3 kenngrößen und kennfelder · 2019. 5. 20. · motorradmotoren bis 13 pkw-ottomotoren ohne...

Kolbenmaschinen 3 Kenngrößen und Kennfelder Herzog

3 Kenngrößen und Kennfelder

3.1 Kenngrößen3.1.1 Indizierte Mitteldruck3.1.2 Indizierte Leistung3.1.3 Indizierter (innerer) Wirkungsgrad3.1.4 Gütegrad3.1.5 Effektive Leistung und effektiver Wirkungsgrad3.1.6 Effektiver Mitteldruck und Reibmitteldruck3.1.7 Mechanischer Wirkungsgrad3.1.8 Spezifischer Verbrauch3.1.9 Liefergrad3.1.10 Mittlere Kolbengeschwindigkeit

3.2 Kennfelder


3.1.1 Indizierter Mitteldruck

Quelle: Pischinger

Für die an den Kolben pro Arbeitspiel abgegebene Arbeit WKA gilt:

hmiKA VpdVpW ⋅== ∫ pmi = indizierte Mitteldruck


3.1.2 Indizierte Leistung

hmii VpniP ⋅⋅⋅= i = 0,5 für 4-Takt-Motor, 1 für Zweitaktmotor n = Drehzahl


3.1.3 Indizierter (innerer) Wirkungsgrad

uB

ii Hm

P⋅

=ηɺ

Bmɺ = Massenstrom des Brennstoffs Hu = Heizwert des Brennstoffs


3.1.4 Gütegrad

Um die Güte eines Arbeitsprozesses beurteilen zu können, wird der indizierte Wirkungsgrad ins Verhältnis zu dem eines entsprechenden Vergleichsprozesses gesetzt:

v

ig η

η=η bzw. vp

ig η

η=η


3.1.5 Effektive Leistung und effektiver Wirkungsgrad

effektive Leistung:

rie PPP −= Pr = Reibleistung

effektiver Wirkungsgrad:

uB

ee Hm

P⋅

=ηɺ


3.1.6 Effektiver Mitteldruck undReibmitteldruck

effektiver Mitteldruck: mrmime ppp −= pmr = Reibmitteldruck

Reibleistung: hmrr VpniP ⋅⋅⋅=

effektive Leistung: hmee VpniP ⋅⋅⋅=


Größenordnung effektiver Mitteldrücke

Effektiver Mitteldruck in bar

Motorradmotoren bis 13Pkw-Ottomotoren ohne Aufladung 7,9 bis 13

Lkw-Dieselmotoren mit Aufladung 9 - 18

Größere Dieselschnellläufer 6 - 22Mittelschnellläufer (Diesel) 15 - 25Kreuzkopfmotoren (2-Takt-Diesel) 9 – 15,4


3.1.7 Mechanischer Wirkungsgrad

i

e

mi

me

i

em p

pPP

ηη===η


3.1.8 Spezifischer Brennstoffverbrauch

uee

Be H

1Pm

b⋅η

==ɺ

Einfluss der Reibung auf den Teillastverbrauch


Mit dem Brennstoffmassenstrom

ui

iB H

Pm

⋅η=ɺ

und dem Verhältnis von indizierter zu effektiver Leistung

me

mr

e

r

e

re

e

ipp

1PP

1P

PPPP +=+=+=

ergibt sich ein spezifischer Verbrauch von

uime

mr

e

Be H

1pp

1Pm

b⋅η

⋅

+==ɺ

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



3.1.9 Liefergrad

Der Liefergrad ist ein Maß für die im Zylinder nach Abschluss des Ladungswechsels verbleibende Frischladung.

Liefergrad thh

Z

th

Z1 V

mmm

ρ⋅==λ

mZ = Zylinderfrischladung mth = theoretische Ladung je Arbeitsspiel Vh = Hubvolumen

thρ = theoretische Ladungsdichte


3.1.10 Mittlere Kolbengeschwindigkeit

Mittlere Kolbengeschw. in m/sMotorradmotoren bis 22Pkw-Ottomotoren 9,5 - 20

Lkw-Dieselmotoren 9,5 - 14

Größere Dieselschnellläufer 7 - 12Mittelschnellläufer (Diesel) 5,3 – 9,5Kreuzkopfmotoren (2-Takt-Diesel) 5,7 – 7

ns2cm ⋅⋅= s = Kolbenhub


3.2 Kennfelder

� Momentenkennfeld in Abhängigkeit von Drehzahl und Drosselklappe

� Drehmoment und Leistungsverlauf� Verbrauchskennfeld


Motorkennfeld eines 2,5 l Dieselmotors

-150

-100

-50

0

50

100

150

200

250

300

0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000

Drehzahl in U/min

Mo

torm

om

en

t in

Nm

0

8

16

24

32

40

48

56

64

72

80

88

100

Lasthebel-Position in %


Motorkennfeld eines Motorrad-Motors(Ducati V2-Motor mit 1,078 l Hubraum)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0 2000 4000 6000 8000 10000

Dre

hmom

ent

in N

m

Drehzahl in U/min

TPS 4%

TPS 8%

TPS 10%

TPS 15%

TPS 20%

TPS 30%

TPS 35%

TPS 40%

TPS 50%

TPS 60%

TPS 80%

TPS 100%


Leistungs- und Drehmomentverlauf eines Motorrad-Motors (Ducati V2-Motor mit 1,078 l Hubraum)

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

2000 3000 4000 5000 6000 7000 8000 9000 10000

Leis

tung

in

kW

Mom

ent

in N

m

Drehzahl in U/minl

Drehmoment

Leistung


Verbrauchskennfeld

Drehzahl in U/min

1000 2000 3000 4000 5000 6000

50

100

150

200

Mo

me

nt

in N

mSpez. Kraftstoffverbrauchin g/kWh

Beispielkennfeld eines 2l-Ottomotors

Drehzahl in U/min

1000 2000 3000 4000 5000 6000

50

100

150

200

Mo

me

nt

in N

mSpez. Kraftstoffverbrauchin g/kWh

30 kW


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: 41500 kJ/kg).

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