Verbrennungsmotorenlabor Versuch 2 Zylinderdruckindizierung

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1 Verbrennungsmotorenlabor Versuch 2 Zylinderdruckindizierung Abgabedatum: FH Bingen, Maschinenbau (Schwerpunkt Automobiltechnik) Benedikt Decker, Björn Heine, Christian Brixius, Julian Schroeter, Ying Zhang, Yi Li,

2 Inhaltsverzeichnis Versuchsbeschreibung... 3 Standardgrößen... 4 Erfassungsgrößen... 5 Zündkennfeld... 6 Zylinderdruckindizierung... 7 Auswertungen... 8 Formeln... 8 Auswertung Zylinderdruckindizierung... 9 Auswertung 2N Bremskraft (Julian Schroeter, 19723)... 1 Auswertung 42N Bremskraft (Björn Heine, 19673) Auswertung 62N Bremskraft (Benedikt Decker, 19647) Auswertung 79N Bremskraft (Yi Li, ) Auswertung 1N Bremskraft (Ying Zhang, ) Auswertung 12N Bremskraft (Christian Brixius, )... 3 Fazit Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 2

3 Versuchsbeschreibung Über den BMW Versuchsmotor M42B18, welcher ohne Übersetzung an einer Wirbelstrombremse angeschlossen ist, erfolgt die Messung der relevanten Motordaten wie Zündzeitpunkt, Motortemperatur oder Einspritzsignal, desweiteren der Schadstoffemissionen bei verschiedenen Drehzahlen und Lastzuständen. Die Motronic VS-2 kann über eine Schnittstelle die Drehzahl, den Zündwinkel, die Motortemperatur und das Einspritzsignal erfassen. Desweiteren kann das Verbrennungsluftverhältnis und der Zündwinkel darüber variiert werden. Der Kraftstoffverbrauch wird mit einem Durchflussmessgerät (4-Kolbenzähler) gemessen. Zur Analyse der Motorabgase wurde ein Mehrkomponenten-Abgasanalystor verwendet. Dabei werden auf Infrarotbasis die -, - und - Werte ermittelt und die - und - Werte durch elektrochemische Sensoren erfasst. Messkomponente Messbereich Auflösung CO -1%,1% CO2-2%,1% HC 2ppm 1ppm 2-21%,1% NO -5ppm 1ppm NO2-5ppm 1ppm Die Aufgabe bestand darin ein Zündkennfeld in Abhängigkeit von Motorlast und Drehzahl zu erstellen. Das Diagramm zeigt, dass bei niedrigen Drehzahlen ( ) und hohen Lasten (>12Nm) der Zündwinkel reduziert wird. Bei hoher Drehzahl ( ) und niedrige Last (<6Nm) steigt der Zündwinkel. Auffällig ist, dass bei hoher Last und hoher Drehzahl der Zündwinkel wieder verringert wird. Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 3

4 Standardgrößen BMW M42 Benzinmotor (318is) Zylinderzahl Zylinderdurchmesser Kurbelradius Pleuellänge Verdichtungsverhältnis Kolbenfläche Motorhubvolumen Zylinderhubvolumen Schubstangenverhältnis Schenk Wirbelstrombremse Hebelarm Messtechnik Empfindlichkeit Verstärkung Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 4

5 Erfassungsgrößen Versuchsdatum Ansauglufttemperatur 17 C-21 C (29,15K-294,15k) Motorbezeichnung BMW M42 B18 Kühlwassertemperatur Betriebstemperatur (ca. 85 C) Hebelarm der Bremse L=,9545m Luftdruck 992hPa =,992bar Betriebspunkt Motordrehzahl [1/min] Bremskraft [n] Kraftstoffverbrauch [Hz] Kraftstoffdurchsatz [l/h] 5,7 6,96 9, 1,47 12,33 14,74 Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 5

6 Zündkennfeld Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 6

7 Zylinderdruckindizierung Ziel des Versuches ist es, bei den Betriebspunkten eines Lastschnittes Zylinderdruckverläufe zu erfassen. Für die Zylinderdruckverläufe wird das Messdatenerfassungssystem LabView eingesetzt, ein passendes Programmmodul (VI) ermittelt aus einer gewählten Anzahl von Druckverläufen den gemittelten Druckverlauf. Vor Beginn der Messung muss die Triggerlage des Winkelmarkengebers auf der Kurbelwelle durch eine Schleppmessung erfasst werden. Zu jedem Grad Kurbelwinkel wird ein spezifischer Druckwert aufgenommen. Insgesamt wurden sieben Lastschnitte gefahren, bei jedem Lastschnitt wurde die Kraft stetig in 2 Newton Schritten, beginnend bei 2 Newton, erhöht. Last und Drehzahl wurde anhand der Drosselklappenstellung und der Wirbelstrombremse eingestellt. Wichtig hierbei ist es, dass die Drehzahl sowie die Last konstant bleiben. Die Messdatenerfassung mit LabView wurde anschließend gestartet und die Daten gespeichert. Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 7

8 Auswertungen Da jedes einzelne Gruppenmitglied eine eigene Ausarbeitung machen soll, werden die einzelnen Auswertungen nun aufgeführt. Jeder bekam seinen eigenen Betriebspunkt zugewiesen und hat diesen bearbeitet. Formeln Motormoment Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Kraftstoffmassenstrom Spezifischer Verbrauch Unterer Heizwert Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 8

9 Auswertung Zylinderdruckindizierung Im Folgenden werden die Berechnungen zu Grunde gelegt um die folgenenden Diagramme zu erstellen. Die verwendeten Formeln stammen aus dem Vorlesungsskript sowie aus Fachliteratur: Kraftfahrtechnisches Taschenbuch, Bosch Otto- und Dieselmotoren, Grohe/Russ Verbrennungsmotoren, Eduard Köhler Verbrennungskraftmaschinen, Groth Es wurden sieben Testläufe gefahren. Die in den verschiedenen Ausarbeitungen erstellten Diagramme sind aus den ermittelten Messwerten und den berechneten Werten entstanden: Gemittelter, korrigierter Druckverlauf in Abhängigkeit des Kurbelwinkels p-v-verlauf der Ladungswechselschleife p-v-verlauf des Hochdruckzyklus Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus Wärmeverluste im Hochdruckzyklus abhängig vom Kurbelwinkel Die Diagramme des Druckverlaufs sind anschaulich und plausibel, dies erkennt man, da mit steigender Last der Verbrennungsdruck ansteigt. Die Diagramme der p-v-verläufe zu der Ladungswechselschleife und dem Hochdruckzyklus entsprechen denen der Fachliteratur. Die Diagramme des Temperaturverlaufs im Hochdruckzyklus sind nicht realistisch, da die Temperaturen weit über den realen Werten liegen. Dies ist durch idealisierte Annahmen zu erklären. Die Wärmeverluste in den Hochdruckzyklen sind bezüglich der Verläufe möglich, jedoch von den Maximalwerten unrealistisch. Die zu hohen Werte werden auf die verwendete Formeln zurück geführt, die rein experimentellen Charakter besitzen, speziell die Formel des Wärmeübergangskoeffizienten α. Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 9

10 Auswertung 2N Bremskraft (Julian Schroeter, 19729) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 1

11 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Ladungswechsel Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 11

12 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 12

13 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 13

14 Auswertung 42N Bremskraft (Björn Heine, 19673) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 14

15 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Niederdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 15

16 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus T(φ) T richtig Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 16

17 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 17

18 Auswertung 62N Bremskraft (Benedikt Decker, 19647) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 18

19 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Niederdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 19

20 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus T(φ) T richtig Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 2

21 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 21

22 Auswertung 79N Bremskraft (Yi Li, ) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 22

23 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Niederdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 23

24 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus T(φ) T richtig Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 24

25 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 2,5 2 1,5 1, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 25

26 Auswertung 1N Bremskraft (Ying Zhang, ) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 26

27 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Niederdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 27

28 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus T(φ) T richtig Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 28

29 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 3 2,5 2 1,5 1, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 29

30 Auswertung 12N Bremskraft (Christian Brixius, ) Messwerte: Bremskraft Effektives Motormoment Verbrauch Errechnete Werte: Indizierte Arbeit Thermischer Wirkungsgrad Indizierter Mitteldruck Indizierte Zylinderleistung Indizierte Motorleistung Indizierter Wirkungsgrad Reibleistung Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Ladungswechselarbeit eines Zylinders Effektiver Mitteldruck Effektive Leistung Effektiver Wirkungsgrad Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 3

31 Druck in bar Zylinderdruck in bar Korrigierte Druckwerte Kurbelwellenwinkel in p-v Diagramm Hochdruckzyklus Niederdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 31

32 Druck in bar Temperatur in K Temperaturverlauf im Hochdruckzyklus T(φ) T richtig Winkel in Hochdruckzyklus Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 32

33 Wärmeverluste in W Druck in bar Ladungswechselschleife 3 2,5 2 1,5 1, Wärmeverluste Winkel in Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 33

34 Fazit Das Verbrennungslabor erwies sich als interessant, da man erkennen konnte, wie sich der Motor in verschiedenen Lastzuständen verhält. Aber die Ausarbeitung war sehr zeitintensiv, in Anbetracht, dass auch noch andere Labore und Übungsaufgaben in Enan und andere Fächer anstanden. Mehrere Ergebnisse sind nicht realistisch, da einige Formeln sehr eingeschränkt verwendbar sind, durch ihren rein experimentellen Charakter. Verb Ausarbeitung Verb2_W12.2 Seite 34

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