SV650 aus dem letzten Jahrtausend

[street-maschine]

Das ist so faszinierend. Ich bewundere die Menschen die das draufhaben. Vielen Dank fürs mitnehmen.
Gruß

[R6-Pille]

Der Punkt mit dem unbekannten Trägheitsmoment des Antriebstranges in Zusammenhang mit der Trägheit der Rolle auf einem Rollenprüfstand war für mich ein Punkt den ich bisher immer übersehen habe.
Auf der Wirbelstrombremse spielt das ja hier nach meinem Verständnis keine Rolle.

Insgesamt alles sehr cool.

[Knubbler]

Ja stimmt, das ist auch wirklich nicht auf den ersten Blick ersichtlich. Es heißt ja bei Rollenprüfständen "Leistung gemessen am Hinterrad", aber eigentlich wird gemessen MIT Hinterrad und allem was dran hängt, das macht leider einen Unterschied.
Mancher erinnert sich, vor 10 Jahren habe ich mich mal an einer SV1000 gespielt. Und da wurde natürlich auch dem finalen Prüfstandslauf entgegengefiebert, es waren sogar zwei verschiedene Prüfstände, da ist eben der Punkt. Die Ergebnisse haben sich so stark unterschieden, dass mich das dazu bewogen hat, mich tiefer mit dem Thema auseinanderzusetzen.
Der Motor hat nicht nur das übliche Tuning bekommen, sondern es wurde auch die Schwungmasse ordentlich verringert. Wir sind uns ja soweit einig, geringere rotierende Massen verbessern die Dynamik und das Kurvenverhalten, aber wirklich mehr Leistung, die wird deswegen vom Motor nicht erzeugt. Hier ein Bild von einem abgespeckten SV1000 Rotor und leichter gefrästen Anlasser Freilauf, über die Hälfte des Massenträgheitsmomentes dieser Einheit ist runter gekommen. Das sind natürlich keine Welten, aber schauen wir uns doch kurz mal die Auswirkungen am Prüfstand an.



Deshalb habe ich nochmal ein altes Bild und damalige Excel-Datei ausgegraben.
Die SV war sowohl auf einem Dynojet 250i und auf diesem mobilen Traktal Prüfstand.
Vorteil: er ist leicht und mobil, Nachteil: er ist leicht und mobil.
Das Bild zeigt ein anderes Standard-Motorrad an diesem Tag, es dient nur zur Verdeutlichung der Gegebenheiten. Die Rolle hat ein Trägheitsmoment von gerade mal 0,93kg*m², kaum mehr als das Hinterrad selbst, während der Dynojet 250i auf 17,2kg*m² kommt.



Hier im Excel File sind die Auswirkungen des erleichterten Rotors auf die Messung aufgeschlüsselt. Das sind natürlich viele Infos auf einmal, aber eigentlich braucht man nur zwei Zusammenhänge für Verständnis.
Ein sich drehender Körper braucht im Idealfall keine Einwirkung von Außen, um sich weiterzudrehen mit gleicher Geschwindigkeit. Um seine Trägheit zu überwinden, muss ein Moment eingesetzt werden und er wird dann beschleunigt, soweit logisch. Das Drehmoment ergibt sich also als Produkt aus Massenträgheitsmoment und der Beschleunigung der Drehung.
Zweitens, da mehrere Übersetzungsstufen in Reihe sind, muss man wissen, dass die Übersetzung quadratisch einfließt. Ein Zahnradpaar mit 5-facher Übersetzung, da spielt die sekundäre Seite mit der 25-fachen Trägheit rein. Das wars auch schon mit dem Vorwissen.



Es wurden die einzelnen Bauteile in ihrer Trägheit notiert und mit den jeweiligen Übersetzungen verrechnet. Man kann das Ganze aus Sicht der Rolle betrachten oder wie ich hier, aus Sicht der Kurbelwelle, es kommt aufs Gleiche raus. Der Prüfstandslauf geht von 2500 bis 10500rpm im 6.ten Gang. Als erstes ist die Zeit schon auffällig, beim Dynojet dauert die Zeit (echt gemessen in den Daten) normale 9,9 Sekunden, so wie man es eben kennt. Um das identische Drehmoment abzugeben, sind es beim Traktal nur 2,5 Sekunden und das gibt einem schon mal ein Gefühl, dass das Verhältnis von Trägheit des Prüfstandes und der des Fahrzeugs nicht "gesund" ist.
Aber gut, man könnte beide Prüfstände so kalibrieren, dass sie absolut das Richtige anzeigen. Jetzt kommen wir aber zu meiner Aussage von 125er gegen schwere Harley wird in beide Richtungen falsch gemessen. Deshalb hier dieses reale Beispiel. In Gelb markiert sieht man die Änderung am Polrad und dem Freilauf, etwas weniger als die Hälfte ist noch da, ansonsten hat sich absolut nichts geändert in der Kette.
Wir sehen beim Dynojet 250i, das gemessene/angezeigte "Schein Drehmoment" weicht mit dieser Änderung um 1,22% vom Serienfahrzeug ab. Das finde ich, hält sich durchaus im Rahmen.
Der Traktal reagiert mit einem Aufschlag von satten 5% und das ist mir deutlich zu viel für eine so kleine Änderung. In Zahlen, am Motor selbst ändert man nichts in der Leistung und nur weil man am Lichtmaschinenrotor ein bisschen Material abnimmt, hat man in diesem Fall 7PS "mehr".
Und das ist eben genau der große Vorteil von einem Motorprüfstand, es wird die echte Leistung gemessen und die Trägheit wirkt sich nicht als Änderung aus. Von den ganzen Tricks, um die gemessene Leistung am Rollenprüfstand zu erhöhen, da will ich garnicht erst anfangen. Deshalb in Zukunft lieber zwei mal hinschauen, was für ein Diagramm einem unter die Nase gehalten wird

[R6-Pille]

Top erklärt und aufgeschlüsselt.

Trotzdem sollte noch mal klar gesagt werden:
Die Leistung durch ein leichteres Polrad oder durch leichtere Felgen erhöht sich zwar nicht, wohl aber die Beschleunigung des Motorrads.
Genauso wie durch leichtere Reifen

[3._#34]

Top erklärt und aufgeschlüsselt.

Trotzdem sollte noch mal klar gesagt werden:
Die Leistung durch ein leichteres Polrad oder durch leichtere Felgen erhöht sich zwar nicht, wohl aber die Beschleunigung des Motorrads.
Genauso wie durch leichtere Reifen

Korrekt. Leistung ist halt doch nicht alles. Gewicht spielt in jeder Hinsicht eine große Rolle.
Und das Schöne an der Gewichtsreduzierung: es geht nicht auf die Haltbarkeit des Motors!

[Tom-ek]

Leichte Mopeds sind schon geil und vor allem spassig.

[Black Jack]

Immer wieder interessant, und vor allem aufschlußreich.

[Knubbler]

Teil 7

Bevor der Motor den ersten Tropfen Benzin entzündet, müssen wir noch behandeln, auf welche Art die Ergebnisse denn genau gemessen werden. Wie wir gerade behandelt haben, wäre es relativ einfach die Werte im Hintergrund zu beschönigen, um entsprechend tolle Ergebnisse zu bekommen. Das sollte man in einer wissenschaftlichen Arbeit allerdings eher vermeiden, da es ziemlich viele Querverbindungen gibt, die das Ganze auch nachträglich überprüfbar machen
Der erste Punkt ist das Drehmoment. Die Wirbelstrombremse ist drehbar gelagert und stützt sich auf eine Kraftmessdose (roter Pfeil). Nur wie kalibriert man die? Ein anderes Messgerät verwenden und dann vergleichen? Im Zweifel glaubt einem das niemand. Man macht es sich einfach und bedient sich der Naturkonstanten, in dem Fall der Schwerkraft. Diese beschleunigt eine Masse überall auf dem Planeten mit 9,81m/s², da sind wir uns einig. Man hängt an die Bremse, damit es ausgeglichen ist, einen Balken auf beide Seiten und packt dann verschiedene Kalibriergewichte drauf. Somit kommt man an die Signalkennlinie der Kraftmessdose.



An die Drehzahl kommt man sogar auf zwei Wegen. Erstens hat die Bremse einen eigenen Drehzahl-Geber. Die Genauigkeit hängt damit an der Datenerfassung selbst. Da braucht man sich aber keine Sorgen zu machen, der verbaute Quarz Taktgeber ist mit einer Abweichung von Sekundenbruchteilen pro Jahr angegeben.
Desweiteren hat die Kurbelwelle auch eine Art Drehzahl-Sensor bekommen. Wobei es dabei eher um die genaue Position der Kurbelwelle geht. Je nach Drehzahlniveau geht man auf bis zu 0,1° Auflösung runter, diese Messung ist Teil des wichtigsten Werkzeuges am Motorprüfstand, der thermodynamischen Verbrennungs-Indizierung. Dazu gleich mehr.
Die Kurbelwelle wurde mit einer Welle durch einen Simmerring nach Außen verlängert und über eine Faltenbalg-Kupplung auf den Inkremental-Winkelgeber geführt. Die Kurbelwelle unterliegt einer gewissen Biegung und Schwingung im Betrieb, das sollte man nicht fest auf den empfindlichen Sensor übertragen, deshalb ist er unten an der Stütze auch nur geklemmt ohne Seitenkraft. Die mechanische Umsetzung ist, wieder der Zeit geschuldet, eher pragmatisch. Läuft und weiter geht's.



Jetzt kommt das Herzstück, der Zylinderdruck wird über einen speziellen Piezo-Sensor gemessen. Dafür braucht es einen Zugang in den Brennraum, am besten kurz und ohne große Umwege. Dazu wurde der Kopf seitlich aufgefräst und zielsicher durch einen kleinen Guss-Steg gebohrt, da rundherum der Wassermantel ist. Auf die Fläche kam eine Platte mit dem entsprechenden Feingewinde vom Sensor als Abschluss drauf, man kann alternativ die Bohrung später wieder mit einer Verschlussschraube auch dicht machen. Der Sensor wäre nämlich günstiger, wenn es aus purem Gold wäre bei dem Gewicht, daher kann ich den leider nicht dauerhaft in Zukunft nutzen



Aber auch dieser spezielle Sensor kann nicht einfach direkt verwendet werden, er muss zuerst kalibriert werden. Dazu schauen wir uns auch die Funktionsweise näher an. Viele kennen elektrische Sensoren aus der Technik, diese haben eine Spannungsversorgung und hinten kommt ein Spannungs- oder Stromsignal raus, simple Sache. Das ist bei diesem Sensor (rechts zu sehen) leider anders. Er hat einen wassergekühlten piezoelektrischen-Kristall im Inneren, auf den der Verbrennungsdruck wirkt. Dadurch wird eine winzig kleine Ladungsmenge (Pico-Coulomb) von der einen Seite zur anderen verschoben und das ist ein lineares Maß für den Druck im Brennraum. Um daraus ein nutzbares Signal zu machen, wird ein sogenannter Ladungsverstärker (links) eingesetzt. Er übersetzt die verschobene Ladungsmenge in eine Spannung, die an die Datenerfassung angeschlossen ist. Das Übersetzungsverhältnis lässt sich einstellen und dieser Faktor muss zuerst ermittelt werden. Dafür kam dieser Prüfdruckerzeuger zum Einsatz.



Auch hier wird wieder die Schwerkraft eingesetzt. Rechts ist der Sensor (rot) an ein Ölreservoir eingeschraubt und links befindet sich ein Kolben, auf den Gewichtsscheiben (blau) gelegt werden. Durch die Kurbel unten wird ein Druck im Öl aufgebaut, bis die Gewichtsscheiben sozusagen schweben. Das Gewicht und der Kolben werden dabei von einem Motor konstant gedreht, um das Losbrechmoment der Dichtung als Einfluss zu minimieren (Gleitreibung ist viel kleiner als Haftreibung). Durch die bekannte Kolbenfläche und das Gewicht kennt man auch den Druck. Macht man das an verschiedenen Punkten, kommt man zu einer Signalgeraden, deren Steigung den Übersetzungsfaktor für den Ladungsverstärker darstellt.



Und was kann man jetzt mit der Kurbelwellenposition und dem Verbrennungsdruck anstellen? Tatsächlich erst einmal noch recht wenig. Wie bereits beschrieben, braucht es zur Nutzung der thermodynamischen Eigenschaften den aktuellen Druck und auch das aktuelle Volumen. Nur wie kommt man da ran?
Mit der Kurbelwellenposition alleine kennt man lediglich die Stellung des Kolbens, wenn er ganz oben oder unten ist. Wenn die Kurbelwelle mittig bei 90° steht, dann ist der Kolben tatsächlich nicht in der Mitte. Das wäre er nur, wenn das Pleuel unendlich lang wäre. Aber durch die gegebene Länge vom Pleuel, steht der Kolben bereits unter der Mitte. Deshalb wird der Kolben im OT auch mehr beschleunigt als im UT.
Wenn man sich den Kurbeltrieb als zwei rechtwinklige Dreiecke übereinander vorstellt, die festen Hypotenusen (Kurbelradius r und Pleuellänge l) als λ ersetzt und das Ganze etwas umformt, dann kommt man auf die Formel der Kolbenposition in Abhängigkeit der Kurbelwellenstellung. Dann multipliziert man noch die Kolbenfläche mit rein und zählt das Brennraumvolumen dazu, schon hat man jederzeit das aktuelle Volumen (Vk) im Motor. Zugegeben, die im blauen Kasten eingefügte Formel sieht jetzt nicht gerade intuitiv aus, muss aber auch nur für die Auswertung im Hintergrund funktionieren.


Ursprüngliche Bild Quelle: media.springernature.com/lw685/springer-static/image/chp%3A10.1007%2F978-3-662-55882-9_2/MediaObjects/191874_2_De_2_Fig16_HTML

Das Diagramm zeigt wie die Zylinderdruck-Indizierung aussieht. Hier dreht der Motor gerade über den Anlasser und ohne Zündung, insofern ist die Kurve fast symmetrisch, bis auf den kleinen thermodynamischen Verlust. Somit erhält man als allererstes die genaue Lage des oberen Totpunktes.
Als Nächstes ermittelt man den realen Isentropenindex, denn der von idealer Luft mit 1,4 wird in der Wirklichkeit nicht erreicht. Für die Ermittlung machen wir uns wieder zunutze, dass wir alle nötigen Gegebenheiten bereits kennen. Wir wissen wann die Ventile geschlossen sind und der bekannte Raum schnell verkleinert wird (Pfeil Bereich). Über den Druckanstieg in dem Bereich kommt man auf den Isentropenindex, der hier bei 1,36 liegt. Auch das ist ein wichtiger Wert für die Auswertung, die uns im späteren noch tiefer beschäftigen wird.
Was man noch sieht, der gemessene Mitteldruck (PMI) im Motor ist negativ mit -0,767 bar, da kein Energieüberschuss erzeugt wird, sondern Arbeit in den Motor gesteckt werden muss, um ihn zu drehen (Unterdruck auf Kolben wirkt entgegen).



Darüber hinaus gibt es natürlich noch weitere Messtechnik, zum Beispiel lassen sich Temperatursensoren, wie oben am Krümmer der Abgastemperatorsensor kalibrieren/überprüfen, indem man sie in Eiswasser steckt oder in kochendes Wasser taucht. Dabei muss allerdings der Luftdruck beachtet werden, denn er verschiebt den Siedepunkt. Auf 600m über dem Meeresspiegel können 100°C nicht erreicht werden, das Wasser beginnt durch den niedrigeren Luftdruck schon bei 98° zu sieden. Anders herum funktioniert ein Druckkochtopf, da können deutlich höhere Temperaturen im Kochwasser erreicht werden.
Der letzte wichtige Punkt ist die Kraftstoff-Konditionier-Anlage. Sie stellt das Benzin für den Motor bereit und hält es bei einer konstanten Temperatur. Der Massenstrom ist hier interessant, denn das was man am Ende möchte man wissen, wie viel Gramm an Kraftstoff aufgewendet werden müssen, um eine Kilowattstunde Arbeit zu erzeugen (=Wirkungsgrad). Die Anlage misst im Inneren also das entnommene Gewicht vom Kraftstoff und auch das lässt sich wieder mit Prüfgewichten kalibrieren. Somit hat man alle Glieder in der Messkette verifiziert.

Ab jetzt wird es richtig interessant, der eigentliche Versuch beginnt. Bleibt dran