise einen Gegenkolben aus Karbon gefertigt. Mein Ziel ist unter anderem die Reduktion des Ätheranteiles durch höhere Brennraum-Oberflächentemperaturen. Dazu sollte ein möglichst großer Anteil des Gemisches nur von diesem Material umgeben sein und weniger Kontakt zum Kolben haben. Deshalb habe ich eine Mulde in den Gegenkolben eingearbeitet, die das Gemisch dort konzentriert. Links im Bild der Original-Gegenkolben, rechts meiner aus Karbon:

Testergebnis: Der MK17 läuft in der Spitze 1000 Umdrehungen weniger als mit Stahlgegenkolben und zusätzlich schwankt seine Drehzahl etwa im 3 Sekunden-Takt. Das ist erstmal sehr ernüchternd. Die Frage ist, warum schwankt die Drehzahl? Die Schwankungen sind reproduzierbar und nicht mit Kompressions- und Gemischeinstellung zu beseitigen sondern zeigen sich von systemischer Natur. Meine Vermutung geht zu einem thermischen Verhalten. Ich möchte meine Vermutung aber hier nicht ausführen, weil ich gerne erstmal Eure Gedanken dazu hätte.

Gruß Rene

(PS, kann mir einer mal erklären wie man beim Bild-einfügen Vorschau und Vollbild richtig verwendet?)

 

[südkarl]

...wie ist der Verlauf der Schwankung? Sägezahn, wenn ja wie rum oder schön sinusmäßig?
Gruß
ich

 

[akafly]

Nahezu rechteckförmiger Verlauf, also zügige Flanken mit gut 1 Sekunde Halten auf oberer und unterer Drehzahl. Drehzahldifferenz vielleicht 500 bis 800 rpm. Habe leider kein Video gemacht.

 

[südkarl]

...ich übersetze mal für mich Carbon mit Graphit. Passt das? Aus meinen Nachforschungen: Graphit hat einen ca. 1/2 x kleineren Wärmeausdehnungsbeiwert als Stahl. Dagegen ist seine Wärmeleitfähigkeit ca. 3 x größer. Spekulation: es ändert sich die Verdichtung und die Wärmeabfuhr über die Kontaktfläche Gegekolben - Laufbuchse je nach geänderter Andruckkraft. Die ändert sich durch die unterschiedlichen Wärmeausdehnungsbeiwerte. Es ändert sich die Passung, damit die Dichtung und damit die Verdichtung. Hat sich die Laufbuchse ausgedehnt wird die Wärmezufuhr in sie kleiner. Die Verdichtung und die Drehzahl waren leicht gesunken und damit auch der Wärmeeintrag. Die Laufbuchse kann jetzt wieder kleiner werden. Die Passung Gegenkolben - Laufbuchse wird enger, Verdichtung und Drehzahl steigen leicht. Es wird wieder mehr Wärme an die Laufbuchse übertragen, auch direkt vom Gegenkolben - sie dehnt sich...es stellt sich kein stabiler Zustand ein.
Man könnte ein Probestück (Laufbuchsendummi) anfertigen, den Gegenkolben einsetzen und mit einer Heizplatte wärmen. Mit einem Infrarotthermometer wird die passende Betriebstemperatur eingestellt. Dann mal probieren was die Passung macht.
Grüße
südkarl

 

[Rennsemmel]

Wenn Graphit besser Wärme leitet als Grauguß, ist der Brennraum Insgesamt kälter, da die Wärme besser abtransportiert werden kann..
So kommen vielleicht die 1000rpm verlust zusammen..
Das Schwingen kann viele Ursachen haben - hast du denn mal Sprit mit weniger Äther Probiert ?
An sich ist ein Graphitkolben aber Problematisch, da er die Ausdehnung der Buchse nicht mit macht - der kann also im Betrieb nicht fest genug sitzen und oszillieren, das hatte ich auch schon mal bei einem Jena mit zu lose eingepasstem Gegenkolben. Er kann auch undicht werden.
Hast du mittels der Kompri die Drehzahl mal so weit gesenkt, dass sich das Verhalten ändert oder aufhört ?

Prinzipiell liegt das Problem m.e. aber Woanders..
Du kannst ja durch erhöhen der Kompri die Wärme im zylinder erhöhen. Das Problem ist da dann wieder, dass der ganze motor heißer läuft und er durch die Wärme stärker verformt, also dass, was auch bei einem abgekochten Motor passiert.
Du musst also die restliche konstruktion auch auf die höhere Wärme anpassen. Das ist bei modernen AAC Renndieseln der fall - die fliegen auch mit nur 15% -20% Äther.
Du brauchst also einen mexhanisch höherwertigen Motor, wenn du mit dem Äther runter willst.

Grüße !

 

[Rennsemmel]

Ach so - mir hat mal jemand, der sehr viel von Motoren versteht erzählt, dass rein von der Leistungsausbeute her das optimale, reale verdichtungsverhältnis bei Methanol so bei 15:1 liegt - das ist bei Petroleum sicher noch höher.
Problem ist, dass bei so hohen Verdichtungen bei Verwendung einer Glühkerze das Gemisch immer zu früh zündet, man braucht also, um das nutzen zu können eine Zündung.
Da beim Modelldiesel nur durch die Kompressionswärme gezündet wird, ist man, so man den Motor von hand anwirft, immer in dem Bereich der Frühzündung, kann das aber durch überfetten des Gemischs in einen Stabilen Zustand bringen.

Wenn er läuft, kann man mit dem Ätheranteil runter - da hab ich mal einen Versuchsaufbau mit Umschaltbaren Tanks gesehen, wie bei einer Mischbatterie.
Anwerfen mit dem Sprit mit viel Äther, dann umschalten auf den Tank mit wenig - man muss dann die Einstellung anpassen, aber es geht.

Vielleicht ist das eher eine Praktikable Lösung..

 

[akafly]

Erstmal vielen Dank für Eure Beiträge! Das ist die Art Input, die ich mir erhofft habe, denn immer nur im eigenen Saft zu kochen, kann schnell in eine Sackgasse führen.
Das Karbon ist kein Graphit. Graphit hat viele Gleitebenen, die Atome rutschen in Schichten übereinander, damit schmiert es hervorragend oder schreibt auf Papier. Das verwendete Karbon kann man sich vielleicht wie aus gemahlenen Karbonfasern zusammengebackenes (gesintertes) Material vorstellen. Wie es wirklich entstand, weis nur der Hersteller. Es ist relativ druckfest, wenig zugfest, spröde, leicht zu bearbeiten ...und macht dabei alles schwarz in der Umgebung. Die Wärmedehnung haben wir im Labor mit 4...5 *10-6/K bestimmt, wobei die dann ab 500°C langsam gegen Null strebt. Stahl liegt so bei 12, Gusseisen bei 11. Die Wärmeleitfähigkeit ist sehr gering(!), aber Zahlen habe ich jetzt nicht.
Den Gegenkolben habe ich bei Raumtemperatur handstramm eingepasst. Im Betrieb wird der natürlich lose, weswegen ich einen O-Ring (Viton) zur Abdichtung verwende.
An unterschiedliche Wärmeableitung zur Buchse hatte ich nicht gedacht, wohl weil eh die Leitfähigkeit des Materials gering ist. Allerdings würde ich dabei gefühlt längere Zeiten erwarten als 3 Sekunden für die Drehzahlschwankung.

Umschalttank wäre interessant, wobei ich meine Diesel sowieso vorwärme. Weniger Äther stand später zum Test an.

Der MK17 ist in der Tat mechanisch zu schwach, er war halt verfügbar. Habe Hubzapfen verstärkt und ein hochfestes Pleuel gefertig. Nun zeigen sich die dünne Kurbelwelle und der dünne Kolbenbolzen als nächste Schwachstellen. Auch war die Kompri-Einstellung mit dem losen Karbon-Gegenkolben kein Vergnügen, die Knebelschraube lief laufend weg.

Anderen Sprit habe ich noch nicht getestet, aber nun einen anderen Karbon-Gegenkolben... jetzt ohne Mulde. Und siehe da, der KM17 läuft sauber durch und er hat zumindest dieselbe Drehzahl wie mit Grauguss-Gegenkolben, bis etwa 200 rpm habe ich sogar mehr gemessen. Das spricht nun gegen die Theorie des schwankenden Wärmeüberganges an der Buchse.

Warum schwankt die Drehzahl mit Mulde, fällt Euch noch was ein?
Gruß Rene

 

[Rennsemmel]

Na, entweder läuft die mit Öl voll und erhöht so die Kompri, um dann wieder leer zu laufen, oder die Kanten werden heiss und erzeugen Frühzündung, werden dann aber wieder vom Öl gekühlt.

 

[südkarl]

...seh gerade beim Einladen Sebastians Antwort, hänge den Text trotzdem noch an.

...nochmal Drehzahlschwankung: eine Sache ist ja durch Versuch schon ausgeschlossen. Muß also woanders herkommen. Wenn Du schreibst das Material hat eine schlechte Wärmeleitfähigkeit, dann drängt sich im Vergleich zu Sprizgießwerkzeugen die scharfe Kante zu der Vertiefung hin auf. An solchen Stellen ist die Kühlung meist knifflig. Hier wäre im Vergleich zu meiner ersten Spekulation auch weniger Masse im Spiel - es könnte also schneller gehen mit Heizen und Kühlen. Die neue Spekulation: Durch die schlechte Wärmeabfuhr ändert sich mit zunehmender Aufheizung der Kante der Zündpunkt. Durch die kleiner werdende Drehzahl können sich wieder kurzzeitig normale Temperaturbedingungen einstellen ehe es wieder zu warm wird.
Versuch: Kante brechen mit Fase oder Radius.
Eine andere Frage - gibt es bei so einer Form nicht Schwierigkeiten das alte Gas aus der Vertiefung rauszubringen?
Grüße
Südkarl.

 

[Rennsemmel]

Das problem beim Speedfliegen mit Nasenkolbenmotoren soll wohl gewesen sein, dass die Kolbennase irgrndwann so heiß war, dass die den Zündzeitpunkt unkontrollierbar verschoben hat - Deshalb bin ich auf die Kante gekommen - es gibt aber so viele Motoren mit scharfer Kante am Brennraum, die aber stabil laufen..
Muss man probieren.

Ich finde die Idee mit der Spülung aber auch nicht schlecht.
Die Motoren laufen sowieso nicht nach Bilderbuch, siehe die Diagramme hier :

Engine Research | Control Line Team

control-line-team.de

Dort ist die Kurbelgeschwindigkeit und die Drücke über mehrere Umdrehungen nicht konstant..
Da kann so ein Tiefer, zylindrischer Brennraum auch ärger machen.

Also alles in allen, dann Kante Brechen, auch wenn die sonst vorteile hat..


Das kann auch schon die Spülung sein.

 

[akafly]

Die Muldenform habe ich von großen Dieselmotoren übernommen, da sind die Kanten sogar noch hinterschnitten, allerdings aus Stahl oder Alu. Beim Verdichten entsteht der gewünschte Ringwirbel in den eingespritzt wird, bei der Expansion ehr ungeordnete Wirbel. Modelldiesel haben aber einen wesentlichen Unterschied, sie verdichten nicht Luft sondern ein Gemisch (HCCI).
Die heißere Kante sollte kein Problem darstellen: wenn sich ein Gleichgewicht bei früherer Zündung einstellt, so wird das an der Knebelschraube wieder kompensiert. Solange das Gemisch gleichmäßig durchbrennt wäre das ok, ja eigentlich gewollt denn der Ätheranteil könnte sinken.
Die Sache mit den Öltropfen wäre mir zu sporadisch um die doch sehr regelmäßigen Schwankungen zu erklären, der heißen Kante könnte man mit Fase/Radius in der Tat leicht mal auf den Zahn fühlen.
Der MK17 ist aber kein guter Versuchsträger. Die schlanke Kurbelwelle biegt sich mächtig durch, was es mir z.B. auch erschwert das Betriebs-Epsilon (Verdichtungsverhältnis) nachzurechnen. Übrigens, Muldenvolumen und Restvolumen im OT habe ich etwa 1:1 aufgeteilt.
Guß Rene

 

[akafly]

Auf Indiziermesstechnik hätte ich Zugriff, Drucksensoren mit 5 mm Gewinde. Am Modelldiesel eine Herausforderung.

 

[Rennsemmel]

Die Großen spritzen ja durch diese Kammern ein, Soll ja auch so eine Art Bunsenbrenner sein, der den Rest schnell anzündet. Wir haben ja keine Einspritzdüsen, sondern das Gemisch kommt mit rel. wenig Druck irgendwo unten aus den Spülschlitzen.
Das kann aber alles mögliche sein - Gaspolster aus altem Gas, was die Zündungen im neuen Prozeß erschwert oder zu langes Nachbrennen in der Kammer. Öl kann das schon sein, das Suppt alles ganz schön rum im Brennraum, siehe das Video hier :

https://www.youtube.com/embed/aO5Qkzlo2Kw?wmode=opaque&start=0

Ja, der MK17 ist nicht so der Kandidat, obwohl der auch Spaß macht, wenn man ihn nachwuchtet und einen neuen Klemmkonus für den Mitnehmer macht - Das Pleul ist aber viel zu dünn und wie du sagst, die KW ist auch nicht der Burner..
Wichtig sind auch neue Kugellager, die Originalen sind auch ziemlich schlecht. Irgend ein C3 rein und gut is..
Das zusammen bringt rel. viel...

 

[akafly]

Bei den großen meinte ich schon die modernen Direkteinspritzer mit Kolbenmulde.

Das Video ist interessant, wobei die Videobeschreibung nicht hergibt, ob das Gemisch nicht extrem fett eingestellt wurde, um die "Standzeit" des Kunststoffkopfes zu erhöhen. Es suppt aber recht stochastisch im Brennraum herum, kann mir also meine Frage nicht erklären.

Hier nun mein Erklärungsversuch: Der Brennraum ist zur Hälfte in der Mulde, zur anderen Hälfte zwischen Kolben und Kegel des Gegenkolbens. Das Gemisch befindet sich bei OT zur Hälfte in einem recht konzentrierten Brennraum, zur anderen Hälfte in einem sehr dünnen Spalt. Der Spalt ist nur noch halb so dick wie bei einem Gegenkolben ohne Mulde. Nun kommt der Wandeinfluss, der uns zwingt Petroleum und Äther statt Diesel zu verwenden. Der Wandeinfluss dürfte exponentiell steigen. Der teils starke Leistungsverlust könnte daran liegen, dass erstmal nur das Gemisch in der Mulde verbrennt. Im Spalt könnte es zünden oder eben nicht, temperaturabhängig. Und das triggert dann die beiden Drehzahlen, zwischen denen der Motor schwankt. Der genaue "Regelmechanisums" ist mir noch unklar, heiße Kanten kann ich ja jetzt in meine Überlegungen mit einbeziehen.

Was ich mir neben einer Äther-Reduzierung auch erhofft hatte, war eine weichere Verbrennung, eben weil durch die Brennraumaufteilung das Gemisch nicht überall zugleich zünden kann, sondern erhofft stufenweise. Aber das war wohl zu viel Verzögerung und für Modelldiesel eine sehr ungünstige Brennraumform. Versuch macht kluch.

Vielleicht spiele ich später mal weiter, an einem geeigneteren Versuchsträger.
Gruß Rene

PS. Nun guckt mich der MK17 an, was nun aus ihm werden soll, er will doch eigentlich in die Luft.