Sujeten:
- Verglach vum theoreteschen an aktuellen Aarbechtsprozess
- Indikator Diagramm
- Drockprogressioun wärend dem Véiertaktprozess vun engem Bensinmotor
- Drockprogressioun wärend dem Véiertaktprozess vun engem Dieselmotor
- Drock Variatioun während variéieren Betribssystemer Konditiounen
- Verloscht vu Flux
- Afloss vun ignition timing op Luucht Diagramm
- Drock Entwécklung am p-α Diagramm
- Peak Gas Drock
- Duerchschnëtt Gasdrock
Verglach vum theoreteschen an aktuellen Aarbechtsprozess:
Am Aarbechtsprozess vun engem Bensin- oder Dieselmotor hu mir et mat engem PV-Diagramm ze dinn (P = Drock, V = Volumen), deen d'Relatioun tëscht dem Drock an dem Volume am Véiertaktprozess weist. Méi Informatioun doriwwer fannt Dir op der Säit: Seiliger Prozess.
Den theoreteschen Zyklusprozess fënnt an engem ideale Motor statt, an deem keng Reschtgase oder Verloschter präsent sinn. A Wierklechkeet ënnerscheet sech den theoreteschen Aarbechtsprozess vum aktuellen Aarbechtsprozess wéinst de folgenden Ofwäichungen:
- den Zylinder enthält net nëmme frësch Ladung, awer och Reschtgas aus dem viregten Aarbechtszyklus;
- onvollstänneg Verbrennung vum Brennstoff;
- Verbrennung geet net genee bei gläiche Volumen oder Drock vir;
- Hëtztaustausch tëscht dem Gas an der Zylindermauer;
- Flux Verloschter geschéien während der Aarbecht änneren;
- et gëtt ëmmer (minimal) Gasleckage laanscht de Kolbenréng;
- déi spezifesch Hëtzt ännert sech mam Drock an der Temperatur, wat d'Verbrennung beaflosst.
De Verlaf vum aktuellen Aarbechtsprozess gëtt mam Indikatordiagramm opgeholl.
Indikator Diagramm:
D'Indikatordiagramm weist de Gasdrock am Zylinder (iwwer dem Kolben) während zwou Kurbelwelle-Revolutiounen. D'Diagramm gouf während enger Drockmessung bestëmmt, déi am Zylinder stattfonnt huet.
D'Indikator Diagramm gewisen ass vun engem Benzinmotor. Déi rout Linn weist d'Drockvariatioun relativ zum Kolbenschlag un. Wärend enger aktueller Messung gëtt e Wäert bei p Max kritt. Mir wäerte méi spéit op dëst goen. Ënnert dem Diagramm ass en Zylinder mat engem Piston bannen. D'Bréiwer Vs a Vc weisen de Schlagvolumen an d'Kompressiounsvolumen un.
Folgend ass eng Lëscht vun Ofkierzungen, déi an der Figur benotzt ginn:
- p0: Atmosphär Loftdrock;
- pmax: maximal Drock am Zylinder;
- S: Schlag vum Piston;
- Vs: Schlagvolumen;
- Vc: Kompressiounsvolumen;
- W: Aarbecht (+ positiv an – negativ);
- Ign: Zündmoment;
- Io: Inletventil mécht op;
- Us: Auspuffventil mécht zou;
- Ass: Inletventil zou;
- Uo: Auspuffventil mécht op
Drockprogressioun wärend dem Véiertaktprozess vun engem Bensinmotor:
Mir kënnen den Indikatordiagramm a véier verschiddene Situatiounen kucken:
- Intake Schlag: de Kolben bewegt sech vun TDC op TDC a suckt an d'Loft. De Volume klëmmt well de Raum iwwer dem Piston eropgeet.
Den Drock bleift konstant*. Déi rout Linn am Luucht Diagramm leeft aus a béis b; - Kompressiounsschlag: de Kolben beweegt sech erop a kompriméiert d'Loft. D'Loftvolumen hëlt erof, während den Drock eropgeet. Déi rout Linn weist dat tëscht de Punkten b en c. Zündung fënnt um Enn vum Kompressiounsschlag statt;
- Kraaftschlag: Nodeems d'Zündkerze fonkelt, dauert et e bëssen Zäit fir d'Mëschung komplett ze verbrennen. Mir gesinn dëse Prozess tëscht de Punkten c en d. D'Kraaft vun der Zündung dréckt de Kolben no ënnen. De Volume klëmmt an den Drock geet erof. Mir gesinn dat tëscht de Buschtawen d en e;
- Auspuffschlag: Den Auspuffventil mécht op an de Kolben dréckt d'Ofgase eraus. De Volume geet erof, den Drock bleift konstant (e béis a).
Hybrid Gefierer Hiersteller passen et dës Deeg ëmmer méi un Atkinson-Miller Prinzip fir mechanesch Resistenz während dem Kompressiounsschlag ze reduzéieren. Dëst gëtt an der steigender Linn vum Kompressiounsschlag am Indikatordiagramm reflektéiert.
*An der Erklärung schwätze mir iwwer de gläichen Drock während der Intake Schlag. Dëst ass deelweis richteg. Wärend dem Oflaafschlag ass d'Pistongbeschleunegung maximal bei ongeféier 60 Grad nom TDC. Déi erakommen Loft kann de Piston net verfollegen. Dee Moment entsteet de maximalen Ënnerdrock vun ongeféier -0,2 bar. Den Zylinderdrock klëmmt dann erëm. D'Mass-Inertia vun der erakommen Loft suergt dofir datt d'Loft nach ëmmer an den Zylinder fléisst, während de Kolben erëm no uewen bewegt. D'Gréisst vum Ënnerdrock hänkt vun der Positioun vum Drosselventil an der Geschwindegkeet of. E weider zouenen Drosselventil bitt méi Vakuum bei enger konstanter Motorgeschwindegkeet. Mir hunn de verstäerkten Ënnerdrock während der maximaler Kolbenbeschleunigung am Text a Biller hei uewen vernoléissegt.
Drockprogressioun wärend dem Véiertaktprozess vun engem Dieselmotor:
Hei gesi mir en Indikatordiagramm vun engem Dieselmotor.
- Intake Schlag: de Kolben bewegt sech vun TDC op TDC a suckt Loft (wann de Motor iwwerlaascht ass);
- Kompressiounsschlag: de Kolben beweegt sech Richtung ODP. D'Loft gëtt kompriméiert an d'Temperatur klëmmt duerch d'Erhéijung vum Drock op iwwer 100 Grad Celsius. Um Enn vum Kompressiounsschlag gëtt den Diesel Brennstoff injizéiert. Brennstoff Sprëtz fänkt 5 ze 10 Grad virun TDC an endet tëscht 10 an 15 Grad no TDC;
- Kraaftschlag: well Diesel Brennstoff um Enn vum Kompressiounsschlag injizéiert gëtt, fänkt et un ze brennen, während den Drock konstant bleift. Den Drock am (bal) horizontalen Deel bleift konstant, während de Volume eropgeet.
Am Kraaftschlag gesi mir d'isobaresch Hëtztofléisung vum theoreteschen Zyklusprozess.
Wéi mam Benzinmotor gesi mir datt den Auspuffventil opmaacht ier de Kolben den TDC erreecht. Ventil Iwwerlappung geschitt och well den Inletventil méi fréi opmaacht wéi den Auspuffventil zou.
Drockvariatioun während variéierend Operatiounsbedingungen:
Zousätzlech zu de Motoreigenschaften, déi den Indikatordiagramm bestëmmen, beaflossen och d'Betribsbedéngungen (liesen: Motorbelaaschtung) dëst. Héich Drock iwwer de Piston ass net ëmmer präsent oder néideg.
Déi dräi Indikatordiagrammer hei ënnen weisen d'Drockvariatioun par rapport zu de Kurbelwellegraden. D'Diagrammer goufen ënner de folgende Bedéngungen opgeholl:
- Deellast: 3/4 Belaaschtung bei n = 4200 U/min;
- Volllast: bei n = 2500 U/min;
- Motorbremsen: bei n = 6000 U/min mam Drosselventil zou.
Mir gesinn Ënnerscheeder am maximalen Gasdrock am Zylinder tëscht Deellast a Volllast. Beim "Motorbremsen" ass den Drosselventil zougemaach an et gëtt en héije Vakuum am Intaketrakt an am Zylinder. Wéinst dësem negativen Drock ass de Kompressiounsdrock net méi héich wéi 3 bis 4 bar.
Flow Verloscht:
Wärend dem Intake Schlag entsteet e Vakuum am Zylinder. D'Loft suckelen kascht Energie. Mir gesinn dat och am Indikatordiagramm. Tëscht de Punkten a a b fällt déi rout Linn ënner p0 (den atmosphäreschen Aussenluftdrock). Et gëtt e Vakuum ënner dëser gestippelter Linn (Beräich -W). Mir nennen dës Fluxverloschter oder Spullverloschter.
Déi negativ Aarbecht (-W) kascht Energie an ass dofir onerwënscht. Spülen brauch Aarbecht. Den Outlet Drock ass méi héich wéi den Inlet Drock. D'Spullschleife ass géint d'Auer op Self-Priming Motoren.
Hiersteller benotze Techniken fir Flowverloschter ze limitéieren:
- Variabel Ventil Timing;
- séier a grouss Ventilöffnung;
- optimal Gréisst vun Inlet Channels;
- glate Verlaf vun de Kanäl am Intakstrakt (verhënnert scharfen Iwwergäng);
- Iwwerladung (duerch Turbo an/oder mechanesche Kompressor.
Motore mat Supercharging ausgestatt hunn manner oder keen negativen Trend am Indikatordiagramm. D'Spuleschleife leeft no Auer a produzéiert elo Aarbecht. De Boostdrock hëlleft de Kolben erof ze drécken (vum TDC op ODP) wärend dem Intake Schlag. Déi néideg Kompresseraarbecht gëtt aus dem Ofgas erausgezunn, well d'Kompressorrad vum Turbo vum Turbinrad ugedriwwe gëtt. Dëst bedeit datt supercharged Motore vill méi effizient sinn ënner de selwechte Bedéngungen am Verglach mat selbstverständlechen Motoren.
Afloss vun ignition timing op Luucht Diagramm:
Fir de niddregsten Dreifstoffverbrauch an héich Effizienz z'erreechen, ass et wichteg déi folgend ze erreechen:
- eng kuerz Verbrennungszäit, also eng héich Verbrennungsgeschwindegkeet. Dëst huet mat der Mëschung Zesummesetzung ze dinn;
- korrekt Phase vun Verbrennung a Relatioun zu Piston Bewegung. Dëst bezitt sech direkt op d'Zündungszäit. De Verbrennungszentrum soll ongeféier 5 bis 10 Crankshaft Grad no TDC sinn. Den Schwéierpunkt ass d'Hëtztverëffentlechung déi während der Verbrennung geschitt.
Béid ze fréi an ze spéit Zündungszäit féiert zu enger verstäerkter Hëtztverëffentlechung duerch d'Zylindermauer an dofir eng Reduktioun vun der Qualitéit.
- Ze fréi Zündung: den Drock klëmmt ze fréi, well d'Verbrennung fréi beim Kompressiounsschlag ufänkt. De Piston gëtt staark virum TDC duerch de Verbrennungsdrock gebremst. Ze fréi Zündung féiert zu héijen Topdrock, wat zu enger Reduktioun vun der mechanescher Effizienz an dem Risiko vu Motordefekter resultéiert.
- Ze niddreg Zündung: Verbrennung gëtt ze spéit agefouert. De Kolben beweegt sech schonn a Richtung ODP, wouduerch den Drock am Ausdehnungsraum net genuch héich gëtt. Déi nach brennend Gase sinn och laanscht d'Ofgasventile gefloss. Als Resultat klëmmt d'Temperatur ze héich. Eng schlank Mëschung gëtt datselwecht Resultat: de Gas verbrennt ze lues. Wann d'Mëschung ze schlank ass, verbrennt de Gas nach ëmmer am Ufank vum Intake Schlag. Aus dësem Grond kann Réckschlag bei Vergasermotoren optrieden.
Modern Motor Gestioun System bestëmmt déi richteg ignition timing vu senge Parameteren: ënner all Ëmstänn, ignition timing muss esou no wéi méiglech un der klappen Limite ginn.
Drock Entwécklung am p-α Diagramm:
Den Indikatordiagramm kann an de tangential Kraaftdiagramm ëmgewandelt ginn. Dëst weist d'tangential Kraaft als Funktioun vum Kurbelwénkel (Alpha). Mir transforméieren den Indikatordiagramm an en Diagramm an deem den Drock (p) als Funktioun vum Wénkel (α) duergestallt gëtt: de p-α Diagramm.
Am folgende Bild gesi mir den Drockprofil am Zylinder wärend der Volllast.
Déi blo Punkte weisen, wéi an der Rubrik "Indikatordiagramm", zu wéi enger Zäit d'Ventile opmaachen an zoumaachen:
- Ouverture (Io) a Schließung (Is) Inletventile
- Auspuffventile ginn op (Uo) an zou (Us).
Zousätzlech kënne mir aus de Kurbelwellegraden gesinn op wéi eng Schlag de Motor schafft:
- 0 Grad: TDC (Enn vum Auspuffschlag, Ufank vum Oflaafschlag)
- 180 Grad: ODP (Enn vum Intake Schlag, Ufank vum Kompressiounsschlag)
- 360 Grad: TDC (Enn vum Kompressiounsschlag, Ufank vum Kraaftschlag)
- 540 Grad: ODP (Enn vum Kraaftschlag, Ufank vum Auspuffschlag)
Peak Gas Drock:
De Peak Gasdrock ass am héchste wärend dem Kraaftschlag. Den Drockniveau hänkt vun der Motorbelaaschtung of: wann de Motor vill Kraaft liwwert, gëtt de Verbrennungsdrock méi héich wéi bei Deellaascht.
Déi véier Biller hei ënnen weisen dat: D'Drosselöffnung TP (Throttle Position) gëtt eng Indikatioun op d'Mooss wéi de Motor a Relatioun zu der Crankshaft Rotatioun CA (Crank Angle) gelueden ass. Bei engem duerchschnëttleche Bensinmotor entsteet en Drock vun am Duerchschnëtt 4000 kPa beim Verbrennung bei Deellaascht an an dësem Fall ëm 5000 kPa bei Volllast. An Motore mat Layer Sprëtz, camshaft Upassung a verännerlechen Ventillift, kann den Drock iwwer 6000 kPa klammen.
Duerchschnëtt Gasdrock:
Während dem Aarbechtsprozess variéiert den Drock am Zylinder enorm. Wärend dem Oflaafschlag gëtt et e Vakuum (wann en Auspuffgasturbo e verstäerkten Loftdrock gëtt), an no der Kompressiounsschlag gëtt et en Drockpeak. Wat de Spëtzgasdrock méi héich ass, wat méi staark d'Verbrennung ass.
Fir den Duerchschnëttsdrock vum Verbrennungsprozess ze bestëmmen, kënne mir d'Indikatordiagramm a kleng Rechtecker mat gläiche Breet opdeelen. Déi folgend Bild weist blo a gréng Rechtecker. Duerch d'Berechnung vum Gebitt vun de bloe Rechtecker kënne mir de positiven Drock berechnen. Mir subtrahéieren dann d'Gebitt vun de grénge Dräiecke vun dësem. Mir bleiwen dann mat der Moyenne Piston Drock.
Mat dem duerchschnëttleche Kolbendrock kënne mir ënner anerem déi uginn an effektiv Kraaft vum Motor bestëmmen. Besicht d'Säit: Verméigen, Verloschter a Rendement fir méi iwwer dëst ze liesen.
Am Bild gesi mer, datt déi rout Linn ausserhalb vun de bloe Rechtecker fält: wa mir d'Breet vun all Rechteck méi kleng géife maachen a mir dofir méi Rechtecker niewendenee kéinte setzen, kréie mir ëmmer manner Ofwäichungen. Mir kënnen dës ad infinitum applizéieren. Natierlech maache mer dat a Wierklechkeet net. Andeems Dir mathematesch Funktiounen applizéiert kënne mir d'Uewerfläch mathematesch bestëmmen. Mir maachen dat mat integréieren.
