Kolbenmaschinen 3 Kenngrößen und Kennfelder Herzog

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1 3 Kenngrößen und Kennfelder 3.1 Kenngrößen Indizierte Mitteldruck Indizierte Leistung Indizierter (innerer) Wirkungsgrad Gütegrad Effektive Leistung und effektiver Wirkungsgrad Effektiver Mitteldruck und Reibmitteldruck Mechanischer Wirkungsgrad Spezifischer Verbrauch Liefergrad Mittlere Kolbengeschwindigkeit 3.2 Kennfelder

2 3.1.1 Indizierter Mitteldruck Für die an den Kolben pro Arbeitspiel abgegebene Arbeit W KA gilt: WKA p dv pmi Vh p mi indizierte Mitteldruck Quelle: Pischinger

3 3.1.2 Indizierte Leistung Pi i n pmi Vh i n 0,5 für 4-Takt-Motor, 1 für Zweitaktmotor Drehzahl

4 3.1.3 Indizierter (innerer) Wirkungsgrad ηi Pi m& B Hu m& B Hu Massenstrom des Brennstoffs Heizwert des Brennstoffs

5 3.1.4 Gütegrad Um die Güte eines Arbeitsprozesses beurteilen zu können, wird der indizierte Wirkungsgrad ins Verhältnis zu dem eines entsprechenden Vergleichsprozesses gesetzt: η η i g bzw. ηv η g ηi ηvp

6 3.1.5 Effektive Leistung und effektiver Wirkungsgrad effektive Leistung: Pe Pi Pr Pr Reibleistung effektiver Wirkungsgrad: P η e e m& B Hu

7 3.1.6 Effektiver Mitteldruck und Reibmitteldruck effektiver Mitteldruck: pme pmi pmr p mr Reibmitteldruck Reibleistung: Pr i n pmr Vh effektive Leistung: Pe i n pme Vh

8 Größenordnung effektiver Mitteldrücke Effektiver Mitteldruck in bar Motorradmotoren bis 13 Pkw-Ottomotoren ohne Aufladung Lkw-Dieselmotoren mit Aufladung 7,9 bis Größere Dieselschnellläufer 6-22 Mittelschnellläufer (Diesel) Kreuzkopfmotoren (2-Takt- Diesel) 9 15,4

9 3.1.7 Mechanischer Wirkungsgrad ηm P e p me Pi pmi η e ηi

10 3.1.8 Spezifischer Brennstoffverbrauch be m & B Pe 1 ηe Hu

11 Einfluss der Reibung auf den Teillastverbrauch Mit dem Brennstoffmassenstrom P m& i B η H i u und dem Verhältnis von indizierter zu effektiver Leistung Pi Pe + Pr Pr p mr P P P p e e e me ergibt sich ein spezifischer Verbrauch von b e m& P B e 1 + p p mr me η i 1 H u

12 Beispiel für Reibungseinfluss auf den spezifischen Teillast-Verbrauch bei konstantem Reibmitteldruck und konstantem inneren Wirkungsgrad

13 3.1.9 Liefergrad Der Liefergrad ist ein Maß für die im Zylinder nach Abschluss des Ladungswechsels verbleibende Frischladung. Liefergrad λ 1 m m Z th mz V ρ h th m Z Zylinderfrischladung m th theoretische Ladung je Arbeitsspiel V h Hubvolumen ρ th theoretische Ladungsdichte

14 Mittlere Kolbengeschwindigkeit s c m 2 s n Kolbenhub Mittlere Kolbengeschw. in m/s Motorradmotoren bis 22 Pkw-Ottomotoren 9,5-20 Lkw-Dieselmotoren 9,5-14 Größere Dieselschnellläufer 7-12 Mittelschnellläufer (Diesel) 5,3 9,5 Kreuzkopfmotoren (2-Takt- Diesel) 5,7 7

15 3.2 Kennfelder Momentenkennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und Drosselklappe Drehmoment und Leistungsverlauf Verbrauchskennfeld

16 Motorkennfeld eines 2,5 l Dieselmotors Motormoment ment in Nm Drehzahl in U/min Lasthebel- Position in %

17 Auszug aus dem Motorkennfeld eines Ducati 1098S Motors in Nm Moment Drosselklappe 100% Drosselklappe 40% Drosselklappe 20% Drehzahl in U/min (erhöhte Verdichtung, Kopfbearbeitung, modifizierte Auspuffanlage (70mm Krümmer))

18 Leistungs- und Drehmomentverlauf eines Ducati 1098 S Motors Drehmoment Leistung Moment in Nm Leistung in kw Drehzahl in U/min 0 (erhöhte Verdichtung, Kopfbearbeitung, modifizierte Auspuffanlage (70mm Krümmer))

19 Verbrauchskennfeld Beispielkennfeld eines 2l-Ottomotors 200 Spez. Kraftstoffverbrauch in g/kwh in Nm Moment kw Drehzahl in U/min

20 Übungsaufgabe Zeichnen Sie die Linien konstanter Leistung von 10 und 18 kw in das folgende Motorkennfeld ein. Wie hoch ist der spezifische Kraftstoffverbrauch bei 3000 U/min und 6000 U/min bei einer Leistung von 18 kw. Welche Wirkungsgrade ergeben sich in diesen Betriebspunkten (Heizwert des Kraftstoffes: kj/kg).