Ø  Drehzahl gemessen mit einem Drehzahlmesser

Ø  Spannungsaufnahme der Wiegezelle an der Wirbelstrombremse

Ø  Wärmeleistung, die der Motor ans Kühlwasser abgibt

Ø  Temperatur im Vorlauf zum Motor

Ø  Temperaturdifferenz, die in der Wirbelstrombremse entsteht

Ø  Durchflußgeschwindigkeit des Wasser der Wirbelstrombremse

Diese Daten sind als effektiv zu betrachten und dienen der Ermittlung der Realwerte des Motors.

Hier sind die Ergebnisse zusammengetragen:

Abb.1: Messergebnisse[1]

Die Messwertangaben beschränken sich auf den Drehzahlbereich von 1.000 bis 4.000 Umdrehungen, wobei für die späteren Berechnungen lediglich die Drehzahl von 2.500 herangezogen wurde.

Anhand der Verknüpfung der Drehzahl mit den Spannungswerten der Kraftmessdose lässt sich eine klare Richtung verfolgen:

die Punkteverbindung stellt eine Proportionalität dar, die aufgrund kleiner Messungenauigkeiten keine Gerade, sondern einen leichten Bogen ergeben.

Abb.2: Diagramm der Spannungswerte

Was dieses Diagramm nicht darstellt, aber in der Folge noch notwendiges Wissen wird, ist der Leerlauf, der mit 800 Umdrehungen eine Grundspannung von 4,7mV besitzt.

Abb.3: p,v-Diagramm

Zur Heranführung an die tiefgreifenderen Berechnungen ist zunächst der ideale Otto-Prozess bzgl. dieses Motors zu betrachten. Es werden die folgenden Angaben benötigt:

Motor – 6 Zylinder / 4-Takt; Verdichtungsverhältnis e=10:1; Hubraum=2494 cm³; Ansaugdruck=0,92 bar; Ansaugtemperatur T₁ des Gemisches=38°C; Verbrennungstemperatur T₃ =3430°C; c=1,4;

R_i = 287J/kg*K; c_vm =0,716 kJ/kg*K; n_a=0,5 (bei Viertaktmotor); H_U=43000kJ/kg; c_Külw=4,1868Kj/kg*K; r_Külw=1kg/l; Kühlwassermassenstrom=0,38kg/s; DT_Külw=T_KwA-T_KwE=14,8K (nach Tabelle bei 2.500 1/min); Umgebungstemperatur T_U=293K

Um die nachstehende Tabelle zu erhalten, gilt es mehrere Rechenschritte vorzunehmen.

Abb.4: Zustandsgrößen Druck – Volumen - Temperatur

Als nächsten Schritt interessiert nun, wie hoch der Massenstrom des Kraftstoffs liegt. Um diesen zu erhalten bedarf es noch zusätzlicher Überlegungen.

Die Masse (auf das ideale Gas bezogen) eines Zylinderinhalts beträgt:

Die Stöchiometrie besagt, dass bei l=1 zur Verbrennung bei Ottomotoren 14,6 Teile Luft zu 1 Teil Kraftstoff notwendig sind. Daraus folgt:

0,476g Luft entsprechen 14,6 Massenanteilen Luft

das führt zu (0,4760/14,6)g=0,0326g Massenanteilen Kraftstoff.

Bei 2.500 Umdrehungen/Minute ergibt sich eine Zeit von

60s/2500=0,0240s für eine Umdrehung. Das führt zum erwünschten Massenstrom des Kraftstoffs von:

Die erzielte Arbeit des Idealprozesses ist

Der thermische Wirkungsgrad lautet

Die Motorleistung unter Idealprozessbedingungen beträgt

Idealbedingungen bedeuten einen Wirkungsgrad von 100%, was in der Realität unmöglich ist. Diesen Gedankenansatz vorausgesetzt bedeutet, dass die zugeführte Energie gleich der abgeleiteten Energie ist.

Dies kann durch die Energiebilanz[2] bestätigt werden.

Abb.5: Errechnete Idealwerte

Beispielrechnung für 2.500 Umdrehungen

Diese einzeln errechneten Idealwerte führen zu folgender Grafik.

Abb.6: Diagramm der Idealwerte

Die Darstellung ist natürlich nur theoretisch darstellbar, da der Motor niemals, wenn er gerade mal knapp über die eigenen Reib- und Wärmeverluste betrieben wird (eben bei 1.000 Umdrehungen) ohne dass er gleich ausgeht, dass er in eben diesem Zustand bereits sein maximales Drehmoment aufbringt. Ähnlich verhält es sich mit der Leistungskurve.

Sie wird sich nie direkt proportional als Gerade ausbilden, sondern immer in einer Bogenform[3] verlaufen.

2.3 Effektivwerte

Das Drehmoment wird anhand der Spannungsdifferenz zwischen 4,7mV bei Leerlaufdrehzahl (=ohne Last) und der gemessenen Spannung bei Teillast und 2.500 1/min ermittelt. 1mV entspricht 5,2kg Belastung, die mit der Erdbeschleunigung und dem Hebelarm verrechnet wird, was zu folgendem Ergebnis führt:

Abb.7: Effektive Leistung / Drehmoment

Der effektive spezifische Verbrauch (bei 2.500 1/min) kann nun ebenso festgestellt werden und liegt bei