VERSUCHE AN EINEM VERBRENNUNGSMOTOR. Von Dipl.-Ing. Fritz L. Richter in Chemnitz. RICHTER: Versuche an einem Verbrennungsmotor. Inhaltsübersicht. Es wird ein wichtiger Fehler bei Indizierungen und Temperaturmessungen besprochen. In Kurventafeln wird der Brennstoffverbrauch für verschiedene Brennstoffe, die Kompressionsendspannung und die Verpuffungsspannung wiedergegeben. Die Regelung des Motors und ihre Veränderung durch Abnutzung der Ventile wird besprochen. Die höchste Schleppkraft des Motors ist für verschiedene Brennstoffe durch Ueberlastungsversuche festgestellt und wird in Kurventafeln und Tabellen zusammengestellt. Hierbei wird der Einfluß der Zylinderschmierung auf Schleppkraft und Wirkungsgrad bewiesen. –––––––––– Die Lehranstalten für Maschinentechnik benötigen heute ein Maschinenlaboratorium, um den Forderungen der Gegenwart gerecht zu werden. Der Unterricht in demselben soll die Schüler hauptsächlich mit der Wirkungsweise der Maschinen und mit technischen Messungen, also mit an sich bekannten Dingen vertraut machen. Das Ergebnis der zu diesem Zwecke stattfindenden Untersuchungen an den Maschinen hat dennoch weitgehend einen allgemeinen Wert. Einerseits ergibt sich eine gute Sammlung von Verbrauchszahlen, die für einen normalen Betriebszustand der betreffenden Maschine gelten, andererseits werden auch Ermittlungen vorkommen, die als neu oder wenig bekannt Allgemeinwert für die Technik besitzen. Ich leite seit einigen Jahren den Unterricht für die Königl. Maschinenbauschule, frühere Werkmeisterschule in dem neu errichteten Maschinenlaboratorium der Technischen Staatslehranstalten in Chemnitz. Nachfolgend gebe ich eine Zusammenstellung der hierbei an einem Verbrennungsmotor ermittelten Ergebnisse.Die Veröffentlichung ist ein Teil der von den Technischen Staatslehranstalten in Chemnitz herausgegebenen Abhandlungen und Berichte, Heft „Der Unterricht im Maschinenlaboratorium“. Textabbildung Bd. 327, S. 694 Fig. 1. Beim Betrieb mit Benzin wird die Länge b = 57 mm aus der Schubstange herausgenommen. Fig. 1 zeigt den verfügbaren Verbrennungsmotor unter gleichzeitiger Kennzeichnung der einzelnen Messungen. Der Motor, der von der Gasmotorenfabrik Deutz stammt, kann durch Verstellung des Einlaßhahnes (Fig. 2) mit Leuchtgas und Sauggas arbeiten und durch Umbau der Einlaßorgane (Fig. 3) mit flüssigem Brennstoff, Benzin, Benzol, Spiritus. Fig. 4 zeigt schematisch die mechanische durch Wasser gekühlte Bremse. Textabbildung Bd. 327, S. 694 Fig. 2. Einlaßventil. Für die Untersuchung des Motors steht ein Indikator von Dreyer Rosenkranz & Droop in Hannover mit außenliegender Feder zur Verfügung, da die vorhandenen Maihak-Indikatoren mit außen liegender Feder nicht mit den für die vorliegenden Spannungen erforderlichen Zutaten ausgerüstet sind. Ihre gelegentliche Benutzung innerhalb des Gebietes der Möglichkeit ergab einen wesentlichen Unterschied bei der Feststellung der indizierten Leistung, der bei dem gleichen Motor unter gleichen Verhältnissen nur in den Angaben des Indikators zu suchen sein kann, so daß eines der beiden Instrumente unter allen Umständen falsche Angaben machen muß. Textabbildung Bd. 327, S. 694 Fig. 3. Einlaßventil. Tabelle 1 zeigt das Ergebnis eines an der Maschine aufgenommenen Versuchs. Die einzelnen Messungen sind aus den Skizzen (Fig. 1 und 4) verständlich. Um den Unterschied bei der Feststellung der indizierten Leistung zu zeigen, ist bei diesem Versuch wechselweise mit beiden Indikatoren indiziert unter Beibehaltung des Arbeitszustandes Tabelle 1. Versuch am Verbrennungsmotor mit Leuchtgasbetrieb (Fig. 1 bis 4, 8 und 9). Textabbildung Bd. 327, S. 695 Zeit; Kühlwasser; Abgase (Fig. 9); Mittlerer indiz. Druck in kg/qm; Rosenkranz; Maihak; Gasuhr; Stand; Differenz; Luftuhr; Wasseruhr; Kontrolle für Wasseruhr; Lieferung; Mittel; Summe; Abgasthermometer in Hülse A Fig. 8; Abgasthermometer in Hülse B Fig. 8 Füllung mit Gasmotoröl; Abgasthermometer in Hülse B Fig. 8 Füllung mit Heißdampföl; Bremslast P = 20 kg konstant; Nutzleistung = 4,8 PS; Reibungsverlust 3,3 PS mit Rosenkranzindikator; 1,75 PS mit Maihakindikator; Mechanischer Wirkungsgrad 59,3 v. H. mit Rosenkranzindikator; 75,5 v. H. mit Maihakindikator. des Motors und in unmittelbar anschließender Reihenfolge. Beide Federn waren unmittelbar zuvor durch Gewichtsbelastung (Fig. 5) geeicht. Der Versuch ist bei geringer Belastung des Motors vorgenommen, weil die hier eintretenden Spannungen noch mit den bei den Maihak-Indikatoren vorliegenden Hilfsmitteln beherrscht werden können, anderseits aber die Diagramme bereits sehr gleichmäßig ausfallen, indem die Streuung bei Leerlauf fortfällt, die für die vorliegende Betrachtung sehr störend wäre. Textabbildung Bd. 327, S. 695 Fig. 4. Bremse zum Verbrennungsmotor. Bei einer Nutzleistung von 4,8 PS stellt der Rosenkranz-Indikator eine indizierte Leistung von 8,1 PS, der Maihak-Indikator eine solche von 6,35 PS fest, so daß die Reibungsverluste sich einmal zu 3,3, das andere Mal zu 1,75 PS ergeben und der mechanische Wirkungsgrad zu 59,3 und 75,5 v. H. Die Unterschiede sind gewiß so bedeutend, daß sie wesentlich außerhalb der Genauigkeitsgrenze liegen, die man bei Indizierungen anzunehmen bereit ist. Fig. 6 zeigt die beiderseits aufgenommenen Diagramme einschließlich der Eichergebnisse. Letztere weisen bereits darauf hin, daß der Rosenkranz-Indikator kein Vertrauen verdient. Dabei ist noch hervorzuheben, daß der Indikator bei herausgenommener Feder durchaus leicht spielte, so daß von einer zu großen Kolbenreibung nicht gesprochen werden kann. Sowohl bei der Eichung als auch bei der Indizierung waren beide Indikatoren sorgfältigst geschmiert, da dieser Versuch nicht erst zu der Beobachtung führte, sondern die bereits festgestellte Wahrnehmung einwandfrei nachweisen sollte. Das Entstehen der Reibung beim Rosenkranz-Indikator habe ich durch die schematische Zeichnung (Fig. 7) zum Ausdruck gebracht. Durch die hohe Lage des Angriffspunktes der Feder drückt die Feder bei aus gearbeiteter Führung exzentrisch und ruft auf diese Weise eine Eckwirkung hervor, die ihrerseits zu starken Reibungserscheinungen führt. Da die so entstehenden Reibungswiderstände gleichzeitig mit den Federkräften wachsen, wird diese Reibungserscheinung nicht bei der Anwendung starker Federn gegenstandslos, wie es allgemein für die Kolbenreibung gilt. Deshalb erscheint der Fehler sogar in ausgesprochener Weise bei der Untersuchung eines Verbrennungsmotors. Textabbildung Bd. 327, S. 695 Fig. 5. Eichung des Maihak-Indikators. Durch diesen Reibungswiderstand bleibt sowohl während der Kompression als auch während der Expansion der Schreibstift hinter der Sollstellung zurück, das Diagramm wird von beiden Seiten zu groß.Der hier untersuchte Indikator ist 1909 geliefert. Ich habe auf den gleichen Fehler bei einer älteren Ausführung der Firma bereits früher verwiesen, Zeitschrift des Vereines Deutscher Ingenieure 1904, S. 619. Textabbildung Bd. 327, S. 696 Fig. 6. Betrieb mit Leuchtgas; Nutzleistung 4,8 PS n = 240 l/Min. Textabbildung Bd. 327, S. 696 Fig. 7. Kolbenstellung ohne Belastung. Textabbildung Bd. 327, S. 696 Fig. 8. Für die Messung der Abgastemperatur 4 war in dem Auspuffrohr eine metallene Thermometerhülse für ein Glasthermometer eingebaut, die ich in Fig. 8 wiedergebe und mit A bezeichne. Das Thermometer steckt einfach in dieser tief in das Rohr hineinragenden Hülse und mißt so die hier herrschende Wandtemperatur. Da ich dieser Messung kein Zutrauen schenkte, habe ich nach einigen Feststellungen die vielfach angewandte Oelhülse versucht, die ich in Fig. 8 als Hülse B ebenfalls darstelle. Da auch diese Messung keine zuverlässigen Angaben machte, habe ich schließlich das Thermometer durch die in Fig. 9 dargestellte Stopfbüchse unmittelbar in den Gasstrom eingeführt. In dem Versuchsprotokoll der Tab. 1 ist mit dieser Anbringung gearbeitet. Es zeigt sich, daß bereits durch verschieden tiefes Einführen des Thermometers Meßunterschiede hervortreten. Mit ihnen wird man sich aber wohl oder übel abfinden müssen. Um aber die wesentliche Fehlerhaftigkeit der Messung bei den Vorrichtungen nach Fig. 8 zu kennzeichnen, habe ich nach Beendigung des Versuchs die Hülsen schnell ausgewechselt und unter Anwendung desselben Thermometers den Motor unter genau gleichen Verhältnissen weiterlaufen lassen. Das Ergebnis ist der Tab. 1 angefügt. Es ist dabei darauf zu verweisen, daß sich das Thermometer in der Hülset außerordentlich langsam einstellte, daß aber gewartet ist, bis kein Steigen mehr vorlag. Textabbildung Bd. 327, S. 696 Fig. 9. Beide Vorrichtungen geben wesentlich falsche und zwar zu niedrige Werte. Die Hülse leitet Wärme von innen nach außen an die äußere Rohroberfläche. Da die Temperatur eines permanenten Gases zu messen ist, ist der Wärmeübergang vom Gas an die Wand ein sehr schlechter. Dadurch stellt sich sofort ein Temperaturgefälle vom Gasstrom zum Thermometer ein, sobald ein gewisser Wärmebetrag durch die Metallhülse, deren Leitfähigkeit eine gute ist, abzufließen beginnt. Bei dem Oelstutzen kommt offenbar eine Wärmeentziehung durch langsame Verdampfung oder Verdunstung des Oeles zustande. Daß solche vorliegt, ist gut zu erkennen, wenn man etwas Oel auf die Rohrwand gießt. Ich habe deshalb zwei verschiedene Oele benutzt, dasjenige, mit dem der Zylinder des Verbrennungsmotors geschmiert wird, und dasjenige, welches für Heißdampf zur Verfügung steht. Beide Messungen sind wesentlich zu niedrig. Die Messung mit der unmittelbaren Einführung des Thermometers nach Fig. 9 ging absichtlich voran, um zu zeigen, daß die zu niedrige Messung nach Fig. 8 nicht durch Versuchsfehler möglich ist. Um zu zeigen, daß sie nicht durch Verstellung der Wasserkühlung geschaffen ist, sind stets die Wassertemperaturen mitgemessen. Da nun die Oelhülse B (Fig. 8) vielfach für die Messung üblich ist, so müssen alle derartigen Feststellungen mit großer Vorsicht aufgenommen werden. Bei der Aufstellung der Wärmebilanz hat man sich ganz allgemein an einen Fehlbetrag gewöhnt, den man sich als einen nicht meßbaren Strömungsverlust erklärt. Ich erkläre diesen Wert in der Hauptsache aus einer zu niedrigen Bestimmung der Abgastemperatur, zumal zu vorstehender Feststellung noch eine Betrachtung hinzukommt. Für die Aufstellung der Wärmebilanz ist die mittlere Auspufftemperatur maßgebend. Mit jeder Anbringung des Thermometers, also auch mit derjenigen nach Fig. 9, mißt man aber unter allen Umständen nur die mittlere Temperatur der Gase im Rohr. Da die Abgase nur während ¼ der Zeit aus dem Zylinder austreten, und zwar mit durchaus veränderlicher Geschwindigkeit, während des übrigen ¾ Teiles der Zeit nicht, so liegt ein Unterschied vor, der vielleicht nicht zu vernachlässigen ist. Es ist noch darauf zu verweisen, daß die Temperatur des überhitzten Wasserdampfes fast stets mit dem Oelstutzen B (Fig. 8) gemessen wird. Da es sich hierbei um gleich hohe Temperaturen und ebenfalls um ein permanentes Gas handelt, so gilt dasselbe. Die Messungen sind also offenbar zu niedrig. Daß der Oelstutzen bei der Messung der Temperatur von gesättigtem Dampf gute Uebereinstimmung mit der Spannungstabelle gibt, verteidigt ihn gar nicht, ist vielmehr durchaus zu erwarten, da ein gesättigter Dampf in seiner Wärmeabgabe an die Wand so freigebig ist, daß eine eintretende geringe Wärmeabfuhr gar keine Bedeutung hat, kein Temperaturgefälle zum Thermometer hervorruft. Noch schwieriger als die Bestimmung der Temperatur der Abgase ist ihre zuverlässige Analysierung. Mit Rücksicht auf den Bedarf des Unterrichts steht eine solche für diesen Bericht nicht zur Verfügung. (Schluß folgt.)