TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-IngenieureGlaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator)
Gemischbildung/(mixture)n=1500 Upm (Rpm)
Fett(rich) Laufgrenze fett (limit rich)
Spezifischer Kraftstoffverbrauch (specific fuel consumption)
1000
1500
2000
2500
3000
15 20 25 30 35 40 45 50 55
Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/AT](injection quantity per power stroke[µl/PS])
be[
g/k
wh
]
Motorleistung (engine power)
0
50
100
150
200
15 20 25 30 35 40 45 50 55
Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/AT] (injection quantity per power stroke[µl/PS])
P [
W]
Lambdasonden-Spannung (voltage of oxygene probe)
0
200
400
600
800
1000
15 20 25 30 35 40 45 50 55
Einspritzmenge pro Artbeitstakt [µl/AT](injection quantity per power stroke[µl/PS])
lam
bd
a[m
V]
TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-IngenieureGlaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator)
Ansaugluft-Volumenstrom (intake airflow)
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwellenstellung alpha (crank shaft angle) [°]
Ans
augl
uft-
Vol
umen
stro
m (i
nta
ke a
ir f
low
) [l/
min
] S
teu
erze
iten
(c
on
tro
l tim
ing
s)
Einlassventil (intake valve) Einspritzen (injection)
Zündung (ignition) Auslassventil (outlet valve)
TeLCGlaszylinder- 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)
spezifischer Kraftstoffverbrauch (specific fuel consumption)
0500
10001500200025003000350040004500
0 50 100 150 200 250 300
Zeit (time) t[s]
be[g
/kw
h]
Motorleistung (engine power)
0
20
40
60
80
100
120
0 50 100 150 200 250 300
Zeit (time) t[s]
P [
W]
Abgastemperatur (exhaust temperature)
0
50
100
150
200
250
300
0 50 100 150 200 250 300
Zeit (time) t[s]
Tab
g[°C
]
Lambdasonden-Spannung (oxygene probe voltage)
0
1000
2000
3000
4000
5000
0 50 100 150 200 250 300
Zeit (time) t[s]
lam
bda[
mV
]
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwellenstellung alpha [°]
Zyl
ind
erin
nen
dru
ck p
i [b
ar]
VerdichtungslinieS
teu
erz
eit
en
Einlaßventil Einspritzen Zündung Auslaßventil
-0,5
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 10 20 30 40 50 60 70
Zylindervolumen V [ccm]
Zyl
ind
erin
nen
dru
ck p
i [b
ar]
TeLCGlaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator)
Zün
dung
(ig
nitio
n)
-0,2
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwellenstellung (crank shaft angle) alpha [°]
Dre
hm
om
ent
(to
rqu
e) M
[Nm
]
Ungleichförmigkeit der Drehmomentabgabe beim 4-Takt-Einzylindermotor
(indicated torque on mono cylinder 4 stroke Otto engine)
Ste
uer
zeit
en
(co
ntr
ol t
imin
gs)
Einlassventil (intake valve) Einspritzen (injection)
Zündung (ignition) Auslassventil (outlet valve)
TeLCGlaszylinder- 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)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwellenstellung (crank shaft angle) alpha [°]
Zyl
inde
rinne
ndru
ck (
inte
rnal
cyl
inde
r pr
essu
re)
pi [
ba
r]
ZZ=-19° vor OT (bef. UDC)
ZZ=0° vor OT (bef. UDC)
ZZ=15° vor OT (bef. UDC)
ZZ=31° vor OT (bef. UDC)
0
1
2
3
4
5
6
7
0 10 20 30 40 50 60 70
Zylindervolumen (cylinder volume) [ccm]
Zyl
inde
rinne
ndru
ck
(inte
rnal
cyl
inde
r pr
essu
re)
pi [
bar]
ZZ=-19° vor OT (bef. UDC)
ZZ=0° vor OT (bef. UDC)
ZZ=15° vor OT (bef. UDC)
ZZ=31° vor OT (bef. UDC)
TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-IngenieureGlaszylinder- Motortechnik-Stand mit völlig variabler Ventilsteuerung (Transparent engine technique stand with variable valve actuator)
Verluste in der Gaswechselschleife(deficit in gas exchange phase)
n=1500 Upm
-0,5
-0,4
-0,3
-0,2
-0,1
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0 10 20 30 40 50 60 70
Zylindervolumen (cylinder volume) V[ccm]
Zyl
ind
erin
nen
dru
ck (
inte
rnal
cyl
ind
er p
ress
ure
) p
i[b
ar]
Drosselklappenteillast (partial load with throttle)Ventilsteuerungsteillast (partial load with valve actuator)
TeLC Fa. TeLC, A.Kutschelis und Sohn, Dipl.-IngenieureGlaszylinder- 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)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 200 400 600
Kurbelwellenstellung (alpha crank shaft angle) [°]
Zyl
ind
erin
nen
dru
ck p
i (i
nte
rnal
cyl
ind
er p
ress
ure
) [b
ar]
n=360
n=500
n=700
n=1000
n=1500
n=2000
n=2500
Einfluss der Drehzahl auf den Zylinderinnendruck(influence of engine speed on internal cylinder pressure)
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
0 20 40 60
Zylindervolumen (cylinder volume) V[ccm]
Zyl
ind
erin
nen
dru
ck p
i[b
ar]
(in
tern
al c
ylin
der
pre
ssu
re)
n=360n=500n=700n=1000n=1500n=2000n=2500
Zündzeitpunktn=1550 Upm
Motorleistung
0
20
40
60
80
100
120
140
160
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Zündzeitpunkt[° vor OT]
P [W
]
spezifischer Kraftstoffverbrauch
1000
1200
1400
1600
1800
2000
2200
2400
2600
2800
3000
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Zündzeitpunkt[° vor OT]
be[
g/k
wh
]
Lambdasonden-Spannung
820
840
860
880
900
920
940
960
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Zündzeitpunkt[° vor OT]
lam
bda[
mV
]
Abgastemperatur
300
310
320
330
340
350
360
370
380
-5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55
Zündzeitpunkt[° vor OT]
Tabg
[°C
]
Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester 2002)
1 Warmlaufverhalten (cold-start-process)
-1.50
-0.75
0.00
0.75
Zeit t in s
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
Leis
tung
P in
Wat
t
-150
-75
0
75
0.000
0.075
0.150
0.225
Lam
bda
in m
V
0
1500
3000
4500
60000
250
500
750
1000
Mitt
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uck
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-1
0
1
2
0
1000
2000
3000
Luftv
olum
enst
rom
Q in
l/m
in0
10
20
30
0
50
100
150
Dre
hmom
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m
Kraf
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umen
stro
m B
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h D
rehz
ahl n
in 1
/min
spez
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g/k
Wh
Abga
stem
p. T
abga
s in
°C
Fachhochschule Konstanz Fachbereich Maschinenbau (MK)
Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner
Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester 2002)
Diskussion der Diagramme: Abschnitt 1 (0 – 3 Sek.) : Abschnitt 1 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 4000 g/kWh an. Dieser Wert wird angezeigt, sobald der Motor sich gedreht hat, egal ob mit oder ohne Zündung bzw. Einspritzung.
Abschnitt 2 (4 – 11 Sek.) : In Abschnitt 2 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
eriuB
ii
Gaii
PPPmitHmP
Hp
+=⋅
=
⋅⋅=
η
λη
und in diesem Abschnitt einen negativen Wert hat, da M negativ ist und sich eP
ϖ⋅=MPe berechnet. Der spezifische Kraftstoffverbrauch ist null, da auf Folgeschalterposition „Drehen“ kein Kraftstoff eingespritzt wird. Die Luftmenge pendelt sich auf einem Wert um 32 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 > 170° anspricht. Die Drehzahl steigt auf die charakteristische Startdrehzahl n = 800 U/min an.
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Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner
Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester 2002)
Die Kolbenkühlung ist hier noch nicht aktiv. Abschnitt 3 (12 – 55 Sek.) :
In Abschnitt 3 befindet sich der Folgeschalter in Position „Einspritzung“. Zu erkennen ist dies am Graf des Kraftstoffvolumenstroms. Erst ab Abschnitt 3 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 Schwung-masse 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 einen ebunregelmäßigen Verlauf. Die Abgastemperatur steigt durch die heißen Verbrennungsgase kontinuierlich an. Die Lambdasonde wird erst ab einer Temperatur > 170°C aktiv. Die Drehzahl befindet sich auf Startniveau, ca. 800 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. 900 U/min.
Luftmengenstrom Abschnitt 3 und 4 :
Der Luftmengenstrom in Abschnitt 3 und 4 zeigt einen sehr unregelmäßigen Verlauf. Einer möglichen Erklärung für diesen Umstand zeigt die folgende Grafik.
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Institut für Verbrennungsmotoren Prof. Dr.-Ing. Klaus Schreiner
Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester 2002)
-150
-100
-50
0
50
100
150
200
0 90 180 270 360 450 540 630 720
Kurbelwellenstellung alpha [°]
Ans
augl
uft-
Vol
umen
stro
m [l
/min
]
Sie zeigt den Ansaugluft-Volumenstrom, aufgetragen über dem Kurbelwinkel, hier ein Arbeitsspiel. Dabei ist zu sehen, dass im Bereich 45° bis ca. 230° 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.
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Untersuchungen mit dem TeLC-Glaszylinder-Motor Bastian Minnig (Diplomarbeit an der FH Konstanz im Sommersemester 2002)
2 Einfluss des Zeitpunktes „Einlass schließt“ auf die
Betriebswerte
Dre
hzah
l n in
1/m
in
500
1000
1500
2000
2500
0
0.5
1.0
1.5
°Kurbelwinkel
400 410 420 430 440 450 460 470 480 490 500 510 520
Leis
tung
P in
Wat
t
0
100
200
300
0
0.125
0.250
0.375
Lam
bda
in m
V
0
500
1000
1500
0
25
50
75
100
Mitt
eldr
uck
pmi i
n ba
r
0
1
2
3
500
1000
1500
2000
Luftm
enge
Q in
l/m
in0
25
50
75
0
100
200
300
Dre
hom
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in N
mKr
afts
toffv
erbr
auch
B in
l/h
Kolb
enkü
hlun
g in
%sp
ez. K
rafts
toffv
. be
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/kW
hAb
gast
emp.
Tab
g in
°C
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3 Einfluss des Zeitpunktes „Einlass schließt“ auf den
Zylinderdruck
blau = früher (400°)rot = Referenz (430°)
dunkelgrün = später (510°)
Zylin
derin
nend
ruck
p in
bar
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Zylindervolumen V in ccm
0 10 20 30 40 50 60 70
Zylin
derin
nend
ruck
p in
bar
-1
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
Kurbelwinkel alpha in °
0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 660 720
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4 Volllastkurve unter der Randbedingung λ ≈ 1
Eins
pritz
men
ge in
%
0
25
50
75
100
0
0.5
1.0
1.5
Drehzahl n in 1/min
500 700 900 1100 1300 1500 1700 1900 2100 2300 2500
Leis
tung
P in
Wat
t
0
100
200
300
0.100
0.225
0.350
0.475
Lam
bda
in m
V
400
600
800
1000
0
25
50
75
100
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0
1
2
3
500
1125
1750
2375
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olum
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rom
Q in
l/m
in0
25
50
75
100
175
250
325
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rom
B in
l/h
Kolb
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%sp
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toffv
. be
in g
/kW
hAb
gast
emp.
Tab
gas
in °
C
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5 Variation der Einspritzmenge unter Volllast bei 1500/min
Mot
ordr
ehza
hl n
in 1
/min
0
500
1000
1500
2000
2500
0
0.5
1.0
1.5
Einspritzmenge in %
30 40 50 60 70 80 90 100
Leis
tung
P in
Wat
t
0
100
200
300
0.1
0.225
0.350
0.475
Lam
bda
in m
V
400
600
800
1000
0
25
50
75
100
Mitt
eldr
uck
pmi i
n ba
r
0
1
2
3
500
1125
1750
2375
Luftv
olum
enst
rom
Q in
l/m
in0
25
50
75
100
175
250
325
Dre
hmom
ent M
in N
mKr
afts
toffv
olum
enst
rom
B in
l/h
Kolb
enkü
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g in
%sp
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toffv
. be
in g
/kW
hAb
gast
emp.
Tab
gas
in °
C
Kontakt, Contact
A. Kutschelis und Sohn, Dipl.-Ingenieure Maschinenbau und SystementwicklungEngineering .de 1976
Firma TeLC
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Hochstr. 8 59425 Unna
Deutschland
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-facs +49 (0) 2303 23999-0
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