Power setting und Veränderungen bei Kolbentriebwerken

[ready4takeoff]

Hi

 

Mir bereiten all diese Überlegungen mit Höhenänderungen und der dazu passenden Power Änderung Probleme.

 

Mal generell ne Verständnisfrage zum Anfang: In einem Carburettor wird ja Treibstoff wegen dem Unterdruck im Venturi angesaugt. Wenn ich jetzt steige und die Luftdünner wird, wird dann dieser Unterdruck kleiner und automatisch weniger Treibstoff angesaugt oder wird das Gemisch einfach reicher?

 

Und dann zum Beispiel diese Fragestellung: Konstante MAP, konstante RPM und konstante Mixture Setting -> Wie verändert sich der Power Output wenn man steigt?

 

Ich kam da auf konstant, da wir ja die Formel BHP = RPM * MAP * c haben. Aber offenbar nimmt die Power zu.

All die Fragen die MAP beinhalten sind mir sowieso schon automatisch unangenehm, da mir MAP irgendwie nix sagt...bzw. in einem Carburettor müsste ja MAP < Umgebungsdruck sein und in einer Einspritzanlage könnte es ja auch durchaus grösser sein..also irgendwie ist dieses MAP für mich noch nicht so "greifbar"...

 

Gleich ne Frage die vermutlich mein MAP-Verständnis verbessern könnte: Wo gelangt überhaupt das Fuel in die Luft in sonem Motor mit MAP Messung?!

 

Viele Grüsse

Patrick

[Peter Guth]

hallo Patrick,

 

die Faustregel gilt zuerst: ca. 7% Treibstoffanteil im Verhältnis zur verbrennungsfähigen Luft. Sagen wir ganz salopp: 93% Luft + 7% Treibstoff....

 

Mit steigender Höhe -sei es realer Höhengewinn oder wärmere Luft mit geringerem Sauerstoffauteil - wird der Luftanteil geringer.

 

Um ein verbrennungsfähiges Gemisch mit o.g. Triebstoffanteil zu erhalten, muß die Treibstoffzufuhr anteilig zurückgenommen werden.

 

Die Ansauggeschwindigkeit im Vergaser wird hierdurch nur unwesentlich beeinflußt. Der Ansaugeffekt (Venturi) entsteht durch die Ansaugtakte des Motors (Unterdruck infolge abwärtsbewegendem Kolben). Das heißt, bei (z.B.) der Motor in der Lage, über das Hubvolumen sein Verbrennungsgemisch (Luft + dosierte Treibstoffmenge) durch Unterdruck selber einzusagen. Dieses Ansaugvolumen bleibt durch den Faktor Bohrung zu Hub immer gleich.

 

Allerdings: wenn da draußen nur noch erbärmliche Luftmassen vorhanden sind, dann strömt relativ weniger verbrennungsfähige Luft mit Treibstoff als Gemisch in dem Brennraum des Motors.

 

Dieser Effekt bewirkt bekanntnlich den Leistungsabfall in oberen Flughöhen, weil der Motor nicht mehr die idealen Gemischmengen erhält, den er in Seehöhe für max. Leistung benötigt.

 

Bei Turbomotoren wird die Luft nicht vom Motor angesaut, sondern von außen "hineingepumpt". Der Effekt wirkt solange, bis die Luftmengen aufgrund geringer Mengen "da oben" nicht mehr ausreicht, um effktive Leistung im Motor (optimaler Verbrennungsvorgang) zu gewährleisten.

 

Bei Einspritzanlagen ist der Vorgang gleich, lediglich per Luftmassenmesser wird die stets korrekte Treibstoffmenge per Rechner ermittelt und dosiert per Einspritzpumpe hinzugegeben. Die Limits ändern sich dadurch allerdings nicht.

 

Im Detail:

bei Vergasermotoren saugt der Zylinder inffolge Abwärtsbewegung des Kolbens die Luft an. Sie wird über den Vergaser angesaugt, in dessen Mischkammer ein perforiertes Mischrohr ist, über welches der Treibstoff mitgerissen wird und sich mit dem Luftstrom verwirbelt.

 

Da Vergasermotoren nicht ideal auf geänderte Lufmengen (Luftdichte) selbstständig ansprechen, muß man manuell die Treibstoffmenge regulieren (leanen).

 

Bei Einspritzanlagen wird der Treibstoff in exakt errechneten Mengen per Mikrodüse in den Ansaugtrakt oder direkt in den Brennraum der Ansaugluft hinzugegeben. Somit entsteht ebenfalles eine Vermischung des Treibstoffs mit der Luft. Allerdings ist dieses System erheblich präziser und bewirkt nicht nur vorübergend höhere Leistung, sondern als Bonbon obendrein eine saubere Verbrennung.

 

cheers

Peter

[ready4takeoff]

Vielen Dank für die ausführliche Erklärung.

 

Also meine Zusammenfassung ob ich alles richtig verstanden haben :-) :

Es wird immer quasi ein ähnliches Volumen Luft durch die Throttle-Einstellungen vom Zylinder angesogen und damit durch den Unterdruck wegen dem Venturi Rohr auch immer gleich viel Masse Sprit angesaugt, aber aufgrund der sich ändernden Dichte der Luft ändert sich auch die Masse der Luft..und ein mischungsverhältnis ist ein Masseverhältnis..deshalb muss man die Mischung anpassen.

 

Ach ja noch was: Kann man dann sagen dass wenn in einem Cockpit ne MAP Anzeige vorhanden ist es sich auf keinen FAll um nen Carburettor handelt? Da MAP ja immer grösser als Umgebungsdruck bzw. Druck auf Meereshöhe ist. Aber man kann nicht sagen dass zbsp. ein Constant Speed Prop immer ne MAP anzeige hat oder?

[sirdir]

 

Ach ja noch was: Kann man dann sagen dass wenn in einem Cockpit ne MAP Anzeige vorhanden ist es sich auf keinen FAll um nen Carburettor handelt? Da MAP ja immer grösser als Umgebungsdruck bzw. Druck auf Meereshöhe ist. Aber man kann nicht sagen dass zbsp. ein Constant Speed Prop immer ne MAP anzeige hat oder?

 

Ich bin ja nicht der Spezialist. Erst wollt ich noch meckern, dass das Ding Carburator heisst, aber ich hab grad gesehen, dass das Ding dann doch auch carburettor oder gar carburetter heisst (und das soll englisch sein? ;) ).

Also. Ne MAP Anzeige hast du IMHO immer dann, wenn du Constant Speed Prop hast, da die Drehzahl dann nicht mehr das Mittel der Wahl zum Ablesen der Motorenleistung ist. Ob nun Carb. oder Injection ist da IMHO egal.

Und IMHO ist MAP (ausser bei stehendem Motor) immer KLEINER als der Umgebungsdruck (sonst würd ja kein Sprit Angesaugt, sondern ausgeblasen ;) )

Ich denke schon dass Constant Speed Props immer ne MAP hat, weil der Tourenzähler wäre ja ziemlich langweilig.

[ready4takeoff]

ja die diskussion um den namen hattenw ir schonmal in nem anderen thread...in meinem skript heisst er definitiv carburettor :-)

 

ah ok...also ist MAP immer kleiner Umgebunsluftdruck AUSSER bei nem super oder turbosuper-charger da dieser ja den druck erhöht oder?

[ready4takeoff]

und da kann ich gleich noch eine dranhängen: "during climb with constant MAP, RPM and mixture setting, the power output of a piston engine..."

 

Increases!?!

[Brufi]

"during climb with constant MAP, RPM and mixture setting, the power output of a piston engine..."

 

Increases!?!

Correct! Warum?

Der Gegendruck am Ende des Auspuffrohres wird kleiner. Somit wird die notwendige Ausschiebearbeit kleiner und es bleibt mehr Nutzarbeit übrig.

 

Gruss

 

Philipp

[sirdir]

Correct! Warum?

Der Gegendruck am Ende des Auspuffrohres wird kleiner. Somit wird die notwendige Ausschiebearbeit kleiner und es bleibt mehr Nutzarbeit übrig.

 

Das ist aber auch ein ziemlicher Leger... :) Normalerweise bleibt die MAP ja eben nicht konstant...

[MarkusP210]

Da Vergasermotoren nicht ideal auf geänderte Lufmengen (Luftdichte) selbstständig ansprechen, muß man manuell die Treibstoffmenge regulieren (leanen).

 

Muss man bei eingespritzten Flugmotoren auch (es sei denn sie verfügen über ein FADEC o.ä.), im Gegensatz zu Automotoren.

 

Markus

[Brufi]

....Normalerweise bleibt die MAP ja eben nicht konstant...

Das ist aber machbar, indem man mit dem Gashebel nachregelt (falls man nicht mit Vollgas anfängt). Beim aufgeladenen Motor geht das sogar bis auf grosse Höhe.

Die Frage ist so oder so nicht präzis gestellt, denn es wird nur von konstantem Druck (manifold pressure) geredet. Entscheidend ist aber die Dichte der Frischladung, nicht der Druck alleine. Weil aber über die Temperatur der Ansaugluft nix gesagt wird, ist es nicht eindeutig klar. Nun kann man aber noch folgendermassen argumentieren: Die Rede ist von Steigflug mit konstantem MAP. Dabei ist normalerweise mit einer kleiner werdenden Lufttemperatur zu rechnen. Hält man dabei den manifold pressure konstant (indem man die Drosselklappe immer weiter öffnet), wird ergo die Dichte der Ansaugluft zunehmen und somit auch die angesaugte Luftmasse. Dadurch steigt die Leistung des Motors an.

Der Effekt des kleiner werdenden Gegendrucks am Auspuff addiert sich dazu.

Gruss

Philipp

[Michael F]

Da Vergasermotoren nicht ideal auf geänderte Lufmengen (Luftdichte) selbstständig ansprechen, muß man manuell die Treibstoffmenge regulieren (leanen).

 

Hallo Peter,

 

nicht immer, der Rotax 912 in der DA20 zB ist ebenfalls ein Vergasermotor, läuft aber generell auf Bestpower (...das Wort in einem Atemzug mit Katana :) ) Gemisch - kein Mixturelever vorhanden.

 

Viele Grüße,

Michael

[Brufi]

Yup. Rotax Motoren sind mit sogenannten Membranvergasern ausgerüstet. Diese brauchen keine manuelle Gemisch-Verstellung sondern sind in der Lage das Gemisch auch bei wesentlichen Dichteänderungen der Ansaugluft konstant zu halten, ohne Elektronik.

Gruss / Philipp

[sirdir]

Das ist aber machbar, indem man mit dem Gashebel nachregelt (falls man nicht mit Vollgas anfängt). Beim aufgeladenen Motor geht das sogar bis auf grosse Höhe.

Die Frage ist so oder so nicht präzis gestellt, denn es wird nur von konstantem Druck (manifold pressure) geredet. Entscheidend ist aber die Dichte der Frischladung, nicht der Druck alleine. Weil aber über die Temperatur der Ansaugluft nix gesagt wird, ist es nicht eindeutig klar. Nun kann man aber noch folgendermassen argumentieren: Die Rede ist von Steigflug mit konstantem MAP. Dabei ist normalerweise mit einer kleiner werdenden Lufttemperatur zu rechnen. Hält man dabei den manifold pressure konstant (indem man die Drosselklappe immer weiter öffnet), wird ergo die Dichte der Ansaugluft zunehmen und somit auch die angesaugte Luftmasse. Dadurch steigt die Leistung des Motors an.

Der Effekt des kleiner werdenden Gegendrucks am Auspuff addiert sich dazu.

 

Ja, du hast natürlich recht. Naiverweise habe ich die Fragestellung einfach als 'was passiert bei zunehmender Höhe, wenn am Powersetting nichts geändert wird' gelesen'. Und bei den Schwarten die ich gewöhnlich fliege ist mit gleichbleibendem MAP nichts zu wollen, mehr als Vollgas kann man einfach nicht geben ;)

[Brufi]

Üblich sind doch so etwa 25" im climb, für einen "normally aspiratet" Zerknalltopftriebling, oder? Wenn Du auf , sagen wir mal, 1000 ft AMSL anfängst, kannst Du bis so um die 5000 ft hinauf die 25" halten, darüber steht der Hebel an. Auf so ein Climb-Segment bezieht sich wohl die gloriose Frage. Viele Grüsse nach Spanien, Du hast es sicher wärmer als die Mittelland-CH-er / Philipp

[MarkusP210]

Üblich sind doch so etwa 25" im climb

 

Das gilt wohl für fast alle Sauger und auch für einige Turbo's (z.B. den O540-L3C5D --> TR182).

 

Bei 'ungeregelten' Turbo's kann man den Hebel einfach immer weiter nachschieben um die 25" zu halten. Geregelte tun's (mehr oder weniger) automatisch. Je nach Güte der Verrohrung und des Laders kann der MAP bis in grössere Höhen aufrecht erhalten werden.

 

Aber wenn wir schon beim MAP sind, wär's auch sinnvoll darüber zu fachsimpeln wie Veränderungen des MAP (z.B. Wechsel Cruise - Descent) vorzunehmen sind, oder?

 

Markus

[Andi Rotorchopf]

Salü Zäme,

 

durch den Unterdruck wegen dem Venturi Rohr auch immer gleich viel Masse Sprit angesaugt,

Es wird mittels Düsennadel auch die Spritmenge reguliert und sinnvollerweise in Abhängigkeit der Drosselklappenstellung, um ein zündfähiges Gemisch (Stöchiometrisches Verhältnis) über alle Drehzahl- und Leistungsbereiche herzustellen; Klappe offen + Düse offen = Max. Nennleistung (optimales Gemisch bei Standardnull = 0 AMSL/1013.5 hPa[29,92"Hg]/ +15°C). Gilt auch für die geförderte Einspritzmenge bei einfacheren Injektoranlagen.

 

Nimmt mit zunehmender Flughöhe die Luftdichte (Sauerstoffatome pro Kubikmeter) ab, so verschiebt sich das Gemisch in Übersättigung des Treibstoffanteils (Treibstoff bleibt in der Dichte praktisch immer gleich). Mit dem Mixturehebel wird die Düsennadel (beim Einspritzer die Fördermenge) im Verhältnis zur Drosselklappenstellung geschlossen (sinnvollerweise bleibt dieses neue Verhältnis über den ganzen Arbeitsbereich der Klappe erhalten), im Extremfall (Leistungshebel auf Full Power) bleibt sogar bei max. Mixture die Düse geschlossen... (und wird z. B. dazu benutzt einen noch warmen Motor zu starten, indem bevor der Starter betätigt wird, mit Hilfe der elektrischen Treibstoffpumpe kaltes Benzin durch den noch heissen Vergaser (Einspritzanlage) zu spülen, um Gasbildungen über den Rücklauf in den Treibstofftank zu befördern... falls so ausgerüstet...)

 

MP= Manifold Pressure misst den statischen Druck (Absolut, der Druck wird an einer Position entnommen, an welchem minimaler Einfluss des Venturieffektes stattfindet) im Ansaugkrümmer (=Manifold), egal ob Saug- oder Turboladermotor. Ist also keine Druckdifferenzanzeige; bei stehendem Motor wird der Platzhöhendruck der Atmosphäre angezeigt... grob QFE...

 

Dieses Ansaugvolumen bleibt durch den Faktor Bohrung zu Hub immer gleich.

... mal die Hälfte der Drehzahl (4-Takter)...

 

Hoffe mein Senf hat etwas Klärung gebracht :005:

[sirdir]

Üblich sind doch so etwa 25" im climb, für einen "normally aspiratet" Zerknalltopftriebling, oder? Wenn Du auf , sagen wir mal, 1000 ft AMSL anfängst, kannst Du bis so um die 5000 ft hinauf die 25" halten, darüber steht der Hebel an. Auf so ein Climb-Segment bezieht sich wohl die gloriose Frage. Viele Grüsse nach Spanien, Du hast es sicher wärmer als die Mittelland-CH-er / Philipp

 

Ich weiss es ehrlich gesagt gar nicht so genau auswendig. Eifach Ende grüner Bereich ;) Wobei es ja da den Ami-Guru gab der empfielt, die Drosselkappe voll offen zu lassen und nur die Drehzahl zu reduzieren. Auf dem Ohr hatte mein FI allerdings kein Musikgehör, also lass ich das.

Danke für die Grüsse. Weiss nicht, die Taqe is es öfter dizzig und gerade jetzt Blitzt und Donnert es wie verrückt und regnet noch etwas, aber immerhin waren's vorhin (so kurz vor 3) noch 18 Grad. Aber man muss schon gucken dass man sich nicht verbrennt...

[MarkusP210]

Stöchiometrisches Verhältnis

 

Habe hier:

 

http://www.chfm.de/rotaract-kl/html/content/herr.pdf

 

eine interessante Abhandlung zum Thema gefunden. Demnach beträgt das stöchiometrische Verhältnis (Lambda) für eine optimale Leistung 0.8 und für einen optimalen Verbrauch 1.1.

 

Es gilt:

Lambda < 1 --> Luftmangel (Rich)

Lambda = 1 --> stöchiometrisches Verbrennungsverhältnis

Lambda > 1 --> Luftüberschuss (Lean)

 

Markus