Technische Beschreibung Motorprüfstand

Allgemeines
Prüfstandsaufbau
Der Motor
Die Leistungsbremse
Die Meßdatenerfassung, der PC
Die Meßdatenerfassung, der PC

Allgemeines

Die Ausbildung im deutsch-französichen Studiengang Fahrzeugtechnologie im Fachbereich Mechatronik erfordert, daß die Studenten Zugang zu modernster Motorenprüftechnik erhalten. Hierzu wurde in der Halle des Fachbereiches Maschinenbau ein Motorprüfstand eingerichtet (s. Bild 1), der auch vom Maschinenbau genutzt wird.

Bild 1: Motorprüfstand

Prüfstandsaufbau

Der Prüfstand umfaßt folgende Kernkomponenten:

• Motor
• Leistungsbremse
• Meßdatenerfassung
• PC
• Elektronisches Gaspedal
• Gebläse

Der Motor

Beim Motor handelt es sich um einen Triumph-Motor. Die technischen Daten sind aus Tabelle 1 ersichtlich.

Tabelle 1: Technische Daten des Motors

Der Motor wurde von der Firma ADI zur Verfügung gestellt und wird bei der Triumph-Competition eingesetzt. Auf dem Prüfstand kann dann die durchgeführte Leistungssteigerung exakt überprüft werden.

Die Leistungsbremse

Die Leistungsbremse (Fabrikat Borghi & Saveri) wurde von der Firma AV zur Verfügung gestellt. Es handelt sich um eine wassergekühlte Wirbelstrombremse, die verschiedene Kennlinien durchfahren kann. Die Steuerung erfolgt über ein Steuergerät, das sowohl manuell als auch über den PC bedient werden kann. Die Bremse ist über eine Gelenkwelle mit Drehschwingungsdämpfer mit der Schwungscheibe des Motors verbunden. Die technischen Daten sind aus ersichtlich.

Tabelle 2: Technische Daten der Leistungsbremse

Die Meßdatenerfassung, der PC

Die Größen, die gemessen werden, sind aus Tabelle 3 ersichtlich. Die schnellen Signale (Kraft, Beschleunigung, Zylinderinnendruck) werden mit einem 60 MHz-Digitalspeicheroszilloskop erfasst. Für die Auswertung der schnellen Meßdaten wird die Software HP-VEE (Visual Engineering Environment) von Hewlett Packard eingesetzt. Mit HP-VEE lassen sich ebenfalls die Geräte (Digitalspeicheroszilloskop, Counter, Digitalmultimeter), die über den IEC-Bus mit dem PC vebunden sind, parametrieren.

Die Signale mit einer geringeren Dynamik (z. B. Temperatur) werden mit einer Burr-Brown-Erfassungskarte und der Software Morphée in den PC eingelesen. Morphée beinhaltet weiterhin eine Auswerte- und Archivierungsmöglichkeit.

Der PC (166 MHz Pentium, 32 MB Hauptspeicher) läuft unter dem Betriebssystem Windows 95 und ist in das Hochschulnetzwerk eingebunden, so daß die Meßdaten von allen PC gelesen werden können. Eine Aufrüstung des PC mit dem ProShare-Videosystem ist vorgesehen.

Tabelle 3: Meßgrößen

Das elektronische Gaspedal

Bild 2 zeigt den mechanischen Aufbau des elektronischen Gaspedals. Der Servomotor treibt über eine spielfreie Kupplung eine ebenfalls spielfreie Kugelgewindespindel an. Die Spindel ist in einem Gehäuse gelagert. An der Spindelmutter ist ein Bowdenzug befestigt, der die Drosselklappe des Vergasers betätigt. Die Bowdenzughülle stützt sich auf dem Gehäuse ab. Durch die hohe Dynamik des Servomotors sind Drosselklappensprünge, wie sie im Fahrbetrieb vorkommen, genau produzierbar.

Bild 2: Aufbau des elektronischen Gaspedals

Die Sollwertvorgabe für die Drosselklappenstellung kann sowohl von Hand als auch vom PC vorgegeben werden. Dadurch können reproduzierbare Fahrzyklen realisiert werden.

Die Konstruktion war Gegenstand einer Studienarbeit.

Tabelle 4: Technische Daten des Gaspedals

Das Gebläse

Das Gebläse hat die Aufgabe den fehlenden Fahrtwind zu ersetzen und die Kühlung des Motors zu gewährleisten. Es ist auf einem fahrbaren Gestell angeordnet. Die Drehzahl des Ventilators ist in Stufen verstellbar. Der maximale Luftvolumenstrom beträgt 10000 m³/h.

Studienarbeiten

Zur Zeit führen drei Studenten Studienarbeiten am Prüfstand durch.

Studienarbeit für Mirko Trefzer

Thema: Untersuchung des Ventiltriebes eines Triumph-Motors

Das Leistungsdiagramm eines TR4-Motors zeigt im Bereich 4700 min^-1 bis 6000 min^-1 keinen weiteren Leitsungsanstieg, obwohl eigentlich einer zu erwarten wäre. Es wird vermutet, daß die Nockenwellendrehung und die Ventilbewegung nicht in Phase sind. Bild 3 zeigt den prinzipiellen Aufbau eines Ventiltriebes eines Triumph-Motors.

Bild 3: Funktionsschema Ventiltrieb TR4

Die untenliegende Nockenwelle treibt über eine Stösselstange einen Kipphebel an. Der Kipphebel öffnet das Ventil. Der Schließvorgang wird durch die Rückstellkräfte der zwei Ventilfedern realisiert.

Um o. a. Vermutung zu überprüfen, soll der Ventiltrieb untersucht werden.

Aufgabenstellung:

1. Bestimmung der Parameter (Federkennlinie, Nockenform etc.) des Modells
2. Mathematische Modellierung des Ventiltriebes
1. Simulation mit Simulink

Betreuer: Prof. Dr. Iancu, Dipl.-Ing. Scherf

Studienarbeit für Ralph Merkel und Mario Ströhm

Thema: Realisierung einer Lambda-Regelung

Für einen getunten TR4-Motor soll eine Lambda-Regelung aufgebaut werden. Bild 4 zeigt den prinzipiellen Aufbau einer solchen Regelung. Der Sauerstoffgehalt wird im Abgas gemessen und mit dem Sollwert verglichen. Aufgrund der Abweichung öffnet oder schließt eine Bypass-Drosselklappe, wodurch das Gemisch abgemagert oder angefettet wird. Der Motor soll im fetten Bereich betrieben werden. Da die vorhandene Totzeit von der Drehzahl abhängig ist, kann die Regelung nicht beliebig schnell gemacht werden. Aus diesem Grunde ist eine Vorsteuerung vorzusehen.

Bild 4: Aufbau einer Lambda-Regelung

Aufgabenstellung

1. Mathematische Modellierung des Systems
2. Entwurf des Reglers und der Vorsteuerung
1. Simulation mit Matlab/Simulink
1. Realisierung des Reglers auf einem Controller
2. Inbetriebnahme am Prüfstand

Betreuer: Prof. Walter, Dipl.-Ing. Scherf

Studienarbeit für Thomas Isbary

Thema: Aufnahme des Istzustandes eines TR4-Motors

Ein getunter TR4-Motor wird bei speziellen Oldtimer-Rennen eingesetzt. Die Güte weiterer Tuningmaßnahmen und Veränderungen (z. B. Kennfeldzündung, Lambda-Regelung) wird später auf dem Prüfstand untersucht und bewertet. Hierzu ist es erforderlich, daß der Istzustand zunächst aufgenommen wird.

Bild 5: Lastdiagramm, p-V-Diagramm

Aufgabenstellung:

1. Installation der Prüfstandssoftware Morphée und Parametrierung der Meßkanäle
2. Erstellung eines Morphée-Programmes zur Aufnahme der Drehmoment/Drehzahl-Kennlinien für Vollast und Teillast (s. Bild 5)
1. Messung der indizierten Motorleistung Berechnung des indizierten Motorwirkungsgrades
2. Aufnahme der Klopfgrenze (Kennfeld) des betriebswarmen Motors als Funktion der Drehzahl und der Last

Betreuer: Prof. Walter, Dipl.-Ing. Scherf

Sponsoren

ADI

Rennmotor

Werkstattarbeiten am Prüfstand

AV

Am Bauhof 14

64897 Dieburg

Tel.: 06071/1639

Fax: 06071/1659

Leistungsbremse

Bosch

Luftmassenstrommesser

Lambdasonden

Endress & Hausser

Massenstrommesser