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Motorklopfen

1920
  • Harry Ricardo
Analyse des Ottomotors in einem Automobillabor der 1920er Jahre mit Schwerpunkt auf der Verbrennungseffizienz.

(Abbildung dient nur zur Veranschaulichung)

Engine knock, or detonation, is a major constraint on the thermal efficiency of an Otto cycle engine. While higher compression ratios increase efficiency, they also raise the temperature and Druck of the air-fuel mixture during compression. This can cause the mixture to auto-ignite prematurely, creating a shockwave that produces a ‘knocking’ sound and can damage the engine.

Engine knock occurs when a portion of the unburned air-fuel mixture (the end gas) ahead of the propagating flame front from the spark plug spontaneously ignites. This auto-ignition is caused by the end gas being compressed and heated beyond its auto-ignition temperature by both the piston’s compression stroke and the advancing flame front. The resulting combustion is extremely rapid and uncontrolled, creating a pressure wave that travels through the cylinder at supersonic speeds. This shockwave collides with the cylinder walls and piston crown, causing the characteristic metallic pinging or knocking sound.

Die Folgen von schwerem oder lang anhaltendem Motorklopfen sind erheblich. Die starken Druckspitzen können zu mechanischem Versagen führen, einschließlich gerissener Kolben, gebrochener Kolbenringe und beschädigter Zylinderköpfe. Die extremen Temperaturen können auch zu Lochfraß und Erosion der Metalloberflächen führen. Um Klopfen zu verhindern, werden verschiedene Strategien angewandt. Die grundlegendste ist die Begrenzung des Verdichtungsverhältnisses des Motors auf einen Wert, der für den verfügbaren Kraftstoff geeignet ist. Die Qualität des Kraftstoffs, gemessen an seiner Oktanzahl, gibt Aufschluss über seinen Widerstand gegen Selbstzündung. Kraftstoffe mit höherer Oktanzahl ermöglichen ein höheres Verdichtungsverhältnis. Moderne Motoren verwenden hochentwickelte elektronische Steuersysteme mit Klopfsensoren (im Wesentlichen Mikrofone, die auf die Klopffrequenz abgestimmt sind), die das Einsetzen der Detonation erkennen und das Motorsteuergerät (ECU) anweisen, den Zündzeitpunkt zu verzögern, wodurch der Zylinderdruck reduziert und das Klopfen gestoppt wird.

UNESCO Nomenclature: 3305
- Chemieingenieurwesen

Typ

Physikalisches Phänomen

Störung

Inkremental

Verwendung

Weitverbreitete Verwendung

Vorläufer

  • Entwicklung von Ottomotoren mit hoher Verdichtung
  • Beobachtung von Motorausfallmodi
  • Grundkenntnisse der chemischen Kinetik und der Selbstentzündungstemperaturen
  • Instrumentierung zur Messung des Zylinderdrucks

Anwendungen

  • Entwicklung von hochoktanigen Kraftstoffen
  • Verwendung von Antiklopfmitteln wie Tetraethylblei (früher) und Ethanol (derzeit)
  • Motorsteuergeräte (ECUs) mit Klopfsensoren
  • Gestaltung der Brennraumform zur Vermeidung von Hotspots
  • Turboaufladung und Kompressoraufladung mit Ladeluftkühlung

Patente:

NA

Potenzielle Innovationsideen

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Verwandt mit: Motorklopfen, Detonation, Verdichtungsverhältnis, Oktanzahl, Selbstzündung, Ottomotor, Vorzündung, Harry Ricardo, Antiklopfmittel, Motorschaden.

Historischer Kontext

Motorklopfen

1910
1920
1920
1920
1922
1924
1927
1910
1910
1920
1920
1920
1922
1925-01-01
1930

(wenn das Datum unbekannt oder nicht relevant ist, z. B. „Strömungsmechanik“, wird eine gerundete Schätzung seines bemerkenswerten Auftretens bereitgestellt)

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