DE1939854A1 - Verfahren zur Feststellung der Undichtheit von Brennraeumen in Kolben-Brennkraftmaschinen - Google Patents
Verfahren zur Feststellung der Undichtheit von Brennraeumen in Kolben-BrennkraftmaschinenInfo
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Description
™ ^!Τί 233-14.82DP p.b. 1909
Dlpl.-lng. R. Beetz u.
Dipl.-Ing. Lamprecht ,
Polytechna podnik zahranicniho obchodu pro zprostredkovani
technicke spoluprace, PRAG (Tschechoslowakei)
Verfahren zur Feststellung der Undichtheit von
Brennräumen in Kolben-Brennkraftmaschinen
Brennräumen in Kolben-Brennkraftmaschinen
Beim Betrieb von Kolben-Brennkraftmaschinen verschlechtert sich die Abdichtung ihrer Brennräume, insbesondere durch allmählichen
Verschleiß oder Fressen der Kolbenringe und Abbrand der Ventilsitzflächen. Durch die Verschlechterung der Abdich-,
tung sinken die maximalen Verdichtungsdrücke und Temperaturen ab, wodurch der Ablauf des Verbrennungsprozesses, bei Dieselmotoren
die Rauchfreiheit, der Verbrauch an Kraftstoff und die AnlaSeigenschaften ungünstig beeinflußt werden.
Zur Messung der Dichtheit von Brennräumen in Kolben-Brennkraftmaschinen
werden verschiedene Systeme von Druckmessern
und andere Einrichtungen benutzt, mit deren Hilfe der Stoffverlust jenes Teiles der Arbeitszylinderfüllung gemessen werden kann, der durch die mangelnde Abdichtung der Kolben oder Ventile abströmt. Ein gemeinsamer Nachteil aller dieser Einrichtungen 1st die Notwendigkeit, einige Bestandteile des kontrollierten Motors auszubauen.
und andere Einrichtungen benutzt, mit deren Hilfe der Stoffverlust jenes Teiles der Arbeitszylinderfüllung gemessen werden kann, der durch die mangelnde Abdichtung der Kolben oder Ventile abströmt. Ein gemeinsamer Nachteil aller dieser Einrichtungen 1st die Notwendigkeit, einige Bestandteile des kontrollierten Motors auszubauen.
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Es ist daher Aufgabe der Erfindung, diesen Nachteil bekannter
Verfahren zu überwinden.
Das Verfahren zur Feststellung der Undichtheit von Brennräumen
in Kolben-Brennkraftmaschinen ist gemäß der Erfindung
dadurch gekennzeichnet, daß das Anwachsen des mechanischen Widerstandes beim Durchdrehen des Motors mittels einer äußeren Energiequelle
festgestellt wird, wobei das Anwachsen durch die Irreversibilität des Arbeitsprozesses der gasförmigen Zylinderfüllung als
Maß der festgestellten Undichtheit gegeben ist.
Der zu prüfende Motor kann mittels eines elektrischen Anlassers durchgedreht werden, der seinen Strom einer Akkumulator-Batterie
entnimmt, oder auch durch eine andere äußere elektrische Energiequelle, wobei die mittlere Größe der dem Anlasser zugeführten
Leistung und die erreichte mittlere Geschwindigkeit des Durchdrehens gemessen werden, da diese Größen ein Maß der
festgestellten Undichtheit darstellen.
Bei der Feststellung der Undichtheit von Dieselmotoren
wird der Motor ohne Kraftstoffzufuhr durchgedreht.
Bei der Peststellung der Undichtheit von Ottomotoren
wird der Motor mit abgeschalteter Zündung durchgedreht«
Durch das Verfahren gemäß der Erfindung kann man auch Uhdichtheiten
einzelner Brennräurae von Mehrzylindermotoren feststellen,
indem der zeitliche Verlauf der zugeführten Leistung oder der Stromaufnahme des elektrischen Anlassers gemessen wird,
wobei auf den undichten Brennraum aus der auffallend erniedrigten Amplitude des Verlaufes und der ihr nachfolgenden vergrößerten
Amplitude geschlossen wird.
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Der wesentliche Vorteil der Lösung gemäß der Erfindung ist die Möglichkeit, Informationen über die Dichtheit von
Brennräumen als einen der Hauptfaktoren bei der Bewertung des technischen Zustandes von Kolben-Brennkraftmaschinen, ohne
jeglichen Ausbau von Motorteilen, zu gewinnen, gegebenenfalls
auch als Fernmessung und innerhalb weniger Sekunden.
Wird ein undichter Motor durchgedreht, z.B. mittels eines
elektrischen Anlassers, so treten im Laufe Jeder Verdichtung Wärmeverluste durch Wärmeübergang an die kalten Wände der
Verdichtungsräume, sowie auch Teilverluste der Arbeitsfüllung in den Zylindern durch Undichtigkeit auf.
Infolge dieser Verluste ist die Geschwindigkeit der Druckänderungen im Zylinder beim tatsächlichen Verdichtungshub niedriger
als bei idealer verlustfreier Verdichtung.
Beim Expansionshub des durchgedrehten undichten Motors
dauern aber die Wärmeverluste und auch die Verluste der Arbeitsfüllung in den Zylindern an und beschleunigen dadurch die Druckerniedrigung
im Zylinder. Infolge dieser Verluste ist die Geschwindigkeit der Druckänderungen beim Expansionshub des undichten
Motors immer größer als bei idealer verlustfreier Expansion. Daraus ist ersichtlich, daß beim Durchdrehen eines undichten
Motors im Verlauf der Expansion ein Zustand eintreten muß, wo der Druck im Zylinder auf den Wert des Atmosphärendruckes absinkt
und im weiteren Teil des Expansionshubes, bis zur öffnung der Auslaßventile, im Zylinder sogar ein gewisser Unterdruck
auftritt.
Aus diesen Überlegungen geht hervor, daß der Arbeitsprozess im Zylinder nicht umkehrbar ist und die Arbeit beim
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Kompressionshub immer größer als die beim Expansionshub sein
muß. Bezeichnet man den Unterschied zwischen der Kompressionsund Expansionsarbeit mit "Irreversibilität" des Arbeltsprozesses*
dann läßt sich sagen, daß mit wachsender Undichtheit der Verbrennungsräume auch der Wert der Irreversibilität des Arbeitsprozesses ansteigt.
In der Zeichnung sind einerseits Diagramme abgebildet« mit
deren Hilfe Ausftihrungebeispiele des Verfahrens zur Peststellung
von Undichtheiten gemäß der Erfindung erläutert sind, und andererseits die Schaltbilder von elektrischen Schaltungen» wie sie bei
dem Verfahren benutzt werden. Es zeigen:
Flg. 1 ein abgewickeltes Druckdiagramm eines Dieselmotors
mit unterschiedlich dichten Zylindern;
Fig. 2 das Schaltbild einer MeIeinrichtung bei Verwendung
eines Anlassers und einer Akkumulatorbatterie zum
Durchdrehen des Motors;
elektrische Energiequelle zum Antrieb des Anlassers abgebildet ist;
Fig. 4 in einem Diagramm den Zusammenhang zwischen Antriebsleistung des Anlassers und dessen Drehzahl für einen
bestimmten Typ der untersuchten Motoren; und
Die der Erfindung zugrundeliegende Erkenntnis, daß mit
wachsender Undichtheit der Brennräume eines Kolbenmotors auch
die OrSSe der Irreversibilität des Arbeitsprozesses ansteigt,
ist aus dem Verlauf der Verdichtungsdrücke in Fig. 1 ersieht-
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Hch, in welcher als Beispiel ein abgewickeltes Druckdiagramm
eines unterschiedlich dichten Dieselmotors vom Verdichtungsverhältnis 15 : 1 gezeigt 1st. Auf der Ordinate sind die absoluten Werte der Zylinderdrücke aufgetragen, auf der Abszisse
die Werte der abgewickelten Bahn des KurbelZapfens. Punkte 1
bezeichnen den unteren Totpunkt, ein Funkt 2 den Beginn der Verdichtung im Augenblick der Einlaßventil-SohlieÖung, ein
Punkt 3 den oberen Totpunkt und ein Punkt 4 das Ende der
Expansion, gegeben duroh das Offnen des Auslaflventlles.
Blne Kurve A bedeutet den idealen verlustlosen Verlauf
des Zylinderdruokes, der zum oberen Totpunkt 3 des Kolbens
völlig symetrisch ist. Eine Kurve B zeigt den tatsächlichen Druokverlauf im Zylinder eines neuen Motors. Eine Kurve C stellt
den tatsächlichen Verlauf des Zylinderdruckes in einem Motor mit starkem Zylinderverschleiß dar und eine Kurve D den Druckverlauf in einem für einen weiteren Betrieb ungeeigneten Motor.
Aus Pig. 1 geht hervor, daß mit wachsender Undichtheit auoh der Wert der Irreversibilität des Arbeitsprozesses ansteigt.
Hält man den Wert des Reibungswiderstandes konstant und dreht man den gegebenen Motor mit bestimmten konstanten mittleren
Drehzahlen duroh, so erkennt man, daß mit wachsender Undichtheit der Verdiohtungsräume auch der Mittelwert des gesamten
Motorwiderstandes gegen das Durchdrehen ansteigt.
Duroh viele Messungen des Erfinders 1st festgestellt worden, daß man für die Bestimmung des Mittelwertes des Gesamtmotorwiderstandes gegen das Durchdrehen zweokmäiigerweise
einen elektrischen Anlasser verwendet, der an eine hinreichend starke Gleichstromquelle angeschlossen 1st. Als Oleichstromquelle
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können elektrische Akkumulatoren verwendet werden, und z.B.
bei Fahrzeugen, die mit Steckdosen zum Anschluß an äuflere
Stromquellen ausgestattet sind, kann man eine beliebige Gleichstromquelle benutzen, die sich zum Anlassen der Motoren eignet.
Das Anwachsen des gesamten Motorwiderstandes gegen das Durchdrehen mittels eines elektrischen Anlassers infolge der
verschlechterten Dichtheit zeigt sich unter sonst gleichen Bedingungen durch eine erhöhte Anlasserleistung bei gleichzeitigem Drehzahlabfall. Weil man die Abtriebsleistung des
elektrischen Anlassers nicht direkt messen kann, sieht die Erfindung eine Messung der Leistung der Energiequelle, die
der Antriebsleistung des Anlassers proportional ist, und eine Messung der entepreohenden Drehzahl, mit der der Anlasser den
Motor durchdreht, vor.
Zur richtigen Messung 1st aber die Benutzung eines geeigneten Verfahrens notwendig, welches den Binflui aller störenden
Faktoren ausschließt, die die Meiergebnisse beeinflussen könnten.
Dieses Meßverfahren geht z.B. davon aus, dafl die inner vorhandene Komponente des gesamten Motorwiderstandes gegen das Durchdrehen, d.h. der Reibungswiderstand, konstant bleibt. Deshalb
ist es nötig, die Messungen bei einer bestimmten ülviskosität
durchzuführen, die eine Funktion der oltemperatur ist. Für
kleinere Abweichungen von der erforderlichen Temperatur oder Viskosität muß eine Korrektur am gemessenen Wert der Antriebsleistung des Anlassers angebracht werden.
Beim Durchdrehen des Motors mittels eines Anlassers ändern
sich im Verlauf einer Umdrehung die momentanen Widerstandswerte
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gegen das Durchdrehen* damit auch die Werte der Winkelgeschwindigkeit
der Umdrehung* Zur Bestimmung der Dichtheit eines
Mehrzylindermotors-als Maß seinfes Gesamtverschleißes ist es
nötig, die Mittelwerte der Drehzahlen und der Antriebsleistung
des Anlassers zu messen. Dies läßt sich leicht durch die Benützung
von Meßeinrichtungen mit hinreichender Dämpfung erzielen.
Im Schaltbild von Fig. 2 ist eine Meßeinrichtung zur Messung
der Betriebsleistung des Anlassers an Kolben-Brennkraftmaschinen schematisch dargestellt» welche mit einem elektrischen Anlasser
5 und einer Akkumulatorbatterie 6 ausgerüstet sind. Der Anlasser
wird durch das Einsehalten eines Hauptschalters 7 und eines SohUtzes 8 in Betrieb genommen. Ein Voltmeter 9 und ein Amperemeter
10 sind in Serie zwischen den Anlasser 5 und die Akkumulatorbatterie
6 geschaltet.
Im Schaltbild von Fig. 3 ist eine Meßeinrichtung zur
Messung der Betriebsleistung des Anlassers von Kolben-Brennkraftmaschinen
gezeigt« die mit einem Anlasser 5* einer Akkumulatorbatterie
6 und einer Steckdose 11 für ein Starten des Anlassers 5 von außen ausgestattet sind, wobei die Steckdose 11
ein Durchdrehen des Motors mittels einer äußeren elektrischen Energiequelle 12 auch dann erlaubt, wenn ein Hauptsohalter f
nicht eingeschaltet 1st. Ein Voltmeter 9 und ein Amperemeter 10 befinden eich dann außerhalb und ermöglichen so eine Fernmessung
der Antriebsleistung des Anlassers 5«
Die Drehzahlen des durchgedrehten Motors werden auf irgendeine
an sich bekannte Art gemessen. Bei Ottomotoren, an welchen
beim Durchdrehen zwecks Feststellung der Dichtheit ihrer Verdichtungeräume
die Kabel von den Zündkerzen abgenommen werden, kann
man vorteilhafterweise die mittlere Motordrehzahl aus der
Frequenz der Spannungsimpulse ermitteln.
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Bei Dieselmotoren, sofern sie nicht mit einer Drehzahl-Meßeinrichtung
ausgestattet sind, muß ein Ansteck-Drehzahlmesser verwendet oder ein geeignetes Instrument eingebaut
werden, welches jede Motorumdrehung durch einen elektrischen Impuls signalisiert.
Zur praktischen Messung an Mehrzylindermotoren kann z.B. als diagnostisches Hilfsmittel ein Schaubild verwendet werden,
wie es in Fig. 4 für jeden der zu prüfenden Motorentypen wiedergegeben
ist.
In Pig. 4 ist auf der Ordinate die zugeführte Leistung P
des Anlassers und auf der Abszisse ein geeignetes Intervall der Drehzahlen η aufgetragen. Die Fläche von FIg, 4 ist von
zwei experimentell festgestellten Kurven in drei Gebiete unterteilt.
Sin Gebiet £ kennzeichnet den einwandfreien technischen Zustand von neuen Motoren. Ein Gebiet F entspricht einem noch
zufriedenstellenden Betriebszustand der Motoren. In einem Gebiet G sind die Motoren in schlechtem technischen Zustand, so
daß sie einer Wartung bedürfen.
Das beschriebene Verfahren zur Feststellung der Undichtheit
ermöglicht also, durch Fernmessung ohne jeglichen Ausbau von Teilen die gesamte Dichtigkeit von Brennräumen in Mehrzylindermotoren
zu bestimmen, und so die Hauptangaben für die Bewertung des Verschleißzustandes der Kolben-Zylinder-Gruppe, gegebenenfalls
auch der Ventile, zu gewinnen.
Die Ergebnisse der durchgeführten Versuche zeigten Überraschenderweise,
daß der beschriebene Effekt, der hier mit Irreversibilität des Arbeitsprozesses bezeichnet ist, ganz zuverlässig
auch die Undichtheit einzelner Zylinder einer Kolben-Brennkraftmaschine zu bestimmen erlaubt.
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Dreht man einen Mehrzylinder-Kolbenmotor durch, so wachsen
bei jedem Verdichtungshub die Widerstände gegen das Durohdrehen
an, und die Winkelgeschwindigkeit der Motorkurbelwelle fällt
ab. Nach Überwindung des oberen Totpunkts wirkt die Arbeitsfüllung im Zylinder auf den Kolben und beschleunigt wieder den
Kurbeltrieb, wobei der Gesamtwiderstand gegen das Durchdrehen
und damit auch die Strombelastung des elektrischen Anlassers abfällt.
Wird der zeitliche Verlauf des Stromes, der vom elektrischen Anlasser gezogen wird, von einem Registrierinstrument erfaßt,
dann erhält man, falls alle Verdichtungsräume gleich dicht sind, eine vollkommen regelmäßige Kurve H, wie sie in Fig. 5 gezeigt
ist.
Tritt aber in irgendeinem der Zylinder eine Undichtheit
auf, so verringert sich infolge der Irreversibilität des Arbeitsprozesses
bei dem undichten Zylinder die Größe der Winkelgeschwindigkeit der Motorwelle, und bei der nachfolgenden Verdichtung
muß der Anlasser nicht nur den Widerstand der Verdichtung im nachfolgenden Zylinder überwinden, der Zündfolge entsprechend,
sondern noch alle Schub- und Rotationsmassen des durchgedrehten Motors beschleunigen. Diese Erscheinung zeigt sich im zeitlichen
Stromverlauf der Anlasserbelastung darin, daß die Amplitude des undichten Zylinders kleiner wird als bei den übrigen Zylindern,
wobei der gezogene Strom seinen Höchstwert erst bei den
nachfolgenden Verdichtungshüben erreicht, wie eine Kurve K in
Pig. 5 aufzeigt.
In Fig. 5 ist auf der Ordinate die Stromstärke I im elektrischen
Anlasser und auf der Abszisse die Zeit t aufgetragen. Der undichte Zylinder ist mit L bezeichnet*
Auf Orund dieser Erkenntnisse läßt sich leicht und rasch
die Und!ohtheit der einzelnen Zylinder dadurch bestimmen, daß .
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man als Amperemeter 10 zur Messung des Stroms der Anlasserbelastung
nach Pig. 2 und 3 eine geeignete Registriereinrichtung verwendet, welche mit der Einrichtung zur Bestimmung der Kurbelwellenlage
zwecks praktischer Bestimmung der Motorzylinder verbunden ist; ihr sind die einzelnen Amplituden der Kurven nach
Fig. 5 zugeordnet.
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Claims (5)
1. Verfahren zur Bestimmung der Undichtheit von Brennräumen in Kolben-Brennkraftmaschinen, dadurch gekennzeichnet,
daß das Anwachsen des mechanischen Widerstandes beim Durchdrehen des Motors mittels einer äußeren
Energiequelle festgestellt wird, wobei das Anwachsen durch die Irreversibilität des Arbeitsprozesses der gasförmigen Zylinderfüllung
als Maß der festgestellten Undichtheit gegeben ist.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der zu prüfende Motor von einem elektrischen Anlasser (5) durchgedreht
wird, der mit Strom von einer Akkumulatorbatterie (6) oder einer anderen äußeren elektrischen Energiequelle (12) versorgt
wird, und daß die mittlere Größe der dem Anlasser zugeführten Leistung und die erreichte mittlere Geschwindigkeit
des Durchdrehens festgestellt werden, um daraus ein Maß für die Undichtheit zu gewinnen.
5· Verfahren zur Bestimmung der Undichtheit von Brennräumen
in Dieselmotoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor ohne Kraftstoffzufuhr durchgedreht wird.
4. Verfahren zur Bestimmung der Undichtheit von Brennräumen in Ottomotoren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet,
daß der Motor bei abgeschalteter Zündeinrichtung durchgedreht
5. Verfahren zur Bestimmung der Undichtheit einzelner Brennräume
in Mehrzylinder-Kolben-Brennkraftmaschinen nach einem der Ansprüche 1-4, dadurch gekennzeichnet, daß durch eine Registriereinrichtung
der zeitliche Verlauf der dem elektrischen Anlasser
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zugeführten Leistung oder von dessen Stromaufnahme (I) festgestellt
wird« woraus der undichte Brennraum (L) anhand der auffällig erniedrigten Amplitude des Verlaufs und der ihr nachfolgenden
erhöhten Amplitude bestimmt wird (Fig. 5)·
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Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CS565768 | 1968-08-05 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DE1939854A1 true DE1939854A1 (de) | 1970-02-19 |
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ID=5401837
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
DE19691939854 Pending DE1939854A1 (de) | 1968-08-05 | 1969-08-05 | Verfahren zur Feststellung der Undichtheit von Brennraeumen in Kolben-Brennkraftmaschinen |
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Country | Link |
---|---|
DE (1) | DE1939854A1 (de) |
FR (1) | FR2015078A1 (de) |
GB (1) | GB1278427A (de) |
Cited By (3)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5417109A (en) * | 1993-09-30 | 1995-05-23 | Lucas Automation & Control Engineering, Inc. | Methods and apparatus for testing engines |
US5569841A (en) * | 1994-12-13 | 1996-10-29 | General Electric Company | Cylinder combustion gas leakage testing |
CN103542983A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-29 | 联合汽车电子有限公司 | 发动机气缸的漏气检测方法 |
-
1969
- 1969-08-04 FR FR6926765A patent/FR2015078A1/fr not_active Withdrawn
- 1969-08-04 GB GB3886269A patent/GB1278427A/en not_active Expired
- 1969-08-05 DE DE19691939854 patent/DE1939854A1/de active Pending
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US5417109A (en) * | 1993-09-30 | 1995-05-23 | Lucas Automation & Control Engineering, Inc. | Methods and apparatus for testing engines |
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CN103542983A (zh) * | 2013-10-17 | 2014-01-29 | 联合汽车电子有限公司 | 发动机气缸的漏气检测方法 |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
FR2015078A1 (de) | 1970-04-24 |
GB1278427A (en) | 1972-06-21 |
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