E_1948_Zeitung_Nr.028

IL Blatt
BERN, 23. Juni 1948 AUTOMOBIL-REVUE
II. Blatt
BERN, 23. Juni 1948
Leistung und Wirkungsgrad von
Explosionsmotoren
, Arbeit, Leistung und Drehmoment
Die physikalischen und mechanischen Grundbegriffe zur Berechnung von Leistung,
Drehmoment etc. eines Verbrennungsmotors sind eigentlich ein Gebiet der Lehrbücher
und werden dort ausführlich behandelt. Da aber die Versorgung mit Fachliteratur in
deutscher Sprache heute noch immer nicht spielt und wohl aus diesem Grund die
Fragen nach jenen Begriffen dauernd wieder gestellt werden, sei in der nachstehenden
Arbeit eine UebSrsicht über diese Zusammenhänge gegeben, die für den Ingenieur und
Techniker längst Bekanntes wiederholt, dem Studenten und dem sich Weiterbildenden
Mechaniker und Laien aber nützlich sein können. Die Art der Abhandlung'bietet nur
demjenigen etwas, der die technischen Elementarbegriffe beherrscht; eine allgemeinverständliche
Darstellung sei einer anderen Gelegenheit vorbehalten.
Im technischen Maß6y6tem sind die Einheiten
für die Kraft P 1 kg, den Weg s 1 m, die Zeit t
1 Sekunde. Die aus diesen Grundgrössen abgeleiteten
Begriffe werden diesen Einheiten entsprechend
gemessen. So ist die mechanische Arbeit —
Kraft mal Weg (in der Kraftrichtung wirkend), und
die Einheit der Arbeit ist ein mkg. Die Geschwindigkeit,
der Weg in der Zeiteinheit, wird in m/sec
gemessen. Ist sie in km/h angegeben, 60 erfolglt die
Umrechnung durch
v(km/h)
v (m/sek) = ———-
Die Arbeitsgeschwindigkeit, bei der 1 mkg in einer
Sekunde geleistet wird, heisst Leistung. Die Leistungseinheit
ist 1 mkg/sec, und man erhält die Leistung
dadurch, dass man die Gleichung für die Arbeit
A = P.s kgm beiderseits durch die Zeit t dividiert.
Dann ist die Leistung
Eine grössere Leistungseinheit ist 1 Pferdestärke
(1 PS) = 75 mkg/sec = 3600.75 = 270 000
mkg/h. Die Leistung, ausgedrückt in PS, ist daher
P • v
(2)
Zur Illustration dieser Begriffe seien zwei Beispiele
angeführt:
a) Zieht ein Pferd mit einer Zugkraft P =
40 kg an den Strängen und ist seine Geschwindigkeit
v = 6 km/h, so ist seine Arbeitsleistung
L = P . v mkg/sec, wobei v in m/sec einzusetzen
ist. Seine Leistung in PS beträgt also
40-6 240 8
N =
75 . 3,6
=
270
= -
9
tv 1 PS
Bei einer Arbeitszeit von 8 Stunden =
28 800 sec würde das Pferd eine Arbeit von
75.28 800 = 2160 000 mkg leisten.
b) Im Gebirge kann ein Mann etwa 300 m
in der Stunde steigen. Beträgt sein Gewicht 80
kg, so leistet er dabei
SO • 300 20
N — •—;— —' = ~— tv> */in PS
Bei einer achtstündigen Tour würde der
Mann eine Arbeit von 75.28 800 = 216000 mkg
leisten.
Wirkt eine Kraft P am Umfang eines Kreises
vom Radius r Meter, so beträgt ihre Leistung ebenfalls
L = P v mkg/sec. Ist die Drehzahl der Wellen
n Umdrehungen/Minute, so ist die Geschwinund
damit die Leistung
2 • r • n • n
T, _ P .— _
L = P • — = P • v mkg/sek (1)
digkeit am Radumfang v = — m/sek
60
60
V 30 /
Der eiste Klammerausdruck stellt das Drehmoment
M, der zweite die Winkelgeschwindigkeit
ft) dar, womit sich die Beziehung zwischen Leistung
und Drehmoment
ergibt.
I 71 • n \
(P • r) • —— mkg/sek
N = ^ P S (3)
Anwendung aui den Explosionsmotor.
Wie Abb. 1 zeigt, kann die Explosion6kraft P
in zwei Komponenten, den Normaldruck N und die
Stangenkraft S zerlegt werden. Die letztere wird
durch die Pleuelstange auf den Kurbelwellenzapfen
Abb.!
Zerlegung der Kolbenitraft in ihre radiale und tangentiale
Komponenten.
k übertragen, wo sie ebenfalls in zwei Komponenten,
den Radialdruck R und die Tangentialkraft T
zerlegt werden kann Während R vom Kurbelwellenlager
aufgenommen wird und nur den Lagerdruck
beeinflusst, kommt für die Leistungsübertragung
nur die Tangentialkraft T in Betracht. Sie
wirkt an einem Hebelarm r von der Grosse des
halben Hubes und erzeugt daher ein Drehmoment
der Grosse M = T. r kgm. Die Grosse des TanT
gentialdrucks hängt von der Höhe des Drucks auf
den Kolben und der Stangenstellung, also den Winkeln
a und ß ab, wie aus der Geichung
P
hervorgeht.
Aus dem Tangentialdruckdiagramm Abb. 2 ist
ersichtlich, dass die Grosse des Tangentialdrucks
und damit die des Drehmoments am Kurbelwellenzapfen
k und der Drehgeschwindigkeit der Kurbelwelle
stark veränderlich ist. Diese Schwankungen
werden durch das Schwungrad ausgeglichen. Bei
mehreren Zylindern bessern sich die Verhältnisse,
und bei einem Sechszylinder treten nur mehr geringe
Schwankungen auf.
WO 360 SUO 720
Abb.2 ...
Das Tangentialdruckdiagramm.
Die Motorleistung,
Es gibt zwei Möglichkeiten, die von einem Motor
erzeugte Leistung zu messen: Es kann entweder
die nutzbar abgegebene, effektive Leistung Ne
direkt oder die dem Arbeitswert des Kraftstoffs
entsprechende Leistung, die sogenannte indizierte
Leistung Ni gemessen und aus dieser aui Ne geschlossen
werden.
a) Die effektive oder Brerasleistung
Ne.
Darunter wird die tatsächlich vom Motor erzeugte
und am Schwungrad feststellbare (abgebremste)
Motorleistung verstanden. Sie wird dadurch
bestimmt, dase das erzeugte Drehmoment M
Abb.3
Der Pronysche Zaum, das bekannteste Gerät zum Messen des
Drehmomentes vnd der Leistung.
gemessen und mittels Gleichung (3) auf die effektive
Leistung Ne umgerechnet wird. Dieses «Abbremsen
> des Motors kann am einfachsten mit
dem Prony-Zaum (Abb.3) erfolgen. Das Drehmoment
am Schwungradumfang ist M = R.r und
ist gleich dem Brem6moment Q. 1. Nach Gleichung
(3) ist
M • a> M«3r-n M '• n • (Q
Ne
PS
75 75-30 716 716
Abb. 4
Hydraulische Leistungsbremse.
Die viertürige Limousine mit vier Fenstern. Auffallende Unterschiede gegenüber den bisherigen Ford-Typen sind die seitlich
ausgebaute Karosserie, die geringe Gesamthöhe sowie die Stufe der Silhouette mit separatem Kofferraum. Weitere
Karosserien sind eine zweitürige Coach, ein zweitüriges, vierfenstriges Coupe sowie ein zweitüriges Cabriolet.
Wird der Hebelarm 1 = 0,716 m gewählt, 6O ergibt
sich die einfache Beziehung
Ne
1000 PS
Demselben Zweck dient die hydraulische
(Froude-) Bremse (Abb. 4), bei der die Achse
des zu bremsenden Rades mit einer Kreiselpumpe
verbunden ist. Je mehr Leistung auf die Pumpe
übertragen wird, um so stärker wird das drehbar
gelagerte Pumpengestell mitgenommen. Bei der
elektrischen Bremsung verdreht die vom
Motor angetriebene Dynamomaschine ihr drehbar
gelagertes Gehäuse, wobei auf einer Waage die
Belastung Q abgelesen wird, aus der sich die Leistung
wie oben ergibt.
Bei den Windflügelbremsen wird dagegen
der Luftwiderstand gemessen, dem eine rotierende
Platte von bekanntem Flächeninhalt F
ausgesetzt ist. Beträgt dieser Widerstand W kg, so
ist die
W • v
effektive Motorleistung N e = • „, PS
Bei der direkten elektrischen Messung
ist eine Dynamomaschine direkt mit der Motorwelle
gekuppelt und erzeugt elektrischen Strom.
Wird dabei z. B. eine Spannung von 220 Volt bei
einer Stromstärke von 15 Ampere festgestellt, so
ist die elektrische Leistung 220.15 = 3300 Watt.
Da 1 PS = 736 Watt ist, so entspricht die elektrische
Leistung
3300
Ne,= — = 4,5 PS
woraus 6ich die Motorleistung — bei bekanntem
elektrischem Wirkungsgrad — mit
2 • S-n
und, da-
mittlere Kolbengeschwindigkeit
60
Cm m/sec, so ergibt sich für die Leistung in PS
ergibt
Ne =
«.. ~n an Wel 0,90
b) Die indizierte Motorleistung Ni.
Sie stellt die dem Wärme- (Arbeits)wert des
Brennstoffs entsprechende Leistung abzüglich der
unvermeidlichen thermischen Verluste innerhalb
der Maschine dar und wird deshalb als indizierte
Leistung bezeichnet, weil sie aus dem Indikatordiagramm
(siehe weiter unten) bestimmt werden
kann. Im folgenden bedeuten:
D Zylinderbohrung in cm; S Kolbenhub in m;
p Druck auf den Kolben in kg/cm J ; c m mittlere
Kolbengeschwindigkeit in m/sec (ca. 2 bis 15
m/sec}; F Kolbenfläche in cm 2 ; v c Volumen de6
Kompressionsraumes in cm 3 ; vh Hubvolumen eines
Zylinders in cm"; Vh = i. vh =? Gesamthubvolumen
in allen i Zylindern in cm 3 .
v c + Vn
e =
Der neue Ford
(Von unseren amerikanischen Mitarbeitern)
= 6 PS
Seit letzten Freitag rollen von den Fliessbändern
in Dearborn die ereten Exemplare des neuen
Ford, der soeben herausgekommen ist. Das Modell
1949, das man echon vor einiger Zeit erwartet
hatte, bedeutet für Ford insofern eine Umwälzung,
als damit eine vollständige Anpassung an die heutige
technische Linie der amerikanischen Industrie
vollzogen wurde. Ford gibt damit einige konstruktive
Ideen, die seit der «Tin Lizzie» bei allen
Ford-Produkten angewendet worden waren, auf.
In seiner Formgestaltung hat der neue Ford
ausserordentlich gewonnen. Er ist niedrig (158 cm
beladen), langgestreckt, aber nicht übermässig lang
(5 m) und in seiner Breite verhältnismässig bescheiden
(182 cm). Der Motor ist nach vorn geschoben
und die Sitze liegen noch besser als bisher innerhalb
des Radstandes. Die Linienführung ist bemerkenswert
elegant, ohne allzu wuchtig zu wirken.
Innen haben die Karosserien alle an Breite gewonnen,
obwohl im Interesse der Wendigkeit die äussere
Breite und auch die Spurweite hinten etwas
reduziert wurden.
Wie bisher wird der. Ford mit einem V-&V oder
einem Sechszylindermotor, beide mit annähernd
4 Liter Hubraum, geliefert. Die Bremsleistungen
betragen 100 PS für den Achtzylinder (wie bisher),
95 PS (ako 15 PS mehr) beim Sechszylinder. An den
Motoren wurden Detailverbesserungen in der Ansaugleitung
'und der Kühlung eingeführt; der Treibstoffverbrauch
wurde etwas reduziert.
AWWeiferutfgen^sei einmal die Einführung eines
gegen; Aufpreis erhältlichen Schnellgangs erwähnt.
Ferner wurde das Fahrgestell vollkommen neu gestaltet
und besitzt, wie heute alle Personenwagen
der Ford-Geselkchaft, vorne Einzelradaufhängung
mit Dreieck-Querlenkern und Schraubenfedern,
hinten dagegen eine Starrachse mit Halbelliptikfedern.
In Amerika wird der neue Ford bereits geliefert
und kostet etwa 8 % mehr als seine Vorgänger, was
in Anbetracht der gestiegenen Kosten als bescheiden
angesehen wird. Es ist damit zu rechnen, dass
er erst im Herbst in den ausländischen Montagewerken
gebaut wird (was sich auch auf schweizerische
Lieferungen bezieht. Red.).
Henri Ford II (rechts) und sein Bruder Benson vor dem neuen
Erzeugnis ihres Werkes. Das Gesicht des Ford 1949 erhält durch
das kreisrunde Motiv in der Mitte seine eigene Prägung; die
Front ist nicht überladen.
Wegen des während des Arbeitstaktes stafk
schwankenden Drucks erweist es sich als vorteilhaft,
mit einem mittleren indizierten Druck pi m zu
rechnen, dessen Grosse im Durchschnitt 6 bis 9 kg/
cm- beträgt. (Ueber die Bestimmung von phn 6lehe
weiter unten.) Damit ist die bei einem Hube geleistete
Arbeit
Ai = T>3
Bei n Umdrehungen der Kurbelwelle in der
nute macht der Kolben 2. n Takte/Minute,
2 • S • n
Mialso
Takte in der Sekunde. Da jeder 4. Takt ein
60
%• n
Arbeitstakt ist, so ergeben sich da'bei Arbeits-
4-60
takte/Sekunde. Demnach ist die vom Kolben sekundlich
geleistete Arbeit
Abb. 5a
Indikatordiagramm
eines Viertaktmotors.
F • Cm • im
300
J? • S • Phn mkg
Mit F m 3 - 100.F dm= und Sm = »/«.S dm
wird
Ni =
900 900
Die indizierte Leistung ist also vom Gesamthubvolumen
(Literinhalt),, der Drehzahl und dem mittleren
indizierten Druck abhängig. Der letztere
hängt von der Konstruktion der Maschine und in
erster Linie vom Verdichtungsverhältnis e ab. Ein
hohes VerdichtungsverlT' - ; s hat einen gro6sen
mittleren indizierten Druck und damit eine Leistungssteigerung
zur Folge. Der Höhe von e sind
aber mit Rücksicht ?uf die Eigenschaften des
Brennstoffs (Selb' dlichkeit und Klopfneigung)
Grenzen gi Jer Wert von e liegt im
allgemeinen zwischen 6 und 8.
(Fortsetzung Seite 13)
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