Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden Aufgaben zur Übung 4. Semester Kfz-Elektrik / -Elektronik 1. Ein Akkumulator (U q1 = 12 V und R i1 = 60 m Ω) arbeitet im Bordnetz eines Fahrzeuges mit einem Drehstromgenerator zusammen (U q2 = 14.7 V und R i2 = 0,3Ω). Die parallel geschalteteten Quellen speisen einen Verbraucher mit einem Widerstand von 4,1Ω. Berechnen Sie: Alle Ströme, Bordnetzspannung, abgeg. und aufgen. Leistung 1. durch Anwendung der Kirchhoffschen Gesetze 2. mittels Ersatzspannung- und Ersatzstromquelle. Stellen sie zuerst die Schaltung komplett dar(mit Beschriftung). 2. Eine Zweifadenlampe (12 V) mit Wendeln von 5 W und 21 W für eine Rückleuchte ist über Leitungen von 8 m Länge anzuschließen. Dimensionieren Sie die Leitungen. Ermitteln Sie die auftretenden Spannungsabfälle und Stromdichten. Weisen Sie die Einhaltung der Forderungen nach. 3. Eine Drehstromlichtmaschine 12V/95A ist über eine Leitung von 1,8 m Länge mit dem Bordnetz verbunden. Welcher Leitungsquerschnitt ist zu wählen? Prüfen Sie Stromdichte und Spannungsabfall. 4. Ein Fahrzeug wird mit Ottomotor und auch mit Dieselmotor geliefert. Die Ausführung mit Ottomotor hat einen Anlasser mit einer Leistung von 1,4 kw und einer Leitungslänge von 1,5 m. Die Variante mit Dieselmotor hat bei 3,1 m Leitungslänge eine Anlasserleistung von 2,4 kw. Bestimmen Sie die erforderlichen Leitungsquerschnitte und weisen Sie die Unterschreitung der zulässigen Spannungsabfälle und Stromdichten nach. Ermitteln Sie für beide Leitungen den Kupfereinsatz (Masse). 1
5. Die Zuleitung für die Lampe eines Scheinwerfers soll dimensioniert werden. Verwendet wird eine Lampe mit 55 W bei 12 V und eine Leitungslänge von 3,8 m ist erforderlich. 6. Eine Batterie 12V / 54 Ah ist als alleinige Spannungsquelle in einem Kfz (nach Generatorausfall) vorhanden. Die Batterie hat 100% Ladezustand bei einer Säuretemperatur von 27 C. Als Verbraucher müssen versorgt werden: Zündung mit 20 W, KSP mit 50 W, Einspritzung mit 60 W, Scheinwerfer mit 110 W. Ermitteln Sie die verbleibende Betriebszeit des Kfz bis zur Entladung der Batterie für den Betrieb mit und ohne Scheinwerfer. 7. Der Betriebsfall nach Aufgabe 6 soll bei -10 C (auch Säuretemperatur) erfolgen. Wie lange ist das Fahrzeug mit und ohne Scheinwerfereinsatz betriebsfähig? Werten Sie die Ergebnisse! 8. Bei Belastung einer Batterie wurden folgende Arbeitspunkte aufgenommen: AP 1: U = 12,80 V I = 0 A AP 2: U = 12,45 V I = 10 A AP 3: U = 12,10 V I = 20 A 8.1 Skizzieren Sie die Schaltung und stellen Sie die Kennlinie dar. 8.2 Welches ist der größte entnehmbare Strom? (Bezeichnung!) 8.3 Welche Belastungswiderstände wurden gewählt? 8.4 Welchen Innenwiderstand hat die Batterie? 8.5 Bestimmen Sie für einen Belastungsstrom von 100 A den Widerstand der Last und die Spannung an der Last. 8.6 Bestimmen Sie den Wirkungsgrad der Energieumsetzung. 8.7 Welchen Ladezustand hat die Batterie, wenn bei -29 o C eine Säuredichte von 1,28 g/cm³ gemessen wurde? 9. Stellen Sie den Übersichtsschaltplan für einen Starterkreis dar und erläutern Sie diesen. Welche weiteren Schaltplanarten sind bekannt? 10. Erläutern Sie die Batterieladung einer 12-V-Bleibatterie (Transformatorausgangs- spannung, I-U-Kennlinien; Stoffwandlung, chem. Gleichungen, Bedingungen). 2
11. In den Motorrädern R 65...R 100 befinden sich die Drehstromgeneratoren (14V, 240 W) in den vorderen Motorhauben direkt auf der Kurbelwelle. 11.1 Welche Frequenzen hat die Spannung der DLM im Drehzahlbereich (p = 6)? 11.2 Welche Periodendauern ergeben sich im Drehzahlbereich? 11.3 Ermitteln Sie die Stromführzeiten für die Dioden. 11.4 Bestimmen Sie die gleichen Werte (1.1 bis 1.3) für die DLM (14 V; 50 A) des Krades R 1100 RS (montiert vorn über dem Boxermotor und angetrieben über Poly-V-Riemen mit i = 1,5). 11.5 Begründen Sie diese Änderungen! 12. Das Erregersystem eines Drehstromgenerators wird analysiert. 12.1 Geben Sie die Funktion der Freilaufdiode beim Drehstromgeneratorregler an und vervollständigen Sie die Schaltung (Bild 1). 12.2 Zeichnen Sie im Liniendiagramm Generatorspannung, Erregerstrom und Erregerspannung. 12.3 Welcher Erregerstrom ist möglich? 12.4 Begründen Sie den Einsatz ausschließlich der B6 - Schaltung! 12.5 Erläutern Sie die Änderungen bei Generatoren der neuen Bauarten gegenüber der in Bild 2 gezeigten Bauart. Bild 1 3
13. In einem Kraftfahrzeug wird die Drehstromlichtmaschine N1-70 A verwendet. Weitere Daten: p = 6; η 6000 = 0,22; i = 1,9 Es wurde folgendes Oszillographenbild aufgenommen (Bild 2) mit F t = 0,142 ms/cm und F u = 7 V/cm: 13.1 Beschriften Sie die aufgenommene Kurve. 13.2 Welche Belastung liegt vor (ohmsche Last oder Batterieladung)? Begründen Sie die Aussagen! 13.3 Ermitteln Sie die Frequenz der erzeugten Wechselspannung. 13.4 Wie groß ist die Drehzahl der Drehstromlichtmaschine im gemessenen Fall? 13.5 Welchen Gleichspannungsmittelwert können können Sie aus dem Diagramm ablesen? 13.6 Ermitteln Sie die Stromführzeit einer Diode. 13.7 Wie verändert sich die Spannungskurve bei Unterbrechung einer oder mehrerer Dioden? 13.8 Geben Sie die max. elektrische Leistung der DLM an. 13.9 Welches Moment und welche Leistung wird dem Verbrennungsmotor entnommen (6000 min -1)? 13.10 Berechnen Sie Spannung und Strom eines Stranges bei max. Belastung. 13.11 Ermitteln Sie den Vorerregerstrom der DLM bei Ladekontrolllampe 1,2 W. 13.12 Worin unterscheiden sich die verwendeten Dioden (Erläuterung)? Bild 2 4
14. Zeichnen Sie die Schaltung der Batteriezündanlage. Erläutern Sie die Bauteile und die Funktion. Welche Kapazität hat der Kondensator am Unterbrecher bei Batteriezündung? Was passiert, wenn die Kapazität 0,1 µf beträgt? 15. Es ist für einen 4-Zylinder-4-Taktmotor ein Schließwinkel von 50...55 gegeben. Wie groß ist für den Motor Öffnungs- und Schließwinkel in Grad Kurbelwelle und welcher Wert (%) muß mit dem Schließwinkelmeßgerät eingestellt werden? 16. Es ist für einen 6-Zylinder-4-Taktmotor ein Schließwinkel von 35...41 gegeben. Wie groß sind Öffnungs- und Schließwinkel in Grad Kurbelwelle und welche Werte (%) müssen am Schließwinkelmeßgerät eingestellt werden? 17. An einem 5-Zylinder-4-Taktmotor ist die Zündung zu überprüfen. Da keine Angaben zum Schließwinkel (in %) zur Verfügung stehen, ist von den Motordaten auszugehen. Dort ist von ein Schließwinkel von 95 ± 5 gegeben. Ermitteln Sie: 17.1 Um welche Winkelangabe handelt es sich ( KW oder VW)? 17.2 Den Zündwinkel des Motors in KW und VW. 17.3 Welcher Schließwinkel (in % ) muß mit dem Schließwinkelmeßgerät eingestellt werden? (Toleranz angeben!) 17.4 Wie groß sind Schließzeit und Öffnungszeit des Transistors/Unterbrechers für einen Zündvorgang bei 6000 min -1 Kurbelwellenumdrehungen? 5
18. Die Zündanlagen eines 4-Zylinder-4-Taktmotors (Hallgeber, ROV) wird mit einer Zündspule mit folgenden Parametern betrieben: L 1 = 7 mh; R 1 = 0,7 Ω; Bordspannung: U B = 14 V Vorwiderstand: R V = 0,9 Ω 18.1 Welcher Dauerstrom würde bei eingeschalteter Zündung und leitendem Transistor zustande kommen? 18.2 Ermitteln Sie die Zeitkonstante und Halbwertzeit des Primärstromverlaufes. 18.3 Stellen Sie im Liniendiagramm den Stromverlauf dar und geben Sie alle bekannten Größen an ( Maßstab frei oder nach 17.6 ). 18.4 Geben Sie die allgemeine und konkrete (eingesetzte Werte) Gleichung für den dargestellten Stromverlauf an. 18.5 Welche Zündzeit ergibt sich für einen Zylinder bei n KW = 3000min -1 18.6 Stellen Sie den Primärstromverlauf für 1 Zylinder dar (n KW = 3000min -1, F t = 1 ms/cm oder 2 ms/cm, F i = 2 A/cm). Der Schließwinkel beträgt 45 %. Geben Sie Zünd-, Schließ- und Öffnungswinkel an. 18.7 Welche Stromaugenblickswerte ergeben sich nach 17.6 beim Abschalten des Transistors und bei Halbwertzeit des Ladestromverlaufes? 18.8 Welche Energie wird pro Zündvorgang gespeichert (Werte von 17.7)? 18.9 Erläutern Sie Funktion und Aufgabe des Vorwiderstandes R V (Beispiel mit konkreten Werten möglich) 18.10 Warum kommt man bei moderneren Zündanlagen ohne Vorwiderstand aus? 18.11 Dimensionieren Sie die Anschlußleitung der Zündanlage (Steuergerät) bei einer Leitungslänge von 1,6 m. Verwenden Sie den Dauerstrom (17.1) zur Dimensionierung. Weisen Sie die Einhaltung der zulässigen Werte für Strombelastung und Spannungsabfall nach. 6
19. An der verteilerlosen Zündanlage (RUV) eines Opel-Motors X12SZ wurden die angegebenen Oszillogramme aufgenommen (Bild 3): Weitere Daten: Bordnetzspannung 14,1 V Primärwiderstand einer Doppelfunkenspule 0,56 Ω Primärinduktivität einer Doppelfunkenspule 4,4 mh 1. Welche Kurven sind dargestellt? (im Bild 3 bezeichnen!) 2. Ermitteln Sie Zündzeit, Schließzeit und Öffnungszeit. 3. Welcher Schließwinkel (%) muß am Schließwinkelmeßgerät angezeigt werden? 4. Welcher max. Strom ist in einer Zündspule möglich? (theoretischer und realer Wert? Erläuterung!) 5. Welchen Wert hat die je Zündvorgang gespeicherte Zündenergie? 6. Ermitteln Sie Zeitkonstante und Halbwertszeit des Ladestromverlaufes. Stellen Sie diese und weitere bekannte Größen dar (Primärstromverlauf zeichnen)! 7. Geben Sie im Bild 3 den nicht gezeigten Spannungsverlauf an (darunter zeichnen)! Welcher ist dies? 8. Bezeichnen Sie die angebenen Punkte,,,, 9. Erläutern Sie die Änderungen bei Drehzahlsteigerung! Was bleibt unverändert? 10. Wie beeinflussen ein defekter Entstörwiderstand im Kerzenstecker und ein abgezogener intakter Kerzenstecker das Oszillographenbild der Sekundärspannung? (Bild mit Erläuterung) 11. Welche Aussagen sind zu den Größen Schließwinkel, Schließzeit, Öffnungszeit und Zündzeit möglich, wenn Bild 3 die Vorgänge einer Verteilerzündanlage darstellen würde? 12. Begründen Sie Vor- und Nachteile der verteilerlosen Zündanlage gegenüber Zündanlagen mit Verteiler. Bild 3 7