Gemischbildung/(mixture) n=1500 Upm (Rpm) Motorleistung (engine power) Spezifischer Kraftstoffverbrauch (specific fuel consumption)

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1 TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Gemischbildung/(mixture) n=5 Upm (Rpm) Fett(rich) Laufgrenze fett (limit rich) Motorleistung (engine power) P [W] Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/at] (injection quantity per power stroke[µl/ps]) Spezifischer Kraftstoffverbrauch (specific fuel consumption) be[g/kwh] Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/at] (injection quantity per power stroke[µl/ps]) Lambdasonden-Spannung (voltage of oxygene probe) lambda[mv] Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/at] (injection quantity per power stroke[µl/ps])

2 TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Ansaugluft-Volumenstrom (intake airflow) Ansaugluft-Volumenstrom (intake air flow) [l/min] Steuerzeiten (control timings Einlassventil (intake valve) Zündung (ignition) Einspritzen (injection) Auslassventil (outlet valve) Kurbelwellenstellung alpha (crank shaft angle) [ ]

3 TeLC Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Kaltstartverhalten (cold start) Kaltstart (cold start) Warmlauf (warm up) Betrieb (normal running) Motorleistung (engine power) P [W] Zeit (time) t[s] spezifischer Kraftstoffverbrauch (specific fuel consumption) be[g/kwh] Zeit (time) t[s] Abgastemperatur (exhaust temperature) Tabg[ C] Zeit (time) t[s] Lambdasonden-Spannung (oxygene probe voltage) 5 lambda[mv] Zeit (time) t[s]

4 Verdichtungslinie Einlaßventil Einspritzen Zündung Auslaßventil Steuerzeiten,5 Zylinderinnendruck pi [bar],5,5 -, Kurbelwellenstellung alpha [ ],5 Zylinderinnendruck pi [bar],5,5 -, Zylindervolumen V [ccm]

5 TeLC Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Ungleichförmigkeit der Drehmomentabgabe beim 4-Takt-Einzylindermotor (indicated torque on mono cylinder 4 stroke Otto engine) Steuerzeiten (control timings) Einlassventil (intake valve) Zündung (ignition) Einspritzen (injection) Auslassventil (outlet valve),6,4, Drehmoment (torque) M[Nm],8,6,4, Zündung (ignition) -, Kurbelwellenstellung (crank shaft angle) alpha [ ]

6 TeLC Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Einfluss des Zündzeitpunktes auf den Zylinderinnendruck (influence of ignition point on internal cylinder pressure) 7 Zylinderinnendruck (internal cylinder pressure) pi [bar] ZZ=-9 vor OT (bef. UDC) ZZ= vor OT (bef. UDC) ZZ=5 vor OT (bef. UDC) ZZ= vor OT (bef. UDC) Kurbelwellenstellung (crank shaft angle) alpha [ ] 7 Zylinderinnendruck (internal cylinder pressure) pi [bar] ZZ=-9 vor OT (bef. UDC) ZZ= vor OT (bef. UDC) ZZ=5 vor OT (bef. UDC) ZZ= vor OT (bef. UDC) Zylindervolumen (cylinder volume) [ccm]

7 TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Verluste in der Gaswechselschleife (deficit in gas exchange phase) n=5 Upm,5 Drosselklappenteillast (partial load with throttle) Ventilsteuerungsteillast (partial load with valve actuator) Zylinderinnendruck (internal cylinder pressure) pi[bar],4,,, -, -, -, -,4 -, Zylindervolumen (cylinder volume) V[ccm]

8 TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Glaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator) Einfluss der Drehzahl auf den Zylinderinnendruck (influence of engine speed on internal cylinder pressure) 9 Zylinderinnendruck pi (internal cylinder pressure) [bar] n=6 n=5 n=7 n= n=5 n= n=5 4 6 Kurbelwellenstellung (alpha crank shaft angle) [ ] Einfluss der Drehzahl auf den Zylinderinnendruck (influence of engine speed on internal cylinder pressure) Zylinderinnendruck pi[bar] (internal cylinder pressure) n=6 n=5 n=7 n= n=5 n= n=5 4 6 Zylindervolumen (cylinder volume) V[ccm]

9 Zündzeitpunkt n=55 Upm Motorleistung 6 4 P [W] Zündzeitpunkt[ vor OT] spezifischer Kraftstoffverbrauch be[g/kwh] Zündzeitpunkt[ vor OT] Lambdasonden-Spannung lambda[mv] Zündzeitpunkt[ vor OT] Abgastemperatur Tabg[ C] Zündzeitpunkt[ vor OT]

10 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) Warmlaufverhalten (cold-start-process) Drehzahl n in /min Drehmoment M in Nm spez. Kraftstoffv. be in g/kwh Kraftstoffvolumenstrom B in l/h Abgastemp. Tabgas in C Mitteldruck pmi in bar Leistung P in Watt Luftvolumenstrom Q in l/min Lambda in mv Zeit t in s Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

11 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) Diskussion der Diagramme: Abschnitt ( Sek.) : Abschnitt beschreibt den stehenden Motor. Drehzahl, Drehmoment, Mitteldruck, Leistung, Kraftstoffvolumenstrom, Luftvolumenstrom und Lambda sind somit null. Die Abgastemperatur von ca. 45 C entspricht nicht ganz Umgebungstemperatur, da der Motor vorher schon gelaufen ist und sich der Abgasstrang nicht lang genug abkühlen konnte. Der spezifische Kraftstoffverbrauch zeigt einen Offset-Wert von 4 g/kwh an. Dieser Wert wird angezeigt, sobald der Motor sich gedreht hat, egal ob mit oder ohne Zündung bzw. Einspritzung. Abschnitt (4 Sek.) : In Abschnitt befindet sich der Folgeschalter auf Position Zündung. Der Drehmomentgraf zeigt einen negativen Wert, da der Drehstrommotor den Glasmotor antreibt und deshalb die Drehmomentabstützung entgegen der positiven Richtung (Glasmotor treibt Drehstrommotor an; Drehstrommotor wirkt dann als Bremse) wirkt. Der Mitteldruck zeigt einen negativen Wert, da p = η λ H i i B a Pi ηi = m H u G mit P = P + P i r e und P e in diesem Abschnitt einen negativen Wert hat, da M negativ ist und sich P e = M ϖ berechnet. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist null, da auf Folgeschalterposition Drehen kein Kraftstoff eingespritzt wird. Die Luftmenge pendelt sich auf einem Wert um l/min ein, da durch die Verdrängungswirkung des sich bewegenden Kolbens und einer passenden Ventilbewegung ein Ladungsaustausch stattfindet und damit eine Strömung im Ansaugrohr entsteht. Die Abgastemperatur ist leicht tiefer als bei Stillstand, da die durchströmende Frischluft kälter ist und somit Wärme vom Abgaskrümmer an die Frischluft abgegeben wird. Lambda steigt auf einen konstanten Offset-Wert an, da die Sonde erst ab einer Temperatur > 7 anspricht. Die Drehzahl steigt auf die charakteristische Startdrehzahl n = 8 U/min an. Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

12 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) Die Kolbenkühlung ist hier noch nicht aktiv. Abschnitt ( 55 Sek.) : In Abschnitt befindet sich der Folgeschalter in Position Einspritzung. Zu erkennen ist dies am Graf des Kraftstoffvolumenstroms. Erst ab Abschnitt wird Kraftstoff gefördert und eingespritzt. Da ab jetzt Kraftstoff eingespritzt, mit Luft vermischt, komprimiert und gezündet wird, wird ab hier Energie im Zylinder umgewandelt, eine Gaskraft wird erzeugt und somit Arbeit am Kolben verrichtet. Somit nehmen ab hier Drehmoment, Leistung und Mitteldruck positive Werte an, da alle unmittelbar miteinander zusammenhängen, siehe oben. Der unregelmäßige Drehmomentverlauf ist so zu erklären, dass noch kein ausreichend homogenes Gemisch vorliegt, um eine gleichmäßige Verbrennung hervorzurufen. Es gibt noch Aussetzer. Die zwei Extremwerte des Mitteldruckgrafen können mit der großen Schwungmasse des Glasmotors erklärt werden. In diesen zwei Bereichen findet keine Verbrennung des Gemisches statt. Da die Schwungmasse des Glasmotors aber sehr groß ist, dreht der Motor trotzdem weiter durch die große Trägheit, weshalb kein Drehmoment- oder Leistungsverlust zu erkennen ist. Ebenfalls ist kein Einbruch der Drehzahl in diesen Bereichen zu erkennen. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist zu Beginn des Abschnittes unendlich groß, da Kraftstoff eingespritzt wird, aber Leistung erst verzögert auftritt. Da Leistung in diesem Abschnitt nur unregelmäßig auftritt, hat auch b e einen unregelmäßigen Verlauf. Die Abgastemperatur steigt durch die heißen Verbrennungsgase kontinuierlich an. Die Lambdasonde wird erst ab einer Temperatur > 7 C aktiv. Die Drehzahl befindet sich auf Startniveau, ca. 8 U/min. Abschnitt 4 (56 99 Sek.): Abschnitt 4 beschreibt den Warmlauf des Glasmotors. Der Motor läuft jetzt ohne Aussetzer, somit zeigt der Mitteldruck einen gleichmäßigen Verlauf, somit auch das Drehmoment und die Leistung. Da Leistung und Einspritzmenge konstant sind, ist auch der spezifische Kraftstoffverbrauch konstant. Die Abgastemperatur steigt durch die heißen Verbrennungsgase weiter an, wird aber nicht wesentlich größer werden. Trotzdem ist die Temperatur für die Lambdasonde noch zu gering. Sie zeigt weiterhin einen Offset-Wert. Die Drehzahl befindet sich auf Warmlaufniveau, ca. 9 U/min. Luftmengenstrom Abschnitt und 4 : Der Luftmengenstrom in Abschnitt und 4 zeigt einen sehr unregelmäßigen Verlauf. Einer möglichen Erklärung für diesen Umstand zeigt die folgende Grafik. Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

13 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) 5 Ansaugluft-Volumenstrom [l/min] Kurbelwellenstellung alpha [ ] Sie zeigt den Ansaugluft-Volumenstrom, aufgetragen über dem Kurbelwinkel, hier ein Arbeitsspiel. Dabei ist zu sehen, dass im Bereich 45 bis ca. Kurbelwinkel Luft angesaugt wird, danach aber noch Schwingungen im Ansaugrohr auftreten, die im weiteren Verlauf des Arbeitsspiels abklingen. Mit diesem Charakteristikum ist auch der Verlauf des Luftmengenstroms des Kaltstarts bzw. Warmlaufs zu erklären. Es treten Druckschwingungen im Ansaugrohr auf. Da die Analogwerte zwanzig mal pro Umdrehung gemessen werden, in der MegatechSoftware dann aber gemittelt wiedergegeben werden, kann keine Aussage darüber getroffen werden, welchen Schwingungsabschnitt ein solcher Software-Messpunkt wiedergibt. Somit kann auch keine Aussage darüber getroffen werden, inwieweit der von der Software gemittelte Wert mit dem eigentlichen Mittelwert übereinstimmt. Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

14 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) Einfluss des Zeitpunktes Einlass schließt auf die Betriebswerte 5 Drehoment M in Nm spez. Kraftstoffv. be in g/kwh Kraftstoffverbrauch B in l/h Abgastemp. Tabg in C Kolbenkühlung in % Mitteldruck pmi in bar Leistung P in Watt Luftmenge Q in l/min Lambda in mv Drehzahl n in /min Kurbelwinkel Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

15 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) Einfluss des Zeitpunktes Einlass schließt auf den Zylinderdruck blau = früher (4 ) rot = Referenz (4 ) dunkelgrün = später (5 ) 9 Zylinderinnendruck p in bar Zylindervolumen V in ccm 9 Zylinderinnendruck p in bar Kurbelwinkel alpha in Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

16 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) 4 Volllastkurve unter der Randbedingung λ Drehmoment M in Nm spez. Kraftstoffv. be in g/kwh Kraftstoffvolumenstrom B in l/h Abgastemp. Tabgas in C Kolbenkühlung in % Mitteldruck pmi in bar Leistung P in Watt Luftvolumenstrom Q in l/min Lambda in mv Einspritzmenge in % Drehzahl n in /min Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

17 Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester ) 5 Variation der Einspritzmenge unter Volllast bei 5/min 5 Drehmoment M in Nm spez. Kraftstoffv. be in g/kwh Kraftstoffvolumenstrom B in l/h Abgastemp. Tabgas in C Kolbenkühlung in % Mitteldruck pmi in bar Leistung P in Watt Luftvolumenstrom Q in l/min Lambda in mv Motordrehzahl n in /min Einspritzmenge in % Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK) Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner

18 A. Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Maschinenbau und Systementwicklung Engineering.de 976 Firma TeLC A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Hochstr Unna Deutschland Kontakt, Contact TeLC A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Hochstr Unna Germany -fon +49 () facs +49 () mail@telc.de vanity +49 () 7 Kutschelis +49 () web HRA 85 USt.-Idnr DE [ Home ] TeLC- Web -Site (c) 998- by Ernst Otto Kutschelis (contact) Point of Presence : Informationstechnologie Treder KG Unna ( Last change 5.5.