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1. 24 Abbildung 4 10 Unterkonstruktion und Motorbox im Zusammenbau als 3D Modell 24 Abbildung 4 11 Pr fstand und Motorbox im Zusammenbau als 3D Modell 25 Abbildung 5 1 Ausgangszustand der Motor Box 27 Abbildung 5 2 Verbrennungsmotorpr fstand vorl ufige Abb 27 Abbildung 5 3 3D Modell der Motor Box ssssssssssenneeessessnrnrrnresserrrrnnnnnrnnserrrnrennn 28 Abbildung 5 4 Durchbiegen eines beidseitig fest eingespannten Balkens mit mittiger Belastung F ass san nn 30 Abbildung 5 5 U Profil als 29 Modell AANEREN 31 Abbildungsverzeichnis Abbildung 5 6 Schraubverbindung der U Profile mit der Plattform 32 AbbildUNg 5 7 tt EE 33 Abbildung 5 8 Verzahnung Kreuzgelenk und Flansch der Kardanwelle 33 Abbildung 5 9 Eingebaute Kadanwelle AEN 34 Abbildung 5 10 Plattenw rmetauscher mit Unterkonstruktion 0000000000aaaaaaeeaaaaa 35 Abbildung 5 11 Abma e des Plattenw meiauschers en 35 Abbildung 5 12 Robrb ndelw mmmetauscher 37 Abbildung 5 13 Verbrennungsmotorpr fstand mit K hlkreisl ufen 38 Abbildung 5 14 Kugelhahnventil un 39 Abbildung 5 15 LORO X Stahlabflussrohr und Dichtelement 40 Abbildung 5 16 K hlkreislauf der Wirbelstrombremse nen 41 Abbildung 5 17 Datenschild Wrbelstrombremse nennen 42 Abbildung 5 18 Zulauf und Ablauf Wirbelstrombremse nn 43 Abbildung 5 19 Abzw
2. 1 S 766 Durchflu Sensyflow Abbildung 6 14 Luftmassenmesser im Opel Ecotec Pr fstand 66 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Messprinzip Nahezu alle neuen Motoren verwenden heutzutage das Verfahren der Hei film Anemometrie elektrischer Widerstand des Sensorelements ist von der Temperatur abh ngig Ein erhitzter K rper gibt Energie an die umliegende Luft ab Die abgegebene W r memenge ist vom Luftmassenstrom abh ngig und kann als Messgr e verwendet werden 1 S 766 Str mungs Elektronik gleichrichter Hei film sensor Temper tursensor Abbildung 6 15 Messprinzip Luftmassenmesser 15 Luftmassenmessstelle Der Luftmassenmesser wird direkt hinter dem Ansaugrohr des Pr fmotors ange bracht Demnach befindet sich dort auch die Messstelle Luftmassenmessanzeige Zum Umfang des Luftmassenmessers geh rt eine Messanzeige mit entsprechender Auswerteelektronik Sie zeigt den Luftmassenstrom in kg h an 67 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 2 6 Lambdasonde Die Lambdasonde ist ein Instrument zur Abgasregelung f r Benzin Diesel und Gas Es handelt sich hierbei um einen Sauerstoffkonzentrations Sensor der den Restsau erstoffgehalt des Abgases misst und ber diesen Wert das Kraftstoff Zumesssystem regel Anhand der Lambdasondenspannung erkennt das Steuerger t die Gemischzusammensetzung mager oder fett Bei zu fettem Gemisch muss die Kraftstoffmenge im Mi
3. Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 1 Funktionsdiagramm JunjnzyojsyeJy BnzgeseBusney J SSEM sswaug JOON JOJON 99 093 9dO JynynzyniyosuZ Bunusi z pu Jassaw MOPUDISDUIAZ u ssewyn XON OH ZO ZOD SC TAY ab 09 ID SS BEMJOISYEIY EENEG XOQJOJOYN xoqJojoyy BunlongIs us lazue WONSUSLUNION u i zue njessdwsL S Jop Jeie uana s l1 S u s yuesyosyeyos DUNJENSISJ0J0 N Bunssensusjepssayy 52 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Beschreibung Das Funktionsdiagramm dient als erste Hilfestellung bei dem Aufbau des Pr fstan des hinsichtlich aller Mess Steuer und Regeleinrichtungen Die Steuerung der Motorbox ist zust ndig f r das Ein und Ausschalten der Frisch luftventilatoren des Rauchgasabzuges der ffnung der Ventile f r die Kraftstoffzu fuhr sowie die Versorgung der Kabine mit K hlwasser F r die Kraftzufuhr kann wahlweise Diesel oder Benzin ausgew hlt werden Der Opel Ecotec Pr fmotor ben tigt Benzin Der Schaltschrank fasst das Steuer und Simulationssystem der Firma Schenk und die Volumenstrom und Temperaturanzeigen zusammen Das Steuer und Simulati onssystem kann optional ber einen RS232 Port erweitert werden falls eine externe Motorsteuerung ber einen Computer gew nscht ist F r die Messdatenerfassung ist ein Dell Inspiron 8000 Laptop der mit einem Intel Pentium Ill Pr
4. im Abgas zusammen Xco A 2max XCO Das Aufwendige an dieser Berechnung ist die zus tzliche Berechnung des maxima len Kohlenstoffdioxidgehalts 8 1 2 Lambdabestimmung aus m tats Mg Und Lst Der Lambdawert ist das Verh ltnis zwischen der tats chlichen im Zylinder vorhande nen Luftmasse r tats und der st chiometrischen Luftmasse m st Das Produkt aus dem st chiometrischen Luftbedarf Ls und der Kraftstoffmasse Mg bei st chiometrischen Verh ltnissen ergibt die st chiometrische Luftmasse vllt er 90 Aufnahme der Messwert und Auswertung je IL Gr Ge MLtats mar Lst Mg Der st chiometrische Luftbedarf Lst l sst sich aus den Massenanteilen der im Kraftstoff enthaltenden chemischen Elemente ermitteln F r die vollst ndige Ver brennung von einem Kilogramm Superbenzin 95 ROZ wird 14 6 kg Luft ben tigt 8 1 3 Beispiel Berechnung des Lambdawertes Berechnung des Lambdawertes aus My tats Mg und Lst An dem Verbrennungsmotorpr fstand werden die Luftmasse und die Kraftstoffmasse in Kilogramm pro Stunde im Leerlaufbetrieb gemessen Mit diesen Werten l sst sich das Luft Kraftstoff Verh ltnis berechnen Die Drehzahl wird nahezu konstant auf 2500 Umdrehungen pro Minute gehalten F r die ersten Messdaten wird eine Bei spielsrechnung durchgef hrt mit Le 14 6 SS ML tats 16 1 IS ee SS HESE Lst Mg 14 6 1 182 Tabelle 8 1 Messwerte zur Lamb
5. Motor RWT Rohrw rmetauscher LMM S Luftmassenmesser WSB Wirbelstrombremse KSW Kraftstoffwaage ISS Interner Schaltschrank Ext SV Externe Stromversorgung PC Computer Laptop Stromleitungen S Steuerleitungen 84 Inbetriebnahme 7 Inbetriebnahme Vor der Inbetriebnahme 1 Laptop f r die Kraftstoffverorauchsanzeige hochfahren und KSW exe ber die Desktopverkn pfung starten Kraftstoffwaage ber Netzschalter einschalten Am Laptop den OK Button der Hauptoberfl che des Programms KSW exe dr cken um die Verbindung zur Kraftstoffwaage herzustellen Gegebenenfalls weitere Messeinrichtungen installieren z B Luftmassenmes ser lstand des Motors mithilfe eines lmessstabs pr fen und gegebenenfalls auff llen 6 K hlwasserstand im K hlwassertank berpr fen und gegebenenfalls auff llen 7 ffnen des Hauptk hlwasserventils f r die Versorgung der Wirbelstrombrem 8 se und der Plattenw rmetauscher mit K hlwasser das Ventil befindet sich un ter dem Gitterrost und sollte bereits ge ffnet sein Sichtbar an der ausgefah renen Gewindestange im roten Hohlzylinder ffnen des Kugelhahnventils f r die K hlwasserversorgung der Wirbelstrom bremse 85 Inbetriebnahme 9 Hubantriebe f r Hubventile mittels Handbetrieb einstellen sofern keine elekt ronische Regelung installiert ist Durch Aufstecken eines Innen Sechskantschl ssels 5 mm und D
6. ftigen Beistand die Anregungen und Unterst tzung von Herrn Dipl Ing Siegfried Prust w re die Arbeit schwer durchf hrbar F r diese Begleitung m ch ten wir uns besonders bei ihm bedanken Bei der Zusammenstellung standen uns die Herren Dipl Ing Jurijs Tjunikovs und Dipl Ing Jens Brodersen immer hilfreich zur Verf gung Daf r gilt Ihnen ein herzli cher Dank F r die Bereitstellung von Materialien und die Verrichtung von Fertigungsarbeiten geht auch ein Dank an den Leiter und die Mitarbeiter der zentralen Laborwerkstatt der HAW Hamburg XII Einleitung 1 Einleitung Ziel dieser Diplomarbeit ist die Dokumentation der Konstruktion des Aufbaus sowie die Inbetriebnahme eines Pr fstandes Bei dem Pr fobjekt handelt es sich um einen Otto Verbrennungsmotor und zwar um den Opel Ecotec 3 Zylinder Motor mit einem Liter Hubraum Mithilfe dieses Pr fstandes soll die Motorfunktion unter verschiede nen Betriebsbedingungen untersucht werden Vor ber 100 Jahren hat Nicolaus August Otto den Ottomotor patentieren lassen Seit diesem Zeitpunkt kam es zu zahlreichen Entwicklungen und Verbesserungen dieses Verbrennungsmotors Auch heute geh ren der Fortschritt sowie die Optimie rung dieser Motoren zu Aufgaben im Ingenieurswesen die mitunter aufgrund von Pr fst nden entstehen Der Pr fstand befindet sich in der Maschinenhalle der HAW Hamburg und dient in erster Linie zu Lehrzwecken f r die Studenten Diese Ausarbeitun
7. Betriebstem GmbH peratur 30 bis 130C 94 Anhang Anhang 2 0 5 0 5 LG Allgemeintoleranzen Kanten ISO 13715 150 2768 m Oberfl che EN ISO 1302 wart tlg Technisenn Referenz tratellt durea Genehzigt won Dakunentenart Dokusuentenstatus Hochschule f r Angewandte Titel Zus tzlicher Titel Wissenschaften Hamburg N Hamburg iieri of Applied Selena Unterkonstruktion Distanzst ck d Ausgabecaktur Spr alatt a 2011 11 01 de 95 Anhang Anhang 3 0 5 0 5 so KL Allgemeintoleranzen Kanten I 0 13715 150 2768 n Oberfl che EN ISO 1302 ti S i Gr zxchp A f tratellt duren Genehzigt won a stab Dakumentenart Porusentenstatus Einzelteilzeichnung De Hochschule f r Angewandte Titel Zus tzlicher Titel N M 01 s U E DEE EE Unterkonstruktion Motor i rs rg S JEE A 2011i 11 01i de t 1 Wissenschaften Hamburg 96 Anhang Anhang 4 bi Bt Sg Zo Allgemeintoleranzen Kanten ISO 13715 erantwnr ti tig Technasene Referenz Hochschule f r Angewandte Wissenschaften Hamburg BE Hamburg University of Auplied Sciences 150 2768 m Oberfl che EN ISO 1302 Eratellt duren Genehzigt won e stab Dakumantonart Domuuontenstatus RWT Unterkonstruktion Rohrw rmetauscher a MORE De EEE sory Eer a de 97 Anhang Anhang 5 0 5 ft cf E Kanten ISO 13715 Allgemeintoleranzen 150 2768 m Oberfl che EN ISO 1302 ni S i
8. F che N f Eratellt duren KIT Labor Genehzigt won aBstab Dakumentenart Pokuuantenstatus Einzelteilzeichnung Hochschule f r Angewandte Titel Zus tzlicher Titel Wissenschaften Hamburg Be Hamburg Unhensity of Applied Beieneen Unterkonstruktion a und Bremse itor UN MB 03 d Ausgabecztus Spr alatt a 2011 11 01 ae 98 Anhang Anhang 6 0 5 0 5 so KL Allgemeintoleranzen Kanten 180 13715 150 2768 n Oberfl che EN ISO 1302 ti S i ae A f tratellt duren Genehzigt won a stab Dakumentenart Poruwsentenstatus Einzelteilzeichnung De Hochschule f r Angewandte Titel Zus tzlicher Titel N B 04 Z U E DEE EE Unterkonstruktion Bremse mg Iosgebeezr ni A 12011 11 01 de t 1 Wissenschaften Hamburg
9. Hochschule f r Angewandte Dees Wissenschaften Hamburg Hamburg University of Applied Sciences Auslegeexemplar der Diplomarbeit von Verfasser 1 Verfasser 2 Sikora Christian Tuac Servet Studiengang vorgelegt am Maschinenbau PStO 2001 22 02 2012 Erstpr fer Zweitpr fer Prof Dr Ing Victor Gheorghiu Dipl Ing Siegfried Prust Thema Aufbau und Inbetriebnahme eines Verbrennungsmotorpr fstandes in eine kompatible Motor Box Inhaltsverzeichnis Inhaltsverzeichnis Pr fungsexemplar der Diplomarbeit von uussussunnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn lei te V Tabellenverzeichnis suussuusuunsnunaeunuunnn nn anunnn nn naaraana saaana nanun ann aunnannn VI Formelzeichen und Indizes uusuuuuuu000000000nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn IX Quellenverzeichnis aan xl Danksagung EEE XII 1 Einleitung sun 1 2 Aufgabenstellung uu0s00000u000000u00 00000 un snin nn nEH nn nun un nenn ann nn an nenne 2 3 EI Ee E EE 4 3 1 Verbrennungsmotor Pr fobjekt uns 4 3 2 K hlung eines kratttahrzeuge nn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn nn 10 3 3 Abgassystem eines Kraftfahrzeugs nennen 12 3 4 Wirbelstrombremse u u een 15 4 IR E TE e DEE 17 4 1 Motor Box im Ausgangszustand sssssseeeeeeeesseeeetrnrnteeserrrnnnnrnnneeerrenne 18 4 2 Pr tfetandekomponenten nnne 19 4 2 6 SPr fmoler Ehel eege 19 4 2 2 Wirbelstrombremse W70 mit Gestell u 22
10. dem Rohrb ndelw rmetauscher ist die Leitung f r den K hlwas serkreislauf nur bis zur Unterkonstruktion des Plattenw rmetauschers verlegt sodass der K hlwasserkreislauf vollendet und der lkreislauf zu erstellen ist Die Enden der K hlschl uche sind mit Schlauchnippel und Schellen mit den Komponenten verbun den Die Fertigung der Schlauchnippel findet an der Drehmaschine statt siehe Ab bildung 5 27 TT Vie N IE bhbid dp emmer Pn Een Abbildung 5 21 Schlauchnippel In Abbildung 5 22 ist beispielhaft am Rohrb ndelw rmetauscher der Einsatz der Schlauchnippel dargestellt Abbildung 5 22 Schlauchnippel am Rohrb ndelw rmetauscher 45 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Plattenw rmetauscher Plattenw rmetauscher SS Wassertank E D Y i K hlwasser Ablauf K hlwasser A pumpe K hlwasser Zulauf K hlfl ssigkeit Zulauf K hlfl ssigkeit Ablauf sonne K hlturmwasser Zulauf EEE IE K hlturmwasser Ablauf Abbildung 5 23 K hlkreisl ufe des Plattenw rmetauschers Im Zulauf des K hlfl ssigkeitskreislaufs befindet sich eine Umw lzpumpe die zwei Aufgaben hat Einerseits soll sie die geringe Pumpleistung der internen Pumpe des Verbrennungsmotors bei geringen Drehzahlen kompensieren Anderseits soll sie die K hlung des Verbrennungsmotors bei einem Notaus weiterhin bestehen lassen um eventuelle Sch den zu vermeiden Es handelt sich hierbei
11. in der Tabelle 3 1 dar gestellt und in der Diplomarbeit von dem Herrn Timm Br cker zu finden Grundlagen Tabelle 3 1 Technische Daten des Verbrennungsmotor Technische Daten des Verbrennungsmotors Hersteller Adam Opel AG Baureihe Ecotec Compact Motortyp X10XE 1 0 I DOHC MPFI Zylinderzahl 3 Ventile Zylinder 4 Hubraum 973 cm Hub 78 6 mm Bohrung 72 5 mm Hub Bohrung 1 08 Verdichtungsverh ltnis 10 1 1 Zylinderabstand 78 mm Zwickelbreite Stegbreite 5 5 mm Pleuell nge 134 3 mm Motorl nge 359 mm Motorgewicht 84 kg Hauptlagerdurchmesser 50 mm Pleuellagerdurchmesser unten 43 mm Kolbenbolzendurchmesser 18 mm Kolbengewicht 0 262 kg Winkel zwischen den Ventilen 52 Z ndfolge 1 2 3 KW Ventilsteuerzeiten A 59KW v UT E 29KW v OT As 18KW n OT Es 44KW n UT Grundlagen Die klassischen Merkmale eines Ottomotors sind e Fremdz ndung Durch den Funken einer Z ndkerze wird das Gemisch zu ei nem definierten Zeitpunkt gez ndet Der Dieselmotor z ndet im Gegensatz selbst e Gemischbildung Vermischung von Kraftstoff und Luft schon vor der Verdich tung zu einem homogenen Gemisch und nicht erst w hrend der Verbrennung wie beim Dieselmotor e Motorleistungsregelung Die Leistung wird mit der zugef hrten Luftmenge durch die Drosselklappe oder mit gesteuerten Einlassventilen geregelt Beim Dieselm
12. mit der Bremswelle der Wirbelstrombremse mittels Flanschverbindung verschraubt 34 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand F r die K hlung des Motors stehen zwei K hlsysteme zur Verf gung Das K hlwasser K hlfl ssigkeits K hlsystem bei dem es sich um das indirekte K hlsystem handelt wird die W rmeabfuhr mit einem Plattenw rmetauscher verwirklicht Der Plattenw rmetauscher ist auf der Plattform in der Motor Box schon vorinstalliert In Abbildung 5 10 ist der vorinstallierte Plattenw rmetauscher mit Unterkonstruktion abgebildet Abbildung 5 10 Plattenw rmetauscher mit Unterkonstruktion Daher f llt bei diesem System die L sungsfindung f r die Montage auf der Plattform weg In der Tabelle 5 1 sind die technischen Daten des Plattenw rmetauschers aufgez hlt Abbildung 5 11 Abma e des Plattenw rmetauschers 35 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Tabelle 5 1 Technische Daten des Plattenw rmetauschers aus 8 BHE Daten amp Diemension CB76 max min Betriebstemperatur 225 160 max Arbeitsdruck S3 S4 S1 S2 bar 30 30 max Durchflussrate m h 39 H he a mm 617 Breite b mm 192 Vertikale Verbindungsdistanz c mm 519 Horizontale Verbindungsdistanz d mm 92 H he A mm n 2 85 10 Leergewicht kg n 0 44 7 Standart Verbindung inch 2 Platenmaterial AISI 316 Verbindungsmaterial AISI 316 L tmater
13. werden in der alle be n tigten Bauteile aufgez hlt sind die f r die Anpassung ben tigt werden Installation einer Rohrleitung f r den Wasserzulauf der Wirbelstrom bremse mit einem mechanischen Ventil und Halterungen Installation einer Rohrleitung Marke LORO X f r den Wasserablauf der Wirbelstrombremse mit Halterung Installation einer Kraftstoffleitung f r die Kraftstoffzufuhr mit Halterun gen Installation der Abgasanlage bis zur Absaughaube mit Halterungen L sungsfindung f r die Luftzufuhr am Motor Verlegung der elektrischen Leitungen die an den Schaltschrank anzu schlie en sind Freischneiden der Gitterroste f r die Freimachung der Rohrleitungen Aufgabenstellung berblick ber die elektrischen Anschl sse am Pr fstand gewinnen und mit dem Schaltschrank verbinden Kalibrierung der Messeinrichtung und Konfiguration Inbetriebnahme des Pr fstandes Erstellung einer Versuchsdurchf hrung Aufnahme der Messdaten und Auswertung Grundlagen 3 Grundlagen Das folgende Kapitel enth lt allgemeine Information ber Kraftfahrzeuge Des Weite ren wird die Wirbelstrombremse vorgestellt Um ein Grundverst ndnis zu vermitteln 3 1 Verbrennungsmotor Pr fobjekt Bei dem im Pr fstand verwendeten Verbrennungsmotor handelt es sich um eine Hubkolbenmaschine Kolbenmaschinen werden in Arbeitsmaschinen und Kraftma schinen unterschieden Die Arbeitsmaschine bertr gt Energie vom Kolben
14. 424444444nnnnnnnnn nennen 20 4 2 3 Plattenw rmetauscher usa 20 4 2 4 Robrb ndehw rmetauscher AEN 21 e 22er ibenlird 22 4 2 6 KraltstollWaag8 ns 22 4 3 Unterkonstruktion EE 23 Ge E U 5 e TE 23 4 3 2 Befestigungselemente ene 24 4 3 3 Unterkonstruktion und Motorbox im Zusammenbau 24 Inhaltsverzeichnis 4 4 5 5 1 5 2 5 3 6 6 1 6 2 6 2 1 6 2 2 6 2 3 6 2 4 6 2 5 6 2 6 6 2 7 6 3 6 3 1 6 3 2 6 3 3 6 4 6 5 8 1 8 1 1 8 1 2 8 1 3 Pr fstand und Motorbox im Zusammenbau nennen 25 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand see 26 Montage der Pr fstandkomponenten auf der Plattform 28 Verlegung der starren und flexiblen Rohrleitungen 38 Installation der Abgasanlage AEN 50 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 222222nnnnnnnnn 51 Funktionsdiagramm EE 52 la len Te EE 54 Temperaturmess ngen usa 54 Volumiensirommessund 2 2 2 mn iii 57 Drehmomentmessung nn nnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnnn 59 Kraftstoffverorauchsmessung sssssssssetrrrtesserrrrrrnrnnreserrnnnnnnnneeernnne 61 Luttmassenmeseung EEN 66 eelere ele EE 68 Messst llanin der bersichk aussen et 70 Steuer und Regeleinrichtung AEN 72 EE 72 Fahrhebelstelleinrichtung LSR 1000 LSR 2p0 76 Hubantriebe f r Hubventile AEN 79 Ee 82 Verkabelungsplan EE 83 Inbetriebnahme nn 85 Aufnahme der Messwert und Auswertung uuuussssssnnnnnnnnnnnnnnnnnn
15. Abbildung 4 7 Kraftstoffwaage als 3D Modell Die Kraftsoffwaage ist hinsichtlich der Positionierung frei verstellbar soweit es die Leitungen der Kraftstoffzufuhr und die der elektrischen Leitungen zul sst Sie befin 22 3D Modelierung det sich in der Motorbox auf einem Gestell das mit Rollen versehen ist Die An schlussbelegung der Kraftstoffwaage findet sich in Kapitel 6 2 4 4 3 Unterkonstruktion Die Unterkonstruktion besteht aus vier bearbeiteten U Profilen Sie sind mit Freima chungsbohrungen f r M16 Verschraubungen und Distanzh lsen versehen und besit zen Langlochfreimachungen zur Feinjustierung von Motor und Bremse Sie bilden die tragenden Elemente des Pr fstands Daher ist hier zumindest berschl gig eine Berechnung sinnvoll Diese findet sich in Kapitel 5 4 3 1 U Profile In der folgenden Abbildung ist ein bearbeitetes U Profil f r die Unterkonstruktion dar gestellt Insgesamt gibt es drei Verschiedene Abbildung 4 8 U Profil als 3D Modell 23 3D Modelierung 4 3 2 Befestigungselemente Abbildung 4 9 M16 Schraube mit Distanzh lse als 3D Modell Die Unterkonstruktion ben tigt f r die Befestigung der bearbeiteten U Profile 10 x M16 Schrauben Zur Verf gung stehen zwar M16 Schrauben aus dem Inventar der Hochschule f r angewandte Wissenschaften jedoch mit L ngen die ungeeignet f r unseren Anwendungsfall sind Daher bietet sich der Bau von Distanzh lsen zur berbr ckung de
16. Abbildung 5 18 Zulauf und Ablauf Wirbelstrombremse Die K hlwasserzufuhr und abfuhr teilt sich in zwei Bereiche In den Bereich unter dem Gitterrost der aus starren Leitungen bestehen sollte Die Abfuhr des K hlwassers wird auch starr gehalten und zwar mit den schon oben erw hnten LORO Rohrstecksystem Die Zufuhr sollte zun chst aus einem Stahlrohr bestehen wurde aber nach reichlicher berlegung widerrufen und es wird ein flexibler K hlschlauch verwendet Aufgrund dieser L sung sind aufwendige Schwei arbeiten entfallen 43 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Um den Zulauf zu erm glichen wird eine Abzweigung in die Wasserzulaufleitung geschwei t siehe Abbildung 5 19 Abbildung 5 19 Abzweigung Wasserzulauf Auf der H he des Gitterrostes befindet sich eine Schnittstelle mit einem Kugelhahnventil die an der Pr fstandplattform befestigt ist Um diese Schnittstelle zu erm glichen wird der Gitterrost freigeschnitten siehe Abbildung 5 20 Die Wirbelstrombremse ist durch flexible K hlschl uche mit der Schnittstelle verbunden Abbildung 5 20 Schnittstelle 44 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand K hlkreisl ufe der W rmetauscher Die K hlwasserzufuhr und abfuhr f r die W rmetauscher unter dem Gitterrost sind von der Firma MBW Industrietechnik Service GmbH erstellt Der K hlwasserkreislauf f r den Plattenw rmetauscher besteht sodass nur Arbeiten am K hlfl ssigkeitskreis lauf anfallen Bei
17. In Abbildung 3 1 sind die Prozess schritte dargestellt Diese Vorg nge werden je nach Bau und Funktionsweise des Motors unterschiedlich gesteuert F r die Funktion ist es wichtig dass die Ausdeh nung durch die Verbrennung eines Luft Kraftstoff Gemisches bei h herem Druck geschieht als das Verdichten Bei aufgeladenen Ottomotoren wird durch den h heren Ladedruck eine h here Kompressionsendtemperatur erreicht Damit steigt die Gefahr des Selbstz ndens oder des Klopfens Deshalb kann es notwendig werden das Ver dichtungsverh ltnis abzusenken Das Verdichtungsverh ltnis ist als Quotient aus maximalen und minimalen Zylindervolumen definiert Befindet sich der Kolben im unteren Totpunkt UT liegt das maximale Zylindervolumen vor Bei Kolbenstellung im oberen Totpunkt OT ist das Volumen minimal und wird als Kompressions oder Totvolumen bezeichnet aus 1 Abbildung 3 2 stellt das Hub und Kompressionsvo lumen schematisch dar OT UT Abbildung 3 2 Hub und Kompressionsvolumen 1 S 16 Grundlagen F r das Verdichtungsverh ltnis eines 4 Takt Motors ergibt sich somit _ Vmin Vmax Nach oben hin wird das Verdichtungsverh ltnis beim Ottomotor durch Klopfen und Gl hz ndung begrenzt In jedem Fall muss der Z ndbeginn beim Ottomotor in Rich tung sp t verschoben werden um unzul ssig hohe Z nddr cke beziehungsweise klopfende Verbrennung zu vermeiden aus 1 Beim Verbrennungsmotor wird zwischen i
18. K hlwasserkreislauf des Rohrb ndelw rmetauschers nur bis zur Unterkonstruktion des Plattenw rmetauschers vorhanden Die Schlie ung des Kreislaufes passiert durch K hlschl uche ber eine Innenzahnradpumpe wird der lkreislauf bewirkt Da der Verbrennungsmotor blicherweise kein von au en zug ngliches lsystem besitzt befindet sich eine lentnahme am Hautstrom So kann das gesamte l durch den Rohrb ndelw rmetauscher flie en und eine gleichm ige Temperatur erreicht werden Die Verbindung zwischen den Rohrb ndelw rmetauscher und die lentnahme am Motor besteht zum Teil aus einer starren Kupferleitung die Hartgel tet ist und lschl uchen mit Nippelverbindungen siehe Abbildung 5 26 48 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Abbildung 5 26 lentnahme lschl uche mit Nippelverbindungen und gel tete Kupferrohre Im Zulauf befindet sich wie beim sekund ren Kreislauf des Plattenw rmetauschers ebenfalls ein Volumenstrommesser F r die L tarbeiten wird das Hartl tverfahren verwendete genau genommen das Flammenl ten Entscheidend f r die Einteilung der L tverfahren ist die Liquidustemperatur des Lotes Hartl ten ist L ten mit L tmaterial deren Liquidustemperatur oberhalb 450 liegt Als L tmaterial wird Silberlot verwendet aus 7 Das Verlegen der Kraftstoffleitung wird in Kapitel 6 beschrieben Da die Kraftstoffwagge f r die Bestimmung des Verbrauchs mit eingebaut werden muss und je
19. N 985 mm L ndge des U Profils 1 3120 985 mm f SCH G ER 0 0828 mm 206 103 364 10 mm 30 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Die Durchbiegung mit f 0 0828 mm ist sehr gering und bietet eine ausreichende Sicherheit f r die Tragf higkeit der Profile Dementsprechend f llt die Wahl auf das U Profil U 120 nach DIN 1026 1 Die U Profile wird bei Wacker amp Anders Schlosserei und Metallbau e K bestellt die auch die Zuschneidung der Profile auf eine L nge von 985 mm durchf hren Es werden technische Zeichnungen erstellt siehe Anhang Nach diesen technischen Zeichnungen werden die Profile an der Fr smaschine vom fachkundigen Personal in der zentralen Laborwerkstadt der HAW Hamburg bearbeitet und gefertigt Die Abbildung 5 5 zeigt eins der drei bearbeiteten U Profile das f r die Montage des Motors und der Leistungsbremse angefertigt wird Hierbei handelt es sich um die Unterkonstruktion die sich beide Komponenten teilen m ssen Das U Profil ist unter der Schnittstelle zwischen Motor und Leistungsbremse positzioniert Abbildung 5 5 U Profil als 3d Modell F r die Anbringung der U Profile an die Doppel T Tr ger sind M16 Schrauben notwendig Es werden M16 Schrauben aus dem Inventar der HAW Hamburg verwendet Bei den zur Verf gung stehenden Schrauben handelt es sich um DIN 931 Sechskantschrauben mit Schaft M 16 x 100 Da der Schaft f r die Befestigung der U Profile sich als st ren
20. Str me sind direkt proportional der elektrischen Leitf higkeit des verwendeten Materials Eine Kupferscheibe wird daher st rker abgebremst als eine baugleiche Stahlscheibe e Richtung des Magnetfeldes Die gr te Bremswirkung wird erzielt wenn das Magnetfeld die bewegliche Scheibe senkrecht durchsetzt e Luftspalt Je gr er der Luftspalt desto kleiner ist die maximale Bremswir kung e Form der Scheibe Scheiben mit umf nglich kammf rmiger Struktur oder Ris sen weisen eine verringerte Bremswirkung auf da sich die ringf rmigen Wir belstr me nicht mehr gro r umig ausbilden k nnen e Fl che unter dem Erregerpol Je kleiner die Fl che unter dem Pol ist desto geringer ist die Bremswirkung e Geschwindigkeit Die Bremswirkung ist stark von der Relativgeschwindigkeit zwischen Feld und Scheibe abh ngig e Spulenstrom Je h her der durch den Magneten flie ende Strom ist desto st rker wird das Magnetfeld und damit die Bremskraft 16 3D Modelierung 4 3D Modelierung Sinn und Zweck der 3 D Modellierung ist eine genaue Planung und Veranschauli chung des Opel Ecotec Pr fstands in der Motorbox vor Beginn der Arbeiten Dazu z hlen beispielsweise die Planung der Rohrverlegungen der Kraftstoffzufuhr oder die Unterkonstruktion Die 3 D Modellierung bietet zudem Werkzeuge mit denen man eine Visualisierung des Pr fstandes vornehmen kann So zum Beispiel die K hlwasserkreisl ufe Ein weiterer Vorteil den die 3 D Modellie
21. Verbrauchsme einrichtung chadenersatzforderungen zur Folge haben Abbildung 6 11 Programmoberfl che AVL 733S F r ein kompatibles Programm sind in der alten win ini Datei des Windows 2000 NT Betriebssystem die sich in C WINNT finden l sst die Zeilen evirt4 cvirt4 C CVIRTAlcvirt4 exe 63 Mess Steuer und Regeleinrichtungen in die win ini Datei des neuen Betriebssystems bernommen Diese findet sich un ter D Windows Das Programm ist nun funktionsf hig und l sst sich ber die Verkn pfung zur KSW exe auf dem Desktop starten Bei ordnungsgem em Betrieb liefert die Kraftstoffwaage einen Massenstrom des Kraftstoffs mit einer Messgenauigkeit von 0 12 Bedienung der Software Die Hauptoberfl che des Programms bietet drei Buttons RS232 Ausstieg OK Durch Klicken auf den RS232 Button lassen sich Einstellungen zum COM Port des Computers vornehmen Hier wird der COM Port ausgew hlt die Baudrate eingestellt und das Timeout f r das Echo Signal Der Ausstieg Button beendet das Programm Durch klick auf den OK Button wird versucht mittels eines Echo Signals die Kraft stoffwaage anzusprechen Antwortet diese nicht innerhalb des eingestellten Timeout erscheint eine Hinweismeldung Wird die Kraftstoffwaage erkannt gelangt man zur Lademeldung mit voreingestellten Parametern zur Messanzahl der Messzeit und dem Messgewicht E Lade Meldung x Setzen der Me parameter mit nach
22. ambdasonde vor und nach dem Ka talysator installiert Die zweite Lambdasonde nach dem Katalysator ist die Diagnose sonde die erkennt ob die Regelsonde vor dem Katalysator optimal arbeitet Des Weiteren l sst der Einsatz von zwei Lambdasonden eine Aussage ber die Funktio nalit t des Katalysators zu aus 6 In Kapitel 6 wird auf die Lambdasonde genauer eingegangen Abbildung 3 7 Katalysator Eine moderne Abgasanlage besteht beim Pkw prinzipiell aus der vorderen Anlage und der hinteren Anlage Die vordere Anlage beinhaltet den Abgaskr mmer und das Reinigungssystem Katalysatoren w hrend die hintere Anlage aus dem Schall d mpfersystem besteht Des Weiteren sind Schwingungstilger und Entkoppel Elemente verbaut die gro e Ausschl ge des Abgassystems aufgrund von Schwin gungen verhindern sollen So werden der Fahrkomfort und die Lebensdauer der An lage erh ht Alle Komponenten des Abgassystems sind durch Rohre miteinander verbunden und die gesamte Abgasanlage ist am Fahrzeugboden durch elastische Aufh ngungselemente befestigt Die Anzahl der Schalld mpfer und Katalysatoren richtet sich nach Art und Leistung des Motors und den angestrebten Emissionswer ten aus 4 14 Grundlagen 3 4 Wirbelstrombremse Derzeit findet die Wirbelstrombremse international f r den Schienenverkehr viel Be achtung Die Vorteile liegen in ihrem verschlei freien und damit u erst wirtschaftli chen Betrieb Der Einsatz der Wirbelstromb
23. auf das Fluid und bei der Kraftmaschine wird die Energie eines Fluides oder Gases auf einen beweglichen Verdr nger bertragen Verbrennungsmotoren stellen eine W rme kraftmaschine dar bei der durch die Verbrennung eines z ndf higen Luft Kraftstoff Gemisches chemische Energie freigesetzt und in mechanische Energie umgesetzt wird Dabei treten im Zylinderinneren kurzzeitig Spitzentemperaturen ber 20005 auf Jedoch f hren Ladungswechsel Expansionsvorg nge etc zwischen den Z n dungen zu geringeren Mitteltemperaturen Trotzdem muss durch K hlung eine ther mische berlastung der betroffenen Bauteile verhindert werden und die Schmierf higkeit des lfilms zwischen Kolben und Zylinderfl che erhalten bleiben Auf diese Thematik wird n hr in Absatz 3 2 eingegangen Die Energie des Kraftstoffs wird bei wassergek hlten Verbrennungsmotoren jenach Brennverfahren grob gerechnet zu einem Drittel in Nutzarbeit umgesetzt ein weiteres Drittel wird ber die K hlung ab gef hrt und das letzte Drittel geht ber das Abgas verloren 1 S 785 Ansaugen Verdichten Arbeiten Aussto en Si Abbildung 3 1 Prozessschritte eines Kolbenmotors Grundlagen Die Gemeinsamkeit aller Kolbenmotoren sind die vier Prozessschritte Ansaugen Verdichten Arbeiten und Aussto en Hierbei treibt der Kolben in geradliniger Bewe gung in Richtung Kurbelwelle ber die Pleuelstange wird diese Bewegung in die rotierende Bewegung der Kurbelwelle umgesetzt
24. berschuss vor und man spricht von einem mageren oder armen Gemisch Bei Verbrennungsmotoren strebt man den Wert A 1 an um die Energieausbeute des Kraftstoffs optimal zu nutzen und die Emissionswerte nied rig zu halten In der Realit t wird der Lambdawert nach der Belastung des Motors variiert e Bei Teillast findet die Verbrennung mit Luft berschuss statt Das Gemisch ist mager A gt 1 und es ist ein Kraftstoff sparender Betrieb des Motors vorhan den e Bei Volllast Beschleunigung und H chstleistung findet die Verbrennung mit Luftmangel statt Das Gemisch ist fett A lt 1 Der Vorteil ist die gute Z ndf higkeit des Gemisches Beim Kaltstart ist das Gemisch ebenfalls fett um eine f r den Kaltstart gute Z ndf higkeit zu erm glichen Die Schadstoffe im Abgas werden bei einem mageren oder st chiometrischen Ge misch stark reduziert 89 Aufnahme der Messwert und Auswertung 8 1 1 Lambdabestimmung aus den Abgaswerten N herungsweise l sst sich der Lambdawert ber den Sauerstoffgehalt Xo oder dem Kohlendioxidgehalt Xco im Abgas berechnen Diese Werte werden am Pr f stand gemessen Mit dem Sauerstoffgehalt berechnet sich das Luft Kraftstoff Verh ltnis aus 0 21 0 21 Xo Die Berechnung ber den Kohlenstoffdioxidgehalt im Abgas ist etwas aufwendiger und setzt sich aus dem Quotienten des maximalen Kohlenstoffdioxidgehalts Xe zu dem tats chlichen Kohlenstoffdioxidgehalt Xco
25. d erweist wird versucht ein durchgehendes Gewinde zu schneiden Jedoch war eine Bearbeitung aufgrund der hohen Festigkeit der 31 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Stahlschrauben Festigkeitsklasse 8 8 mit den zur Verf gung stehenden Mitteln nicht m glich Um die Schafth he von h 30 mm zu kompensieren werden Distanzbuchsen mit mindestens der H he die der Schaftl nge der Schraube entspricht gefertigt F r die Distanzbuchsen wird ein Stahlrohr mit einem Innendurchmesser d 19 mm und einem Au endurchmesser da 25 mm gew hlt Daraus ergibt sich eine Anpressfl che von A 207 mm m da di _ m 25 mm 19 mm pn A A 207 mm A Insgesamt werden 10 Distanzbuchsen angefertigt Dazu wird das Stahlrohr zugeschnitten und an einer Drehmaschine auf Mass gebracht Die H he der Distanzbuchsen wird mit ho 30 mm festgelegt Abbildung 5 6 zeigt die Schraubverbindung der U Profile mit der Plattform Abbildung 5 6 Schraubverbindung der U Profile mit der Plattform 32 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Um die Pr fstandskomponenten in die Motor Box zu Hiefen steht ein in der Box integrierter Kettenzug zur Verf gung siehe Abbildung 5 7 der eine max Last von 500 kg tragen kann So konnten die Komponenten problemlos in die Motor Box gebracht und mit den U Profilen verschraubt werden Abbildung 5 7 Kettenzug Die Antriebswelle des Verbrennungsmotors ist mit der Bremswelle der Wirbe
26. dabestimung ML tats kg h ig kg h A 1 116 1 1 182 0 93 2 16 1 1 153 0 96 3 16 1 1 129 10 98 4 16 0 1 108 0 99 5 16 0 1 188 10 92 91 Aufnahme der Messwert und Auswertung 6 15 9 1 124 0 97 7 19 8 1 119 0 97 8 195 8 1 170 0 92 9 195 8 1 163 0 93 10 15 8 1 171 0 92 Mittelwert 0 95 Der Lambdawert ist zu niedrig Erstrebenswert ist 1 Zusammenfassung und Ausblick 9 Zusammenfassung und Ausblick Die vorliegende Diplomarbeit mit dem Thema Aufbau und Inbetriebnahme eines Verbrennungsmotorpr fstandes in eine kompatible Motor Box dokumentiert die Vor gehensweise bei der L sungsfindung verschiedener Problemstellungen die sich auf den Aufbau und die Inbetriebnahme des Pr fstandes beziehen Zu Beginn der Arbeiten war eine L sung f r die Montage und Justierung der Pr f stands Komponenten zu finden Dabei wurde f r die Planung auf die 3 D Modellierung zur ckgegriffen Daraus leiteten sich technische Zeichnungen f r eine Unterkonstruktion ab Nach der Fertigung der Teile wurde die Unterkonstruktion zusammen mit den Pr f stands Komponenten in der Motor Box montiert Weitere L sungen mussten nun ge funden werden um eine Inbetriebnahme zu gew hrleisten Dazu geh rte unter ande rem die Ausstattung der Komponenten mit flexiblen Leitungen Nach dem die K hl kreisl ufe fertiggestellt wurden konnten die Mess S
27. e Aluminium in korrosionsbest ndigen Legierungen als dominierender K hler werkstoff e K hlmittel mit zus tzlichen Inhibitoren zum Korrosionsschutz von Aluminium k hlern e Kunststoff als dominierender Werkstoff f r Wasserk sten L fter und L fterzarge e Reglungseingriff ber den L fterantrieb und den K hlmittel Thermostaten e Einsatz von Ladeluft Motor l Getriebe l Hydraulik l und Abgask hlern je nach Motortyp Motorleistung und Ausr stungsmerkmalen e Vormontieren aller K hlungskomponenten des Frontendbereichs in einer funk tionalen Einheit dem sogenannten K hlmodul 10 Grundlagen Zu diesen Merkmalen haben die steigenden Anforderungen bez glich Kraftstoffver brauch Abgasemissionen Lebensdauer Fahrkomfort etc gef hrt Des Weiteren gewinnt neben der Entwicklung f r kompaktere leichtere und effizientere Kompo nenten die elektronisch geregelte K hlanlage immer mehr an Bedeutung aus 1 Abbildung 3 4 K hlmodul 1 S 793 In Abbildung 3 4 wird ein K hlmodul f r den Pkw Einsatz mit K hlmittelk hler Aus gleichsbeh lter Klimakondensator K ltemittelsammler sowie E L fter mit Zarge ab gebildet K hlmodule sind Baueinheiten die ausschlie lich aus Komponenten zur K hlung und eventuell Klimatisierung eines Fahrzeugs bestehen Seit Ende der 80er Jahre findet die Modultechnik immer mehr Verbreitung Sie bietet technische und wirtschaftliche Vorteile So ist beim Fahrzeughersteller we
28. egeleinrichtungen 6 Mess Steuer und Regeleinrichtungen In den folgenden Kapiteln wird auf alle Mess Steuer und Regeleinrichtungen die im Opel Ecotec Pr fstand verbaut sind eingegangen Dabei werden die Kapitel Mess einrichtungen und Steuer und Regeleinrichtungen seperat behandelt Es werden alle Komponenten beschrieben Bei den Messeinrichtungen wird jeweils auf das Messprinzip die Messstellen und die Messanzeigen eingegangen Alle Steuer und Regeleinrichtungen werden bis auf die Ansteuerung der Hubantrie be f r Hubventile und der Einstellung der Leistungsstufe an der Umw lzpumpe vom Steuerger t X Act der Motorbremse aus bedient sofern kein Computer an das X Act Steuerger t angeschlossen ist und die Motorsteuerung bernimmt An dieser Stelle sei angemerkt dass erg nzend zu den hier aufgef hrten Kapiteln die Bedienungs anleitung der Ger te ebenfalls hilfreiche Informationen enthalten Die Verwendung der Bedienungsanleitungen bei der Bedienung der Ger te wird empfohlen Am Ende des Kapitels wird auf die Verkabelung aller Komponenten eingegangen Hier wird unterschieden in der Verkabelung der Komponenten hinsichtlich der Steu er und Stromleitungen F r die Durchf hrung der Arbeiten und als berblick dient als erste Hilfestellung eine Funktions berischt mit Beschreibung in Form eines Funktionsdiagramms Anmerkung F r eine Inbetriebnahme sind nicht zwingend alle Messeinrichtungen notwendig 51
29. eigung Wasserzulauf ssnnnnneeesesennnnnnnreeserrnrnnnnrenserrrrnnn n 44 Abbildung 5 20 Schnittstelle nie 44 Abbildung 5 21 e ele leie EE 45 Abbildung 5 22 Schlauchnippel am Rohrb ndelw rmetauscher 45 Abbildung 5 23 K hlkreisl ufe des Plattenw mmeiauschers Hr gt 46 Abbildung 5 24 Umw lzpumpe und Volumenstrommeseer en gt 47 Abbildung 5 25 K hlkreisl ufe des Rohrb ndelw rmetauschers 48 Abbildung 5 26 lentnahme lschl uche mit Nippelverbindungen und gel tete elei tal 49 Abbildung 5 27 Aufbau des Abgassystems ohne Messsensoren 0000000000000000 50 Abbildung 6 1 Pt100 Temperaturf hler am Plattenw rmetauscher 55 Abbildung 6 2 Thermoelement vom Typ K am Katalysator 44 56 Abbildung 6 3 Panelmeter Anzeigen im Gchaltschrank rennen 56 Abbildung 6 4 Volumenstrommessger t Motork hlfl ssigkeitskreislauf 57 Abbildungsverzeichnis Abbildung 6 5 Abbildung 6 6 Abbildung 6 7 Abbildung 6 8 Abbildung 6 9 Abbildung 6 10 Abbildung 6 11 Abbildung 6 12 Abbildung 6 13 Abbildung 6 14 Abbildung 6 15 Abbildung 6 16 Abbildung 6 17 Abbildung 6 18 Abbildung 6 19 Abbildung 6 20 Abbildung 6 21 Abbildung 6 22 Abbildung 6 23 Abbildung 6 24 Abbildung 6 25 Abbildung 6 26 Abbildung 8 1 Turbinen Durchflussmesser 12 044444 44 58 Volumenstromanzeige Unconpo
30. es Luft Kraftstoff Verh ltnisses A Mit dem Luft Kraftstoff Verh ltnis oder auch Lambdawert genannt lassen sich R ck schl sse zu der Schadstoffentstehung den Wirkungsgrad den Temperaturen und dem Verbrennungsverlauf ziehen Der Lambdawert kann durch drei Methoden ermit telt werden Einerseits kann direkt mittels einer Breitband Lambdasonde gemessen werden dabei gibt die Sonde eine Spannung die mithilfe eines Kernfeldes zum Lambdawert umgerechnet wird Die zweite Methode ist die Lambdabestimmung ber die Abgaswerte nach Brettschneider siehe Abbildung 8 1 und zuletzt l sst sich der 88 Aufnahme der Messwert und Auswertung Lambdawert aus der Kraftstoffmasse der tats chlichen Luftmasse und dem st chiometrischen Luftbedarf berechnen Die Bestimmung der Lambdawerte mit den drei Methoden bietet die M glichkeit sie untereinander zu vergleichen Die erste und zweite Methode ist zum jetzigen Zeitpunkt noch nicht m glich wird aber in den n chsten Tagen eingerichtet 1 S 24 ff euni Seel eono E A i co j 1 ES k co co Gfactor x HC Z Abbildung 8 1 Lambdawert Berechnung mit der Brettschneiderformel Bei einer st chiometrischen Verbrennung findet eine vollkommene Verbrennung des Kraftstoffes ohne Luftmangel oder berschuss statt A 1 Ist A lt 1 so liegt Luft mangel vor und man spricht bei Verbrennungsmotoren von einem fetten oder reichen Gemisch Bei A gt 1 liegt Luft
31. estell steht auch hier im Vordergrund Daher ist es wichtig die Befestigungspunkte genau zu messen Die Wirbelstrom bremse besitzt einen K hlkreislauf Hier f hren zwei flexible Schl uche hin Die Be festigung des Gestells wird mit 3x M12 Schrauben sowie Muttern vorgenommen Abbildung 4 3 Wirbelstrombremse mit Gestell als 3D Modell 4 2 3 Plattenw rmetauscher Der von der Motorbox zur Verf gung gestellte Plattenw rmetauscher ist im Hinblick auf die Anschlusspositionen genau nachgebildet Er besitzt acht Anschl sse Vier davon Pr fstandsseitig und vier in Richtung der starren Leitungen unter dem Gitter rost F r die Befestigung auf den Doppel T Tr gern sind 4 x M16 Schrauben vorge sehen 20 3D Modelierung Abbildung 4 4 Plattenw rmetauscher als 3D Modell 4 2 4 Rohrb ndelw rmetauscher Der Rohrb ndelw rmetauscher ist ebenfalls vereinfacht dargestellt Er besitzt einen K hlwasserkreislauf und einen lkreislauf Dementsprechend besitzt er vier An schl sse die mit flexiblen Schl uchen zu verbinden sind Abbildung 4 5 Rohrb ndelw rmetauscher als 3D Modell 21 3D Modelierung 4 2 5 Kardanwelle Abbildung 4 6 Kardanwelle als 3D Modell Diese ist hinsichtlich der Funktionalit t exakt im 3 D Model nachgebildet Im Modell sind zus tzlich Parameter eingebaut mit deren Hilfe man die Winkel einstellen kann Befestigungselemente der Kardanwelle sind 8x M6 Schrauben 4 2 6 Kraftstoffwaage
32. et ist Abbildung 6 19 X Act Steuerger t 17 72 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Die Bedientafel und das Steuerger t bilden die Hauptbestandteile des X Act Das Steuerger t enth lt folgende Elemente Stromversorgung Steuerkasten Interface Karte max 2 Bedientafel Bedientafel Die Bedientafel erm glicht das Einrichten des Systems und die Durchf hrung von station ren Pr fungen Sie liefert die Datenanzeige und Meldungen bez glich Diag nose und berwachung Sie kommuniziert mit dem Steuerger t ber eine serielle RS232 Schnittstelle kann ein Computer zum Zweck der Diagnose und Wartung an geschlossen werden Die Bedientafel enth lt Monochrome Fl ssigkeitsanzeige LCD 320 240 pixel Aktualisierungsrate 1 2 Hz wahlweise farbig Funktionstasen F1 F8 mit austauschbaren kundendefinierten Beschriftun gen Schaltfl chen mit Symbolen Leerlauf Z ndung Vorw rmen Start Auslauf Not Aus Drucktaster R ckstelltaste mit roter Fehleranzeige Scope oder Streifenschreiber als Option min 5 Hz Aktualisierungsrate Drehkn pfe jeder f r Sollwerte und 2 w hlbare Geschwindigkeiten Statuszeile Getrennte Masken f r Einrichten Steuerungsparameter Kalibrierung Leichte Handhabung Vermeidung von Vielfunktionstasten Sprache w hlbar zwischen Deutsch Englisch und Landessprache Einheiten w hlbar zwischen metrischen und englischem System 73 Me
33. folgenden Werten MeBanzahl MeBzeit 90 0 s Me gewicht 50 g Messung mit Yorwahl der Me zeit Abbildung 6 12 Lade Meldung Die Start Parameter lassen sich in der Konfigurationsdatei KSW ini die sich im selben Verzeichnis wie die KSW exe befindet unter Dynamic Fuel Meter ver ndern 64 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Mit Klick auf den OK Button gelangt man zum Hauptfenster des Programms das die Kraftstoffverbrauchsanzeige in Kilogramm pro Stunde darstellt Es zeigt zudem den momentanen F llstand in g kg an AVL Kraftstoff Verbrauchsme einrichtung 733S xi System Funktion Parameter Messung Ger tezustand Aktuelle Werte Fernbedienung MeB Modus Auff llventil offen By pass Ventil geschlossen _Momentanwert 50 000 Fehlermeldungen F llstand lt 0g F llrate lt 20kg h Ger tekennung Waagen Kennung Funktions Kennung 7335v150 i Auff len Abbildung 6 13 Hauptfenster AVL 733S Das Programm ben tigt f r viele Optionen ein Passwort So beispielsweise f r das Kalibrieren der Messeinrichtung Es sollte bei Bedarf bei den zust ndigen Mitarbei tern der Hochschule f r angewandte Wissenschaften erfragt werden Die Funktionen des Programms sind im Folgenden kurz beschrieben Unter dem Reiter System finden sich Einstellungen f r die RS232 Schnittstelle und das ndern des Passwortes Der Reiter F
34. g ist in Gruppenarbeit entstanden Dabei kam es zur Unterteilung der verschiedenen praktischen Aufgabenstellungen sowie der schriftlichen Inhalte Die Kapitel 3 5 und 8 wurden von dem Herrn Christian Sikora erstellt und die Kapitel 4 6 und 7 von dem Herrn Servet Tuac Dementsprechend wurden die praktischen Arbeiten eingeteilt Aufgabenstellung 2 Aufgabenstellung Die Diplomarbeit befasst sich mit einem Opel Ecotec 3 Zylinder 1 01 Motorpr fstand der in die Motor Box 2 installiert werden soll Die Hauptaufgabe der Arbeit ist den alten Motorpr fstand mit allen notwendigen An schl ssen in die neue Motor Box einzubauen in Betrieb zu nehmen und zu testen Bei der Durchf hrung der Arbeit werden folgende Punkte bearbeitet Konstruktion und Fertigung der Unterkonstruktion zur Anbringung des Motors und der Wirbelstrombremse in die Motor Box U Profil bestellen und in der Werkstatt bearbeiten lassen Konstruktion und Fertigung einer Montagevorrichtung f r die Befestigung des l K hlwasser W rmetauschers an der Pr fstandplattform und die dazugeh rigen Leitungen zum Motor verlegen Montage des Motors und der Wirbelstrombremse in die Motor Box F r die Anpassung der Motor Box an den Pr fstand m ssen starre Rohrlei tungen installiert werden die zu den einzelnen Komponenten des Pr fstandes reichen Der Pr fstand wird anschlie end mit flexiblen Leitungen mit der Mo tor Box verbunden Als Erstes muss eine Liste erstellt
35. hallenergie reduziert werden Prinzipiell gibt es daf r zwei M glichkeiten Absorption und Reflexion des Schalles im Schalld mpfer Weitere schalld mpfende Elemente sind Resonatoren und in Einzelf llen Abgasklappen aus 4 12 Grundlagen Zudem haben Katalysatoren eine schalld mpfende Wirkung Abbildung 3 6 stellt eine Form der Schallreduktion dar Abbildung 3 6 Schallreduktion Die Hauptaufgabe der Katalysatoren ist die Reinigung des Abgases Ein Katalysator funktioniert nach dem Prinzip der Adsorption dabei werden Schadstoffe an der Ober fl che eines Feststoffes durch eine chemische Reaktion gebunden Er besteht aus einem Edelstahlgeh use in dem ein metallischer Metalith oder keramischer Mono lith Tr ger gelagert ist Dieser Tr ger ist in L ngsrichtung von einer Vielzahl feiner Kan le durchzogen So wird eine gro e Oberfl che geschaffen damit der Katalysa tor seine optimale Wirkung entfalten kann Die Oberfl che der Tr ger besteht aus einer hochpor sen Schicht Wash Coat in die Edelmetalle Platin Paladium und oder Rhodium eingelagert sind Diese Edelmetalle sind der eigentliche Kataly sator zur Abgasreinigung aus 5 Die Abbildung 3 7 zeigt einen Katalysator mit Lambdasonde 13 Grundlagen Die Lambdasonden sorgen gemeinsam mit dem Steuerger t in allen Lastzust nden des Motors f r die optimale Zusammensetzung des Luft Kraftstoff Gemisches Bei neuen Fahrzeugen ist im Abgassystem je eine L
36. i Hubantriebe f r Hubventile der Marke Belimo zur Verf gung Abbildung 6 23 Belimo Hubantriebe 18 Die Ger te dienen der Verstellung von Hubventilen Die Hubantriebe werden im Opel Ecotec Pr fstand eingesetzt zum einen f r die Regelung des K hlwasserkreislaufs des bereits vorinstallierten Plattenw rmetauschers zum anderen f r die Regelung des K hlwasserkreislaufs des kleineren Rohrb ndelw rmetauschers Regelung der Hubantriebe mit einem PD Regler Da die Volumenstr me abh ngig von den Ventilstellungen sind stellen hier die Hub antriebe die Stellgr e dar Eine Besonderheit die die Hubantriebe bieten ist ein Handbetrieb F r erste Fahrversuche ist dieses unter Umst nden sehr hilfreich da so manuell ein Durchfluss eingestellt werden kann F r n here Information zum Handbetrieb sei auf die Bedienungsanleitung hingewiesen Im Opel Ecotec Pr fstand ist kein Regler f r die Hubantriebe installiert Die Steuer und Stromleitungen sind jedoch verlegt sodass eine PD Regelung realisierbar ist 79 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Verkabelung der Hubantriebe Im Datenblatt der NVY24 MFT Hubantriebe f r Hubventile ist folgendes Anschluss schema angegeben l AC24V Anschluss ber Sicherheits DC24V Transformator Y DC 0 10 V 4 Stellsignal vom Regler Y2 P U DC 2 10 V Messspannung U f r Stellungsanzeige NV24 MFT NVY24 MFT Abbildung 6 24 Anschluss
37. ial Kupfer n Plattenanzahl Das zweite K hlsystem ist ein K hlwasser l K hlsystem das direkte K hlsystem Hier wird das l des Motors angezapft und in einem Rohrb ndelw metauscher wird so viel W rme abgef hrt dass eine ltemperatur von T 90 Betriebstemperatur nicht berschritten wird Dieses K hlsystem soll die K hlung des Motors kompensieren die durch den Fahrtwind und eventuell durch eingebaute axiale Gebl se unterst tzt wird Das Gebl se schaltet sich ein wenn der Fahrtwind f r die K hlung nicht ausreicht F r das Anbringen des Rohrb ndelw rmetauschers an der Plattform wird ein weiteres U Profil verwendet Der Rohrb ndelw rmetauscher ist unter dem Versuchsmotor installiert und mit Schellen an das U Profil befestigt siehe Abbildung 5 12 36 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Abbildung 5 12 Rohrb ndelw rmetauscher Der Rohrb ndelw rmetauscher ist schon sehr lange im Besitz der Haw Hamburg so dass keine technischen Daten zu finden sind und die Recherche im Internet hat ebenfalls zu keinem Erfolg gef hrt 37 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand 5 2 Verlegung der starren und flexiblen Rohrleitungen F r die K hlung des Verbrennungsmotors und der Wirbelstrombremse sind Leitungen verlegt Abbildung 5 13 stellt schematisch den Verbrennungsmotorpr fstand mit den K hlkreisl ufen dar Plattenw rmetauscher Umw lzpumpe Kugelhahn ventil Rohrb ndel w
38. ie Pr fstands Komponenten ohne viel Aufwand austauschen lassen Abbildung 4 1 Motor Box im Ausgangszustand als 3D Modell Es sei erw hnt dass eine Leitung hinzugekommen ist Hierzu mehr im Kapitel 4 2 2 Die folgende Grafik zeigt den Ausgangszustand der Motorbox mit Visualisierung der Zu und Abl ufe Hierbei sind die Ablaufleitungen rot und die Zufuhrleitungen blau dargestellt 18 3D Modelierung 4 2 Pr fstandskomponenten F r die 3 D Modellierung der Pr fsands Komponenten steht uns der Motor mit sei nem Gestell zu Verf gung eine Kardanwelle die Wirbelstrombremse die ebenfalls ein Gestell besitzt ein Plattenw rmetauscher ein Rohrb ndelw rmetauscher und eine auf Rollen verschiebbare Kraftstoffwaage 4 2 1 Pr fmotor mit Gestell Abbildung 4 2 Motor mit Gestell als 3D Modell Der Pr fmotor ist im 3 D Modell vereinfacht dargestellt Seine Position ist verschieb bar Er ist in 3 D mit dem Kompasstool frei im Gestell positioniert Die K hlmittelan schl sse der l zu und Ablauf und die Kraftstoffzufuhr sind die Leitungen die zum Motor f hren Entscheidender hier ist das Gestell Bei der Abnahme der Ma e ist es h chst wichtig die Befestigungspunkte genau nachzubilden da darauf die Unterkon struktion aufbaut Das Gestell wird mit 4 x M12 Schrauben und Muttern auf der Un terkonstruktion befestigt 19 3D Modelierung 4 2 2 Wirbelstrombremse W70 mit Gestell Auch diese ist vereinfacht dargestellt Das G
39. ierzu bietet der Schaltschrank drei verbaute Ventilatoren an der Oberseite die der W rmeabfuhr dienen und somit eine berhitzung verhindern Es sind also keine zu s tzlichen Arbeiten notwendig Abbildung 6 26 Freimachung am Schaltschrank Im Ausgangszustand war die T r mit keiner Freimachung versehen Diese ist jedoch erforderlich um Kabelstr nge hindurch zu legen Beispielsweise der Kabelstrang f r die Motorsteuerung der Temperaturmessungen der Wirbelstrombremse des Gleichstrommotors 82 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 5 Verkabelungsplan Volumenstromnessung Drosselklapp Schaltschrank Bun rem er Pr fstand 000 OoOO Motorbox EE BSUI9M A oZ GUNJTOTROJIST SUD M A DES tionales Datenkabel Motorsteuerung H 24 V Gleichstramleitung E DE E AN OD DET EOS ER SEES EEE BuUnJSns4sg3TJ4uegnH Abbildung 6 26 Verkabelungsplan 83 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Nach dem oben dargestellten Verkabelungsplan ist der Pr fstand und seine Kompo nenten miteinander sowie mit der der Motorbox hinsichtlich aller elektrischen Lei tungen verkabelt Legende HA Hubantriebe f r Hubventile V Verteilerkasten f r die Hubantriebe SS1 Sammelstecker 1 SS2 Sammelstecker 2 PWT Plattenw rmetauscher P S Umw lzpumpe VSM_W Volumenstrommessger t K hlmittelkreislauf VSM_ Volumenstrommessger t lkreislauf M
40. in stallierten handelt es sich um einen so genannten mittelbaren Volumenz hler im speziellen ein Turbinen Durchflussmesser Das Messprinzip dieser Turbinen Durchflussmesser l uft folgenderma en ab Ein Messmedium durchstr mt den Turbinen Durchflussmessgeber in axialer Rich tung und versetzt dabei das Turbinenrad in Drehung Entsprechende Aufnehmer in den Turbinen Durchflussmessgebern erfassen die Drehzahl des Rades die proporti onal zur mittleren Str mungsgeschwindigkeit ist 57 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Als Ausgangssignal liefern die Aufnehmer eine alternierende Spannung mit einer Frequenz zum Beispiel Impulse pro Liter die proportional zum momentanen Durchfluss stehen Nach Verst rkung und Umformung der Spannung stehen f r die Auswertung Rechteckimpulse zur Verf gung Aus 11 Abbildung 6 5 Turbinen Durchflussmesser 12 Volumenstrommessstellen An jedem der beiden K hlkreisl ufe lkreislauf K hlmittelkreislauf befinden sich Messstellen f r die Volumenstrommessung Direkt nach der Umw lzpumpe findet sich das Volumenstrommessger t f r den K hlmittelkreislauf Beim lkreislauf findet sich das Messger t am lzulauf des Rohrb ndelw rmetauschers Volumenstrommessanzeigen Der Pr fstand bietet f r jedes der beiden Volumenstrommessger te eine Volumen stromanzeige Ein Netzteil das sich im Schaltschrank befindet versorgt beide Ger te mit Strom Die Ger te bieten Schalter f
41. ip 14 Eine grunds tzliche Neuentwicklung stellt der oberfl chen mikromechanische Drucksensor dar Hierbei werden mit Standard Halbleitersensoren BiCMOS die Druckzelle sowie die zugeh rige Auswerteelektronik auf einen Chip hergestellt Hier durch entf llt die Verbindung mittels Bonddr hten zwischen Drucksensorzelle und Auswerteelektronik Die Bestimmung des Druckes erfolgt durch spezielle kondensator hnliche ausgebildete Druckzellen Der einwirkende Druck ndert den Abstand der beiden Kondensatorfl chen und f hrt zu einer nderung der Kapazit t Diese Kapazit ts nderung wird in eine analoge Ausgangsspannung transformiert 1 S 764 62 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Kraftstoffverbrauchsanzeige F r die Kraftstoffverbrauchsanzeige steht ein Laptop mit entsprechender Software aus dem Inventar der Hochschule f r angewandte Wissenschaften zur Verf gung Das installierte Betriebssystem Windows 2000 NT auf diesem Laptop ist mit Fehlern behaftet Der Rechner f hrt somit unter dieser Konfiguration nicht hoch Um dennoch den Laptop f r die Kraftstoffverbrauchsanzeige zu verwenden ist ein neues Betriebssystem Windows XP installiert Das Programm zur Ansteuerung der AVL 733s Kraftstoffwaage hei t KSW exe Um die zuvor auf dem alten Betriebssystem installierte Software kompatibel zu ma chen sind einige nderungen in den Windows Systemdateien vorgenommen AV L 7333 Dynamische Kraftstoff
42. l een 59 DMS Prinzip KE 60 Messanzeige Drebmoment een 60 Anschlussplan der AVL733s Kraftstoffwaage essssseeeeeeeeeeeeenne 61 Kapazitives Messprinzip IA 62 Programmoberfl che AVL eege SEENEN 63 Lade Meldunge unse 64 Hauptfenster AVL 7338 a 2a 65 Luftmassenmesser im Opel Ecotec Pr fstand 66 Messprinzip Luftmassenmesser il 67 Messprinzip Lambdasonde el 68 Messstellen in der bersicht 119 70 Messstellen in der bersicht 219 71 X Act SIeUergerall I Zinn 72 Leistungsteil LFE 1000 I 7 ee ee 76 Bedienteil LFB 1000 17 na 77 ele e RR E 2 22 78 Belimo Hubantriebe 18 u 422444444400RR nn Hanne 79 Anschlussschema Belimo Hubantriebe 18 80 Verteilerkasten Belimo Hubantriebe 44 80 K tkoel pelt eieiei ege ege ege ege eege See e 83 Lambdawert Berechnung mit der Brettschneiderformel 89 VII Tabellenverzeichnis Tabellenverzeichnis Tabelle 3 1 Technische Daten des Verbrennungsmotor sense 8 Tabelle 5 1 Technische Daten des Plattenw rmetauschers aus 8 36 Tabelle 5 2 Technische Daten der Wbeletrombremse 440 42 Tabelle 5 3 Betriebsstufen der Umw lzoumpe ssssessssserrrrnrneserrrrrnnnrrreserrrrrnnnn 47 Tabelle 6 1 Dialogrechte Massen ara aan 74 Tabelle 8 1 Messwerte zur Lambdabestmumg nn 91 VI Formelzeichen und Indizes Formelzeichen und Indizes Forme
43. lstrombremse ber eine Kardanwelle gekoppelt Die Kardanwelle ist eine klassische Ausf hrung einer Gelenkwellenkombination mit zwei Kreuzgelenken und erm glicht die Drenmoment bertragung in einem geknickten Wellenstrang Abbildung 5 8 Verzahnung Kreuzgelenk und Flansch der Kardanwelle 33 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Die Kardanwelle besteht aus drei Teilen zum einen aus zwei Anschlussflanschen sowie aus den Verbindungen der beiden Kreuzgelenke Die zwei benachbarten Kreuzgelenke sind um 90 verdreht mit der mittleren Welle verbunden Bei der Montage ist zu beachten dass die Drehachsen aller drei Wellenteile in einer Ebene liegen Dieser Aufbau f hrt zur bekannten W oder zur Z Anordnung W hrend die Z Anordnung parallele Drehachsen an An und Abtrieb blicherweise in Fahrzeugen zur Kraft bertragung verwendet wird findet sich die W Anordnung gelegentlich in Lenks ulen Abbildung 5 9 Eingebaute Kardanwelle Vor dem Einbau der Kardanwelle wird die Welle gereinigt und auf Besch digung gepr ft insbesondere die Verzahnung Des Weiteren werden die Gelenke auf Leichtg ngigkeit Spiel und Verschlei begutachtet Es ist keine Besch digungen festzustellt und die Kardanwelle kann eingebaut werden Vor dem Zusammenbau wird so wie es in der Industrie blich ist die Verzahnung gro z gig mit grafithaltigem Fett eingestrichen Das eine Ende der Kardanwelle wird mit der Antriebswelle des Motors und das andere Ende
44. lzeichen Beschreibung E Vmin Vmax Ek u J gt a an ML tats Verdichtungsverh ltnis min Zylindervolumen max Zylindervolumen Kraftstoffenergie Kraststoffmassenstrom Unterer Heizwert Innerer Wirkungsgrad effektiver Wirkungsgrad mechanischer Wirkungsgrad innere Motorleistung effektive Motorleistung Durchbiegen Elastizit tsmodul Fl chentr gheitsmoment Einzellast Balkenl nge Gravitationsbeschleunigung Innendurchmesser der Distanzbuchse Au endurchmesser der Distanzbuchse Anpressfl che H he der Distanzbuchse tats chlicher Luftmassestrom Einheit cm cm J Hz kJ kg N mm m s mm mm mm mm kg h Formelzeichen und Indizes X CO zmax Kraftstoffverbrauch st chiometrische Luftmasse st chiometrischer Luftbedarf Temperatur vor dem Katalysator Temperatur nach dem Katalysator Temperatur am K hlfl ssigkeit Zulauf Temperatur am K hlfl ssigkeit Ablauf Temperatur am l Zulauf Temperatur am l Ablauf Sauerstoffgehalt im Abgas Kohlenstoffdioxidgehalt im Abgas max Kohlenstoffdioxidgehalt im Abgas Quellenverzeichnis Quellenverzeichnis 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 Richard van Basshuysen F S 2012 6 Auflage Handbuch Verbrennungsmotor Wiesbaden Vieweg Teubner Verlag Carl Schenk AG http www schenck net de Br cker T 2002 Entwicklung ei
45. n nicht m glich Sie bilden ein zentrales Element f r die W rmebilanzierung F r den Opel Ecotec Pr fstand sind zwei Thermoelemente vom Typ K und vier Pt100 Sensoren vorgese hen Pt100 Sensoren Pt100 Sensoren sind Temperaturf hler Bei Temperatureinfluss findet eine Wider stands nderung von Platin statt Pt100 Sensoren basieren auf diesem Prinzip Sie werden eingesetzt in Temperaturbereichen von 200 C bis 650 Jeder Sensor besitzt eine eindeutige Widerstandskennlinie Der Pt100 Sensor wird durch seine Charakteristik bei einer Temperatur von 0 be zeichnet bei der dieser einen Nennwiderstand von 100 Ohm besitzt RO 100 Ohm Diese Widerstands nderung ist in DIN IEC 60751 festgelegt Aus 9 54 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Abbildung 6 1 Pt100 Temperaturf hler am Plattenw rmetauscher Thermoelement Typ K Ber hren sich zwei unterschiedliche Metalle dann entsteht an der Ber hrungsstelle eine kleine Spannung deren Gr e temperaturabh ngig ist die Thermospannung Deren Gr e h ngt au er von der Temperatur nat rlich auch von den beiden Metall sorten ab Diesen Effekt benutzt man um Thermo Elemente herzustellen Je nach Metallkombination gibt es unterschiedliche Thermoelement Typen Aus 10 Bei den am Katalysator im Opel Ecotec Pr fstand verbauten handelt es sich um ein Thermoelement vom Typ K Er besteht aus einem Nickel Chrom Draht und einem Nickel Aluminium Draht Auf gru
46. nd der hohen Materialbest ndigkeit gegen ber hohen Temperatureinwirkungen k nnen Messwerte bis zu 10005 gemessen werden F r n here Informationen sei auf EN 60584 hingewiesen 55 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Temperaturmessstellen Die Pt100 Sensoren befinden sich am Wasservor und R cklauf und am lein und Austritt des Rohrb ndelw rmetauschers Am Katalysator befinden sich zwei Thermoelemente vom Typ K Diese sind vor und nach dem Katalysator geschaltet Abbildung 6 2 Thermoelement vom Typ K am Katalysator Temperaturmessanzeigen Sowohl f r Temperaturmessungen am Katalysator und an den K hlkreisl ufen wer den Panelmeter Anzeigen der Fa Digitec verwendet Diese sind im Schaltschrank zusammengefasst F r erg nzende Informationen sei auf die Bedienungsanleitung der Ger te hingewiesen Atstzziemr Pirna A atait audi Koad Abbildung 6 3 Panelmeter Anzeigen im Schaltschrank 56 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 2 2 Volumenstrommessung Im Pr fstand finden Messungen des Volumenstroms an beiden K hlkreisl ufen statt Der Motork hlfl ssigkeitskreislauf besitzt ein Volumenstrommessger t und der l k hlkreislauf Die Volumenstrommessung erfolgt auf Basis eines Durchflusssensors Turbinen Durchflussmesser Abbildung 6 4 Volumenstrommessger t Motork hlfl ssigkeitskreislauf Turbinen Durchflussmesser Es gibt verschiedene Arten von Durchflussmesssensoren Bei dem im Pr fstand
47. nes modularen Motorpr fstand Konzept und Aufbau eines Musterpr fstandes inklusive der Einrichtung von Mess und Kontrollinstrumenten bei Prof Dr Ing Victor Gheorghiu http www mein autolexikon de abgassystem abgasanlage html http www mein autolexikon de abgassystem katalysator html http www mein autolexikon de abgassystem lambdasonde html http www technicalmaterials umicore com de bt brazingCenter show_de_V_O 3_Loetverfahren pdf http doc texnikoi gr ylikadata rtfs laval3 pdf http www fuehlersysteme de Lexikon Pt100 http www sprut de electronic temeratur temp htm thermoelement http www sensorsmag com sensors flow turbine flowmeters part 1 details basic axial turbine flowme 843 http www intercontrol msr ch media images products Turbineopen jpg http www kistler com mediaaccess Technology_StrainGage_L_de gif https www avl com fuel balance and fuel temperature control http www t4 wiki de wiki images thumb Motor_Geber_LMM_G70_Aufbau_bis_1997 jpg 350px Motor_Geber_LMM_G70_Aufbau_bis_1997 jpg http www lambdasonde de typo3temp pics 0abc8f2407 jpg Bedienungsanleitung Schenk Wirbelstrombremse Bedienungsanleitung Belimo Hubantriebe f r Hubventile XI Danksagung Danksagung Sowohl bei der Entstehung als auch bei der Durchf hrung dieser Arbeit wurden ver schiedene Hilfestellungen und Dienste in Anspruch genommen Dabei geht ein herz licher Dank an Herrn Prof Dr Ing Victor Gheorghiu Ohne den tatkr
48. nes nicht in mein Aufgabengebiet f llt 49 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand 5 3 Installation der Abgasanlage Die Abgasanlage besteht aus Komponenten der Opel Corsa Serie die durch Edel stahlrohre miteinander verbunden sind berwiegend sind Edelstahlrohre mit einem Au endurchmesser von 40 mm und einer Materialst rke von 1 5 mm verbaut die dem Originalrohr entspricht So kann der Einfluss der Abgasanlage in Bezug auf Mo torleistung und Emission dem eines Fahrzeugs aus der Serie sehr hneln Vom Verbrennungsmotor aus gesehen bis zum Rauchgas Abzug werden folgende Komponenten von den Abgasen durchstr mt e Abgaskr mmern e Entkoppel Element 1 e Katalysator e Entkoppel Element 2 e Mittelschalld mpfer e Nachschalld mpfer Die Abbildung 5 27 stellt den Aufbau des Abgassystems ohne Messsensoren sche matisch dar Auf die Messsensoren wird in Kapitel 6 eingegangen Rauchgas g Nachschall Abzug Entkoppel Katalysator Entkoppel Mittelschall d mpfer Element 1 Element 2 d mpfer Abbildung 5 27 Aufbau des Abgassystems ohne Messsensoren Die Abgasanlage ist bis zum Mittelschalld mpfer vorhanden sodass ausschlie lich der Nachschalld mpfer und die Edelstahlleitungen bis zum Rauchgas Abzug instal liert werden Die Teile sind miteinander verschwei t F r die Befestigung werden Hal terungen angefertigt Das Abgassystem ist durch elastische Aufh ngungselemente befestigt 50 Mess Steuer und R
49. niger Aufwand f r Entwick lung Erprobung und Montage n tig und durch die optimale Auslegung und Abstim mung der Komponenten entsteht ein besserer Wirkungsgrad im Fahrzeug aus 1 11 Grundlagen 3 3 Abgassystem eines Kraftfahrzeugs Die Abgasanlage kann aus einem oder zwei Str ngen bestehen und fasst die aus den Zylindern str menden Abgase zusammen Sie dient der Reinigung der Abgase reduziert die Abgasger usche und leitet die gereinigten Abgase an einer f r Fahr zeug und Insassen g nstigen Stelle ab Besonders zu beachten ist dass die Leis tung des Motors durch den Str mungswiderstand in der Anlage dem sogenannten Abgasgegendruck m glichst wenig beeintr chtigt wird Um diese Ziele optimal um zusetzen wird das Abgassystem als Ganzes betrachtet und entwickelt sodass alle Komponenten aufeinander abzustimmen sind In Abbildung 3 5 sind zur Veranschau lichung drei Abgassysteme abgebildet Abbildung 3 5 Abgassysteme Die Umsetzung ist sehr komplex der Grund daf r liegt in den extremen Belastungen denen die Anlage ausgesetzt ist Die hei en Abgase ca 20000 werden impulsar tig mit berschallgeschwindigkeit in die Abgasanlage geschossen Dabei entstehen explosionsartige Knallger usche die vom Motor Auslassventil bis zum Ende der Ab gasanlage um 50dB A reduziert werden m ssen Reduzierung auf ca 3 des Aus gangsger usches aufgrund der logarithmischen Ger uschskala Um dies zu be werkstelligen muss die Sc
50. nneren effektiven und mechanischen Wir kungsgrad unterschieden Der innere und effektive Wirkungsgrad geht zun chst von der im Kraftstoff gespeicherten Energie aus Die zugef hrte Energie pro Zeit ergibt sich zu Mr H t K U mit mx zugef hrte Kraftstoffmasse pro Zeit Hy unterer Heizwert des Kraftstoffes Wird die Motorleistung als Nutzen des Motorprozesses und die zugef hrte Kraftstoff energie pro Zeit als Aufwand bezeichnet ergibt sich der Wirkungsgrad n zu 8 Nutzen 8 P 8 P n u Aufwand u Ek u Mk j Hy t innere Wirkungsgrad nm Pi io Mk S Hy effektive Wirkungsgrad ne Ne mg Hy Grundlagen Der mechanische Wirkungsgrad wird durch das Verh ltnis von effektivem Wirkungs grad zu innerem Wirkungsgrad beschrieben Mor a Ni Nm P Der zu testende Verbrennungsmotor ist ein Ottomotor n mlich ein Opel Ecotec Mo tor mit drei Zylindern und einem Gesamthubraum von ca einem Liter Aufgrund der 3 Zylinder ist der Massenausgleich ung nstig der meistens durch eine zus tzliche Ausgleichwelle verbessert wird Der Z ndabstand betr gt 240 Abbildung 3 3 Im Fahrzeug eingebauter Opel Ecotec Motor Das Z ndverfahren des Ottomotors ist die Fremdz ndung Bei der Fremdz ndung wird das Entz nden des homogenen Luft Kraftstoff Gemisches durch eine Z ndker ze eingeleitet optimal kurz vor dem oberen Totpunkt Der Motor wird seit 1996 als Versuchsmotor verwendet Details zum Versuchsmotor sind
51. nnnnnnnn 88 Bestimmung des Luft Kraftstoff Verh ltnisses A 88 Lambdabestimmung aus den Abgaswerten uuuueesssssnnnnnnnnnnnnnsnennnnnnnn 90 Lambdabestimmung aus mL tats mB und Let 90 Beispiel Berechnung des Lambdawertes nenn 91 Zusammenfassung und Ausblick uuuuu 0402000000000nnnn nn nnnnnnnnn nun 93 Inhaltsverzeichnis 10 Abbildungsverzeichnis Abbildungsverzeichnis Abbildung 3 1 Prozessschritte eines Kolbenmotors ooooneeeneeeeeeeeeeeeeeeeee ennenen 4 Abbildung 3 2 Hub und Kompressionsvolumen 1 S 16 44444440 gt 5 Abbildung 3 3 Im Fahrzeug eingebauter Opel Ecotec Motor 7 Abbildung 3 4 K hlmodul 1 8 7982 naar a 11 ele le e Ee LEE 12 Abbildung 3 6 Schallreduktion en 13 Abbildung 3 7 Katalysator uses areas aaa eat 14 Abbildung 3 8 Aufbau der wassergek hlten Leistungsbremse 22 15 Abbildung 4 1 Motor Box im Ausgangszustand als 3D Modell 18 Abbildung 4 2 Motor mit Gestell als 20D Modell Rn 19 Abbildung 4 3 Wirbelstrombremse mit Gestell als 3D Modell 20 Abbildung 4 4 Plattenw rmetauscher als 3D Modell gt 21 Abbildung 4 5 Rohrb ndelw rmetauscher als 2D Modell 21 Abbildung 4 6 Kardanwelle als 20 Modell nennen 22 Abbildung 4 7 Kraftstoffwaage als 2D Modelt nn 22 Abbildung 4 8 U Profil als 20D Modell 23 Abbildung 4 9 M16 Schraube mit Distanzh lse als 3D Modell
52. nten sind der Pr fmotor die Wirbelstrombremse der Rohrb ndelw rmetauscher und der Plattenw rmetauscher der bereits von dem schon erw hnten Unternehmen angebracht wurde F r die Montage stehen die Zwei parallel zueinander liegende Doppel T Tr ger die mit M16 Bohrungen versehen sind zur Verf gung Der Abstand zwischen den Doppel T Tr gern betr gt ca 1 m Jedoch erweist sich die Anbringung der Komponenten als schwierig Da die vorgegebenen Fixierpunkte der Komponenten wie z B an dem Gestell des Motors nicht mit den Bohrungen der Plattform bereinstimmt Aus diesem Grund wird eine geeignete Unterkonstruktion angefertigt Zudem ist es von Bedeutung die Masse der Komponenten zu beachten damit ein Durchbiegen der Unterkonstruktion verhindert wird Um sich einen genauen berblick ber die Abma e zu verschaffen wird ein 3D Modell mittels Catia V5 R19 von der Motor Box mit den Pr fstandkomponenten erstellt In Kapitel 4 wird n her auf die 3D Modellierung eingegangen Abbildung 5 3 3D Modell der Motor Box Die Abbildung 5 3 zeigt die Unterteilung der Motor Box durch ein Gitterrost in zwei voneinander getrennte Bereich Mittig im oberen Teil befindet sich die Plattform die 28 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand mit den Doppel T Tr gern angedeutet ist Der Bereich unter dem Gitterrost bietet ausreichend Platz f r alle Leitungen die zur Versorgung des Pr fstandes mit K hlwasser Kraftstoff Strom etc no
53. otor erfolgt sie dagegen ber die Menge des eingespritzten Kraftstof fes e Kompressionsverh ltnis Wird durch die H chsttemperatur und den H chst druck limitiert Ein hohes Verdichtungsverh ltnis beg nstigt das sogenannte Klopfen unkontrollierte Verbrennung oder eine Selbstentz ndung des Kraft stoffes Grundlagen 3 2 K hlung eines Kraftfahrzeugs Die K hlung eines Verbrennungsmotors ist f r die Lebensdauer von gro er Bedeu tung Aufgrund der hohen Temperaturen die im Verbrennungsmotor auftreten muss er zum Schutz der Bauteile und des Schmier les gek hlt werden Es wird unter di rekter und indirekter Motork hlung unterschieden Die direkte K hlung erfolgt mit dem Fahrtwind Luftk hlung Wobei die Fahrtwindk hlung eventuell durch ein Ge bl se unterst tzt wird Die indirekte K hlung eines Verbrennungsmotors erfolgt mit einer Wasser Frostschutz Korrosionsschutzmischung oder mit l Fl ssigkeits k hlung Dabei wird die W rme durch W rme bertrager an die Umgebung abge f hrt Allgemein sollten moderne K hlanlagen von Verbrennungsmotoren im Kraftfahrzeug mit wenigen Ausnahmen folgende Merkmale aufweisen 1 S 785 e Wasserk hlung der Motoren mit Zwangsumlauf des K hlmittels durch eine ber Riemen angetriebene Kreiselpumpe e Betrieb des K hlsystems bei bis zu 1 5 bar berdruck e Einsatz einer Mischung von Wasser und Frostschutzmittel meist thylenglykol mit einem Volumenanteil von 30 50
54. ozessor ausgestattet ist vorgesehen Er ist zum Zwecke der Datenauf nahme ausreichend ber die RS232 Schnittstelle ist er mit der Kraftstoffwaage ver bunden Die optionalen Messger te sind hier beispielhaft mit eingezeichnet Je nach Anwendungsfall kann der Pr fstand mit Messger ten erweitert werden 53 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 2 Messeinrichtungen Der Pr fstand stellt mehrere Messeinrichtungen zur Verf gung Einige Messeinrich tungen sind hierbei optional und einige fest installiert Zu den fest installierten Mess einrichtungen geh ren vier Pt 100 Sensoren zwei Thermoelemente vom Typ K ein Dehnmessstreifen an der Kraftmessdose der Wirbelstrombremse zur Bestimmung von Drenmomenten eine dynamische Kraftstoffverbrauchsmesseinrichtung sowie Volumenstrommessger te f r beide K hlkreisl ufe und eine Lambdasonde die f r die Regelung der Kraftstoffzufuhr erforderlich ist Optional seien genannt ein Luft massenmesser Sauerstoffmessger t CO CO2 Messger t NOx Messger t HC Messger t sowie eine Zylinderdruckindizierung zur Bestimmung des Zylinderdrucks In den folgenden Kapiteln wird haupts chlich auf die fest installierten Messger te eingegangen und die Luftmassenmessung Alle aufgef hrten Messger te und deren Messprinzipien werden beschrieben Eine Zusammenstellung aller Messstellen findet sich im Kapitel 4 2 8 6 2 1 Temperaturmessungen Ohne Temperaturmessungen sind w rmetechnische Berechnunge
55. r Eichen Messen und Aus 58 Mess Steuer und Regeleinrichtungen P I UNICONTROL Abbildung 6 6 Volumenstromanzeige Unicontrol 6 2 3 Drehmomentmessung Das Drehmoment wird ausgehend von der Wirbelstrombremse gemessen Dazu bie tet uns die Wirbelstrombremse einen Kraftaufnehmer Mithilfe einer Drehmoment messwelle wird schlussendlich eine mechanische Leistung bestimmt Die Messung des Drehmoments wird hier mithilfe von Dehnungsmessstreifen durchgef hrt Besonders f r Motorenpr fst nde sind diese M glichkeiten interessant Da hiermit Motormomente Schleppmomente und dynamische Verbrennungsvorg nge gemes sen werden k nnen Dehnungsmessstreifen DMS Der elektrische Widerstand jedes Leiters ver ndert sich bei Deformation Die Ursa che der Deformation kann eine Kraft Druck Drehmoment Auslenkung Drehwinkel usw sein Der Widerstand eines deformierten DMS setzt sich aus seinem Grundwiderstand R unbelastet und die durch die Deformation verursachte Widerstands nderung AR zusammen 59 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Le L nge des Messdrahtes bt L L nge des Messgitters in der Skizze L 6 i Ohmscher Widerstand Anschl sse R Pl A A 3 Abdeckung _ Klebschicht Widerstands nderung Tr ger AR s Messk rper Klebschicht R KE Abbildung 6 7 DMS Prinzip 13 Drehmomentmessstelle Gemessen wird ausgehend von der Kraftmessdose die
56. r L ngen an 4 3 3 Unterkonstruktion und Motorbox im Zusammenbau Wie die Unterkonstruktion mit der Motorbox im Zusammenbau aussieht ist in der folgenden Grafik zu sehen Abbildung 4 10 Unterkonstruktion und Motorbox im Zusammenbau als 3D Modell 24 3D Modelierung 4 4 Pr fstand und Motorbox im Zusammenbau In der folgenden Grafik ist der Pr fstand mit seinen Komponenten und der Motorbox im Zusammenbau zu sehen Die Zulaufleitungen sind blau dargestellt die Abl ufe in Rot Abbildung 4 11 Pr fstand und Motorbox im Zusammenbau als 3D Modell 25 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand 5 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Wie in der Aufgabenstellung erw hnt ist das Ziel dieser Diplomarbeit die Einrichtung des alten Motorpr fstandes mit allen notwendigen Anschl ssen in die neue Motor Box Anschlie end wird der Motorpr fstand in Betrieb genommen und auf Funktiona lit t getestet Der Pr fstand wurde zuvor im Rahmen einer Diplomarbeit von dem Herrn Timm Br cker fertiggestellt Die Firma MBW Industrietechnik Service GmbH hat den Aufbau der Motor Boxen vorgenommen Folgender Zustand der Motor Box lag vor e Rohrleitungen f r K hlwasserzulauf und ablauf der W rmetauscher ist verlegt e Kraftstoffversorgung ist gew hrleistet e Rauchgasabzug ist installiert e Stromversorgung ist vorhanden e Plattform f r den Pr fstand ist vorhanden mit installierten Plattenw rmetauscher Kurzbeschreib
57. rbelstrombremse Die Leistungsbremse hat die Aufgabe den Motor in einem definierten Betriebspunkt Drehzahl und Moment zu halten Um dies zu verwirklichen muss die Drehzahl und das Moment gemessen werden Die Drehmoment und Drehzahlmessung wird in Kapitel 6 ausf hrlich beschrieben Die Abbildung 5 17 zeigt das Datenschild der Leis tungsbremse 41 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Abbildung 5 17 Datenschild Wirbelstrombremse Um den Verbrennungsmotor in einem definierten Betriebspunkt zu halten steht eine wassergek hlte Wirbelstrombremse der Firma SCHENK zur Verf gung Bei der Wirbelstrombremse handelt es sich um die W 70 diese Typenbezeichnung steht f r die maximale Bremsleistung der Wirbelstrombremse Dieses Model kann dementsprechend eine maximale Leistung von P 70 kW abbremsen Die technischen Daten sind in der Tabelle 5 2 aufgez hlt Tabelle 5 2 Technische Daten der Wirbelstrombremse Technische Daten der Wirbelstrombremse W 70 Nenndrehmoment 150 Nm Max Drehzahl 13000 1 min Nennleistung 70 KW Max anteilige Kupplungsmasse bei nmax 1 0 kg Massentr gheitsmoment 0 035 kg m Gewicht 168 kg 42 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Ein Teil der Motorleistung geht in der Leistungsbremse in Form von W rme Verlohren Diese W rmeenergie muss f r einen effizienten Betrieb und um Sch den an der Leistungsbremse zu vermeiden abgef hrt werden
58. rehen im Uhrzeigersinn f hrt die Hubspindel aus dem Antriebsgeh use heraus sto end Zusammen mit dem Ventil nimmt der Wasserdurchfluss f r die W rmetauscher ab Hinweis Ventile sind motor boxseitig falsch verbaut Die Hubspindel beh lt die Position so lange bei bis eine Nennspannung angelegt wird Regler hat erste Priorit t 10 Einstellen der Leistungsstufe an der Umw lzpumpe und Stromversorgung der Pumpe sicherstellen 11 Motorboxeinrichtungen Luftzufuhr Absauganlage Kraftstoffzufuhr Wasser zufuhr mithilfe der Steuereinrichtung der Motorbox einschalten Diese findet sich rechts au erhalb der Kabine Die Kraftstoffzufuhr wird erst in Gang ge setzt wenn die gr ne LED leuchtet Kraftstoffauswahl treffen Benzin 12 Stromversorgung am Schaltschrank sicherstellen und Hauptversorungsschalter einschalten 86 Inbetriebnahme 13 Einschalten der Volumenstrommessanzeigen Motor Starten ee Bedienelement des X Act Steuerger ts ber die On Off Taste einschalten Kennzahl f r die Anmeldung eingeben 0 f r Arbeiter 1 f r Ingenieur 2 f r Service 3 f r Verwalter Verwalter stellt h chste Hierarchieebene dar und mit der Enter Taste best tigen Erneut On Off Taste bet tigen um Schalteinheit in Bereitschaft zu versetzten Es sollte unten links nun IDLE statt Aus im Display erscheinen Ignition Taste bet tigen um die Z ndung zu aktivieren Start Taste bet tigen um den Motor zu
59. remse als Leistungsbremse auf Motor pr fst nden dient der Abbremsung des Pr flings Vorteile bieten die gute Regelbar keit und die Nutzung zur Leistungsmessung Des Weiteren werden Wirbelstrom bremsen im Fitnessbereich Nutzfahrzeugbereich f r Achterbahnen oder Messger te verwendet Die Abbildung 3 5 stellt den Aufbau einer wassergek hlten Leistungs bremse f r Motorpr fst nde dar Bremsscheibe Bremswelle Kupplungsflansch Wasserabflu mit Thermostat Erregersule Bremsgeh use K hlkammer Luftspalt Ber hrungsloser Drehzahlaufnehmer 10 St tzfedern 11 Rahmen 12 Wasserzulauf 13 Gelenk 14 Wasserablaufschlauch j a a W PS GA NM Ah oonoo Abbildung 3 8 Aufbau der wassergek hlten Leistungsbremse Bei Leistungsbremsen kommt es zur Rotation der Metallscheibe in einem Magnet feld wobei in der Scheibe Wirbelstr me erzeugt werden Diese Wirbelstr me erregen ein weiteres Magnetfeld das eine entgegengesetzte Wirkung aufweist und dadurch 15 Grundlagen die Bewegung der Scheibe hemmt Die Energie der Wirbelstr me die sich in W rme umsetzt und abgef hrt werden muss entsteht aus der mechanischen Arbeit des Verbrennungsmotors Hierbei flie t das K hlmittel Wasser in die K hlkammern der Wirbelstrombremse und nimmt die entstandene W rme direkt auf und f hrt sie ab aus 2 Die St rke der Bremswirkung ist von mehreren Parametern abh ngig e Leitf higkeit der Bremsscheibe Die induzierten
60. rmetauscher K hlwasser pumpe DEER l Zulauf ven ees l Ablauf K hlwasser Zulauf K hlwasser Ablauf HIE K hlturmwasser Zulauf LEE K hlturmwasser Ablauf K nhlfl ssigkeit Zulauf K nhlfl ssigkeit Ablauf Abbildung 5 13 Verbrennungsmotorpr fstand mit K hlkreisl ufen Es werden drei K hlmedien verwendet Die K hlung der Wirbelstrombremse besteht aus einem K hlkreislauf und wird mit K hlwasser bewerkstelligt Die K hlung der W rmetauscher besteht aus zwei K hlkreisl ufen Man unterscheidet zwischen dem prim ren und sekund ren Kreislauf Bei beiden W rmetauschern wird im prim ren Kreislauf als K hlmedium K hlwasser genutzt Im sekund ren Kreislauf des Platten w rmetauschers wird als K hlmedium K hlfl ssigkeit benutzt Die K hlfl ssigkeit 38 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand setzt sich zu 50 aus Wasser und zu 50 aus Frostschutzmittel mit Inhibitoren zum Korrosionsschutz zusammen Das K hlmittel im sekund ren Kreislauf des Rohrb n delw rmetauschers besteht aus dem l des Verbrennungsmotors Das K hlwasser wird aus einem Wassertank der sich unter der Maschinenhalle befindet gepumpt und nach dem W rmeaustausch wieder in diesen eingespeist Sollte die Temperatur des K hlwassers einen kritischen Wert bersteigen kann die Temperatur durch Zugabe von K hlturmwasser runterkorrigiert werden Jenes l sst sich mittels Einschalten der K hlwas
61. rung bietet ist eine Ableitung von Pl nen die der Verlegung von elektrischen Leitungen dient Wie der Plan f r die Verlegung der elektrischen Leitungen aussieht ist in Kapitel 6 5 zusammengefasst Es sei angemerkt dass die 3 D Modellierung keine Originalabbildung des Opel Ecotec Pr fstandes darstellt Die Planung und Veranschaulichung steht hierbei im Vordergrund Aus dem Grund finden sich einige Vereinfachungen in den 3 D Modellen Technische Zeichnungen bilden die h chste Hierarchieebene Alle 3 D Modelle sowie Zeichnungen und St cklisten sind mit der Konstruktionssoft ware CATIA V5 R19 von der Firma Dassault Systems erstellt und befinden sich im Anhang 17 3D Modelierung 4 1 Motor Box im Ausgangszustand Die 3 D Modellierung der Motorbox erforderte vor allem Grundabma e wie H he Breite Tiefe den Abstand der Gitterroste zum Boden der Motorbox Lage und Abma e der vorinstallierten Komponenten wie Plattenw rmetauscher und Doppel T Tr ger Ein weiteres wichtiges Merkmal der Motorbox ist dass sich unter dem Gitter rost nur starre Leitungen befinden sollten Das bedeutet dass sich oberhalb der Gitterroste auf der Pr fstandsebene der Pr fstand sich praktisch mit flexiblen Schl uchen an die Motorboxleitungen koppeln l sst Dies ist erforderlich da sich die Komponenten auf einem pneumatisch gesteuerten Luftkissen befinden und der Pr f stand mit seinen Anschl ssen beweglich ist Ein weiterer Vorteil ist dass sich d
62. schema Belimo Hubantriebe 138 Aus dem Anschlussschema wird ersichtlich dass die Hubantriebe jeweils zwei Lei tungen f r die Versorgungsspannung Belegungsposition 1 und 2 und zwei Leitun gen f r die Steuerung Belegungsposition 3 und 5 ben tigen Die Belegungsposition 1 ist gleichzeitig die Erdungsleitung F r die Verlegung der Versorgungsleitungen sowie der Steuerleitungen ist ein eige ner Verteilerkasten an das Gitter der Motorbox montiert Abbildung 6 25 Verteilerkasten Belimo Hubantriebe 80 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Ausgef hrte Arbeiten Anbringen eines Verteilerkastens an das Motorboxgitter Verlegen der Steuerleitungen vom Regler bzw Schaltschrank zum Verteiler kasten Legen der 24 V Gleichstromleitung vom internen Schaltkasten zum Verteiler Zusammenschalten der Versorgungsleitungen f r die BELIMO Hubantriebe Anschlie en der Steuerungsleitungen nach Anschlussschema 81 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 4 Schaltschrank Der Schaltschrank fasst nahezu alle Ger te die zum Messen Steuern und Regeln des Pr fstandes ben tigt werden zusammen So sind darin alle Anzeigen f r die Temperaturen Volumenstr me und das X Act Steuerungs und Simulationssystem verbaut Hier sei erw hnt das der Schaltschrank im laufenden Betrieb aufgrund der verbau ten Ger te W rme entwickelt Um eine berhitzung der Ger te zu vermeiden muss diese W rme ist abgef hrt werden H
63. schungsverh ltnis reduziert werden und bei zu magerem Ge misch die Kraftstoffmenge erh ht werden Durch den Messwert der Lambdasonde regelt das Steuerger t die Einspritzmenge so dass eine optimale Gemischzusammensetzung gew hrleistet ist um ideale Voraussetzungen f r die Abgasbehandlung im Katalysator zu schaffen u ere Platinelektrode Kontakt mit Abgas _ Sondenelement Geh use Umgebungsluft Innere Platinelektrode Kontakt mit Umgebungsluft im Schutzrohr Schutzrohr Abgasrohr Abbildung 6 16 Messprinzip Lambdasonde 16 Es gibt grunds tzlich zwei verschiedene Sondenarten die Sprung und die Breit bandsonden Die Sprungsonde erzeugt im betriebswarmen Zustand ab 350 eine elektrische Spannungs nderung entsprechend dem Sauerstoffgehalt im Abgas Die Breitbandsonde misst sowohl im fetten als auch im mageren Bereich u erst genau 68 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Sie hat einen gr eren Messbereich und ist auch geeignet f r den Einsatz in Diesel und Gasmotoren Aus 16 Der Opel Ecotec Pr fmotor besitzt eine Sprunglambdasonde F r die Zukunft ist eine Breitbandsonde vorgesehen Messstelle Die Lambdasonde befindet sich beim Opel Ecotec Pr fmotor vor dem Katalysator Messanzeige Es steht keine Messanzeige zur Verf gung 69 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 2 7 Messstellen in der bersicht SE AN D OUT SS OU E USWoOW
64. serpumpe durchf hren Abbildung 5 14 Kugelhahnventil Das Kugelhahnventil welches in der Zulaufleitung des K hlwassers f r die Wirbelstrombremse verbaut ist bietet die M glichkeit den K hlwassermassenstrom manuell einzustellen In Abbildung 5 14 ist das Kugelhahnventil dargestellt 39 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Der Wasserabfluss unter dem Gitterrost besteht aus starren Leitungen Hierbei handelt es sich um ein LORO Rohrstecksystem und zwar ist daf r das LORO X Stahlabflussrohr DN 70 nach DIN EN 1123 verbaut Es ist feuerverzinkt und zus tzlich innen beschichtet und bietet somit einen optimalen Korrosionsschutz We sentliches Kennzeichen ist die LORO X Zweistufenmuffe mit Spezial Dichtelementen zum problemlosen Zusammenstecken der Rohre das eine einfache Verlegung er m glicht Die Abbildung 5 15 zeigt ein gerades Rohrst ck mit dazugeh rigem Dicht element der Firma LORO Abbildung 5 15 LORO X Stahlabflussrohr und Dichtelement 40 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Im Folgendem wird geziehlt auf die einzelnen K hlkreisl ufe eingegangen und auf die an ihnen zu verrichtenden Arbeiten In Abbildung 5 16 wird der Kreislauf der wassergek hlten Wirtbelstrombremse Leistungsbremse gezeigt Kugelhahn ventil K hlwasser pumpe K hlwasser Zulauf K hlwasser Ablauf K hlturmwasser Zulauf K hlturmwasser Ablauf Abbildung 5 16 K hlkreislauf der Wi
65. sich an der Au enseite der Wirbelstrombremse befindet Die Messdaten werden an das X Act Steuerger t ge sendet Drehmomentanzeige F r die Anzeige des Drehmoments ist das Steuerger t dass zum X Act Steuer und Simulationssystem von der Firma Schenk geh rt zust ndig Auf dem Panel l sst sich bei ordnungsgem em Aufbau und Inbetriebnahme des Pr fstandes das Dreh moment die Drehzahl und die Fahrhebelstellung ablesen Abbildung 6 8 Messanzeige Drehmoment 60 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 2 4 Kraftstoffverbrauchsmessung Die Kraftstoffverbrauchsmessung wird ber eine AVL 733S Kraftstoffwaage vorge nommen die mit dem Laptop zur Messdatenerfassung mit einem RS232 Port ver bunden ist Wie die Kraftstoffwaage an den Pr fstand und die Kraftstoffzufuhrleitung der Motorbox angeschlossen ist zeigt der Anschlussplan in der folgenden Abbildung d Entl ftung Kraftstoffr cklauf Kraftstoffzufuhr Motor Kraftstoffzufuhrleitung Motorbox b gt Kraftstoffpumpe AU dr Abbildung 6 9 Anschlussplan der AVL733s Kraftstoffwaage 61 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Kapazitives Messprinzip kapazitiver wn fe LI S E dat Ai St flexible hydraulische EN Rohrfederelemente mpfeinrichtung 1 Kraftstoffversorgung 2 zum Motor 3 vom Motor 4 Entl ftungsleitung L GL F llmagnetventil Abbildung 6 10 Kapazitives Messprinz
66. ss Steuer und Regeleinrichtungen F r die Steuerung ber X Act sind verschiede Benutzer IDs mit verschiedenen Dia log Rechten vorgesehen 0 Arbeiter 1 Ingenieur 2 Service 3 Administrator Beim ersten Einschalten des Ger ts und dr cken einer beliebigen Taste erscheint ein Eingabefeld dass eines der oben genannten Kennziffern ben tigt Eine Zusammenstellung der Dialogrechte liefert die folgende Tabelle Tabelle 6 1 Dialogrechte 17 Messen 0 Arbeiter Regler 1 Ingenieur 2 1 Steuerungsparameter 1 Ingenieur 2 2 D W Bremsen 1 Ingenieur 2 3 Not Aus Regler 1 Ingenieur 2 4 RLS 1 Ingenieur Setup 0 Arbeiter 3 1 Signalgenerator 0 Arbeiter 3 2 Datenerfassung 0 Arbeiter 3 3 Motor 1 Ingenieur 3 3 1 Dynamische Eigenschaften 1 Ingenieur 3 3 2 Start Stop 1 Ingenieur 3 3 3 berwachung 1 Ingenieur 74 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 3 3 3 1 Drehzahl Drenmoment 1 Ingenieur 3 3 3 2 Druck Temperatur 1 Ingenieur 3 3 4 IO 1 Ingenieur 3 3 4 1 Drosselklappenstellung 1 Ingenieur 3 3 4 1 X 1 Ingenieur 3 4 Dyno 2 Service 3 4 1 Dynamische Eigenschaften 2 Service 3 4 2 Drehmomentfilter 2 Service 3 4 3 berwachung 2 Service 3 Administra 3 4 4 IO tor 3 Administra 3 4 4 1 Drehzahl tor 3 Administra 3 4 4 2 Drehmoment an der Welle tor 3 4 4 3 Drehmoment an der Kraftmessdo 3 Administra se tor 3 5 Gr
67. starten Mit dem Steuerger t die Drosselklappenstellung variieren Messwerte aufnehmen Auswertung siehe Kapitel 8 System Funktion Parameter Messung Ger tezustand Fernbedienung Aktuelle Werte Me Modus Auff llventil offen Mae By pass Ventil geschlossen 50 000 Fehlermeldungen Fullstand lt 0g F llrate lt 20kg h j4 50 000 0 003 kg h Ger tekennung Waager Kennung Funktions Kennungl 7335 V1 50 lAuff llen 87 Aufnahme der Messwert und Auswertung 8 Aufnahme der Messwert und Auswertung An dem Pr fstand sollen bei unterschiedlichen Drehzahlen folgende Werte aufge nommen werden e tats chliche Luftmassenstrom Mi tats in kg h e Kraftstoffverbrauch mg in kg h e Temperatur vor dem Katalysator Tvk in C e Temperatur nach dem Katalysator Tnk in C e Temperatur am K hlfl ssigkeit Zulauf Tzk in e Temperatur am K hlfl ssigkeit Ablauf Tak in e Temperatur am l Zulauf Tz in C e Temperatur am l Ablauf Tas in C e Abgasanalyse Stickstoffoxide NO Kohlenstoffmonoxid CO Kohlenstoffdioxid CO2 Sauerstoff O2 _unverbrannte Kohlenwasserstoffe HC Anhand dieser Werte soll eine Kennfeldaufnahme f r den Opel Ecotec Motor durch gef hrt werden Im Folgenden wird gezielt auf die Berechnung des Luft Kraftstoff Verh ltnisses ein gegangen 8 1 Bestimmung d
68. teuer und Regeleinrichtungen installiert und getestet werden Nach fertigstellen aller erforderlichen Einrichtungen wurden diese nochmals gr nd lich getestet f r in Ordnung befunden und f r die Inbetriebnahme freigegeben Zusammenfassend kann gesagt werden dass der Aufbau und die erste Inbetrieb nahme des Opel Ecotec Pr fstandes erfolgreich durchgef hrt wurde Der Pr fstand ist somit bereit f r die ersten Fahrversuche Ausblick auf weitere Arbeiten am Opel Ecotec Pr fstand Realisierung einer Steuerung und Reglung f r die Hubantriebe f r Hubventile der Marke Belimo Aufr sten des Pr fstandes mit einer Breitbandlambdasonde Installation eines neuen Abgassystems da einige Abgaskomponenten bereits veraltet sind _ L sungsfindung f r eine optimale Verlegung des Abgassystems Erstellen einer ausf hrlichen Kennfeldaufnahme 93 Anhang 10 Anhang Anhang 1 Kaufteile Lfd Nr Menge Gegenstand Firma 1 4 U Profil nach DIN 1026 1 Wacker amp Anders 2 1 Rotgu Reduziernippel AG AG Peter Jensen DN 50 x 32 2x1 1 3 1 45 Rohrbogen Loro X Peter Jensen 4 5 K hlerschlauch DN 32 x 4 Be Goldschmidt amp Harder triebsdruck 4 bar Betriebstem GmbH peratur 30 bis 130C 5 2 K hlerschlauch DN 40 x 5 Be Goldschmidt amp Harder triebsdruck 4 bar Betriebstem GmbH peratur 30 bis 130C 6 2 K hlerschlauch DN 45 x 5 Be Goldschmidt amp Harder triebsdruck 4 bar
69. tungen Das Regel und Leistungsteil LFE 1000 besitzt verschiedene Leiterplatten f r die Steuerung und Regelung Sie erh lt Ihren analogen Fahrhebelsollwert 10 V 100 in Abh ngigkeit von der Stellung des Schalters der Bedieneinheit LFB 1000 entweder von dem Steuerger t oder der Bedieneinheit LFB 1000 Der Schl sselschalter in der Frontplatte stellt die Vorauswahl des mechanischen Nullpunkts ein Danach wird mit der Bedieneinheit LFB 1000 das Stellglied kalibriert Mehr Informationen zum Leistungsteil LFE 1000 beinhaltet die Bedienungsanleitung Bedienteil LFB 1000 ber das Bedienteil LFB 1000 und dem zugeh rigen Regel und Leistungsteil wird ber Feinpotentiometer die Abschaltposition Fahrhebelnullpunkt 0 und der Fahrhebelendwert 100 eingerichtet Abbildung 6 21 Bedienteil LFB 1000 17 77 Mess Steuer und Regeleinrichtungen Stellglied LFM 250 Am Motorgestell ist das Stellglied LFM 250 Gleichstrommotor angebracht Er geh rt zum Zubeh r der Wirbelstrombremse und stellt ber einen sogenannten Bowdenzug die Drosselklappenstellung ein Abbildung 6 22 Stellglied LFM 250 In der digitalen Anzeige des Steuerger ts von X Act wird die Stellung des Gleich strommotors bei entsprechender Kalibrierung gleichgesetzt mit der Fahrhebelstel lung in Eine Kalibrierung ist vorgenommen 78 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 3 3 Hubantriebe f r Hubventile Die Motorbox stellt uns zwe
70. twendig sind Als Unterkonstruktion wird ein U Profil aus Stahl gew hlt das sich durch folgende Eigenschaften auszeichnet e breit gef chertes Profilsortiment das mehrere Baureihen mit unterschiedlichen geometrischen Eigenschaften umfasst sodass f r jedes Bauvorhaben das technisch und wirtschaftlich optimale Profil ausgew hlt werden kann e hoher Korrosionsschutz da an den kritischen Stellen eine maximierte Materi alst rke vorhanden ist e die Vereinigung von gro er Bauh he und Flanschst rke ergibt ausgezeichne te statische Eigenschaften F r die Auswahl eines geeigneten U Profils wurde grob eine Biegebeanspruchung durchgef hrt E ck 48 EL mit f Durchbiegung E Elastizit tsmodul in N mm I Fl chentr gheitsmoment um die y Achse in mm F Einzellast in N Balkenl nge in mm 29 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Die Durchbigung wird vereinfacht an dem Beispiel eines U Profils U 120 nach DIN 1026 1 durchgef hrt Abbildung 5 4 Durchbiegen eines beidseitig fest eingespannten Balkens mit mittiger Belas tung F Die Einzellast F berechnet sich aus F m g mit m Masse der Wirbelstrombremse Masse des Motors mit Gestell 168 kg 150 kg 318 kg g 9 81 m s Gravitationsbeschleunigung m F 318 kg 9 81 E 3120 N Gegeben E 206 000 N mm f r Baustahl nach EN 10025 ly 3 640 000 mm f r das U Profil F 3120
71. um eine GRUNGFOS Umw lzpumpe Typ GPS 15 45x20 Sie wird mit einem 220 V Wechselstrom gespeist und kann in drei Stufen betrieben werden Tabelle 5 3 stellt die drei Betriebsstufen dar 46 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Tabelle 5 3 Betriebsstufen der Umw lzpumpe I A P W n min 1 0 20 45 1300 2 0 28 60 1700 310 36 80 2050 Direkt nach der Umw lzpumpe ist ein Volumenstrommesser eingebaut das im oberen Schema nicht zu sehen ist Dazu mehr in Kapitel e Die Umw lzpumpe und der Volumenstrommesser bilden eine starre Einheit Sie sind durch Kupferleitungen die durch ein Hartl tverfahren mit Silberlot L tmaterial zusammengef gt sind miteinander verbunden Abbildung 5 24 Umw lzpumpe und Volumenstrommesser Mithilfe eines angefertigten St nders wird die Pumpe auf die H he des Zulaufs des Plattenw rmetauschers gebracht und mit einem K hlschlauch verbunden Die Verbindung vom Volumenmesser zum Verbrennungsmotor und des Ablaufs wird ebenfalls mit K hlschl uchen realisiert 47 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand Rohrb ndelw rmetauscher Rohrb ndel w rmetauscher Ser K hlturmwasser Zulauf K hlwasser LEET K hlturmwasser Ablauf i O pumpe K hlwasser Zulauf 3 i K hlwasser Ablauf e e zm es l Zulauf e e zm eme l Ablauf Abbildung 5 25 K hlkreisl ufe des Rohrb ndelw rmetauschers Wie schon erw hnt ist der
72. und Einrichten 0 Arbeiter 3 5 1 Kontrast 0 Arbeiter 3 5 2 Einheiten 0 Arbeiter 3 5 3 Sprache 0 Arbeiter 3 5 4 Login 0 Arbeiter 3 5 5 Passwort ndern 0 Arbeiter Kalibrierung 2 Service 4 1 Drehmoment an der Kraftmessdose 2 Service 75 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 4 2 Drehmoment an der Welle 2 Service 4 3 X 2 Service 5 E A Diagnose 0 Arbeiter 5 1 Bremsenkarte 0 Arbeiter 5 2 Motorkarte 0 Arbeiter 5 3 CAN 0 Arbeiter 6 3 2 Fahrhebelstelleinrichtung LSR 1000 LSR 250 Die Fahrhebelstelleinrichtung umfasst den Regel und Leistungsteil LFE 1000 das Bedienteil LFB1000 und das Stellglied LFM 250 Gleichstrommotor Sie dient dem geregelten Verstellen des Fahrhebels eines Otto oder Dieselmotors mit einer linea ren Stellbewegung bei dem Typ LSR 1000 beziehungsweise zirkular bei dem Typ LSR 250 Die Fahrhebelstelleinrichtung ist vorgesehen f r einen Betrieb mit einem Schenk Pe gasus Steuerger t Regel und Leistungsteil LFE 1000 3 l H LSR10fr1 pcx Gr ne Leuchtdiode Betriebsbereit Rote Leuchtdiode St rung Gr ne Leuchtdiode Bedienstelle LFB 1000 aktiv Rote Leuchtdiode Nullstellung Stellmotor ist blockiert Rote Leuchtdiode Endanschlag Stellmotor ist blockiert Schl sselschalter Nullpunkt Regelstange wird vorgew hlt 9 Om P Gabi A Abbildung 6 20 Leistungsteil LEE 1000 17 76 Mess Steuer und Regeleinrich
73. ung der zu verrichtenden Arbeiten e Montage der Pr fstands Komponenten auf der Plattform e Erstellen eines funktionalen K hlsystems e Realisierung der Abgasabf hrung e Verlegung der elektrischen Leitungen f r das Messsystem e Erstellen der Kraftstoffversorgung Das Verlegen der elektrischen Leitungen f r das Messsystem und das Erstellen der Kraftstoffversorgung wird in Kapitel 6 behandelt 26 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand An der Motor Box ist es notwendig einige Ver nderungen vorzunehmen Obwohl die Firma MBW Industrietechnik Service GmbH die Motor Boxen soweit installiert haben dass alle notwendigen Anschl sse vorhanden sind haben sie die Motor Boxen nicht individuell auf einen speziellen Pr fstand abgestimmt Die zu verrichtenden Arbeiten werden in diesem Kapitel detailliert beschrieben Abbildung 5 1 Ausgangszustand der Motor Box Die Abbildung 5 1 zeigt den Ausgangszustand der Motor Box w hrend in Abbildung 5 2 der fertiggestellte Verbrennungsmotorpr fstand zu sehen ist und so ein erstes Bild ber die zu verrichtende Arbeit entsteht Abbildung 5 2 Verbrennungsmotorpr fstand vorl ufige Abb 27 Anpassung der Motor Box an den Pr fstand 5 1 Montage der Pr fstandkomponenten auf der Plattform Zu den ersten Aufgaben geh rte eine L sungswegfindung f r die Montage der Pr fstandskomponenten auf der in der Motor Box vorhandenen Plattform die sich mittig im Raum befindet Verwendete Kompone
74. unktion bietet Einstellungen hinsichtlich der Bedienung wie Fernbedienung oder manuell Des Weiteren kann man hier zwischen Me Modus und Srand by Modus ausw hlen sowie ein Ger tereset durchf hren Unter Parameter lassen sich Messparameter Kalibrierparameter Hauptparameter Systemparameter DAC Skalierung und DAC Test finden DAC steht hier f r Digital to Analog Converter 65 Mess Steuer und Regeleinrichtungen ber den letzten Reiter Messungen kann man ausw hlen ob in Intervallen oder kontinuierlich gemessen werden soll 6 2 5 Luftmassenmessung Im Opel Ecotec Pr fstand kommt ein Luftmassenmesser zum Einsatz der auch bei anderen Pr fst nden der HAW Hamburg zum Einsatz kommt Da die Mitarbeiter der Hochschule f r angewandte Wissenschaften f r die Installation verantwortlich sind wird auf die Installation nicht n her eingegangen Luftmassenmesser werden haupts chlich eingesetzt um den angesaugten Luft massenstrom eines Motors bestimmen zu k nnen Heutzutage kommt entweder ein Saugrohr Drucksensor MAP Manifold Absolute Pressure oder ein Luftmassen sensor MAF Mass Air Flow zum Einsatz Bei Ottomotoren dient das Signal in erster Linie der Regelung der Kraftstoffmenge als Eingangsgr e f r das Z ndkennfeld sowie zur Bestimmung der Abgasr ckf hrrate Im Zusammenspiel mit der Lambdasonde bildet der MAF bezie hungsweise MAP einen geschlossenen Regelkreis
75. yalg ingessdwsynejgeio 7 ES anyeJadwayneinzio JNeEISI AYIQ BunssswwonsuswnjoA 1ojes jejey wap JoA anyelsduus 1ojes jejey w p yeu nye adwa H C m S V MrEISIalNIauIUIUDM Bunssa3wwonsuswnjoA Abbildung 6 17 Messstellen in der bersicht 1 2 70 Mess Steuer und Regeleinrichtungen BUNSSSWUSSSBWAYNT UNSSIWSYINEQIHAYOISYEIY Inye sdwa nejgesyaybissniyuny AIS JO einzsyaybissnyuny Abbildung 6 18 Messstellen in der bersicht 2 2 71 Mess Steuer und Regeleinrichtungen 6 3 Steuer und Regeleinrichtung Zu den im Opel Ecotec verbauten Steuer und Regeleinrichtungen geh ren motor boxseitig die Luftzufuhr Kraftstoffzufuhr Wasserzufuhr und die Absaugung des Ab gases mittels Rauchabzugshaube F r die Ansteuerung der Einrichtungen ist an der Kabine au en eine Vorrichtung zum Ein und Ausschalten der Komponenten instal liert Bereits vorinstalliert sind auch zwei Hubantriebe f r Hubventile der Marke Belimo F r die Steuerung und Regelung des Pr fstandes ist das X Act Steuer und Simula tionssystem X Act Steuerger t mit Bedientafel Fahrhebelstelleinrichtung LSR 1000 LSR 250 von der Firma Schenk aus Darmstadt zust ndig In den folgenden Kapiteln wird auf die einzelnen Komponenten des X Act eingegangen 6 3 1 X Act Steuerger t Eine Komponente des X Act Steuer und Simulationssystem ist das X Act Steuerge r t mit Bedientafel das im Folgenden abgebild

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