Glückliche Motoren leben länger

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Glückliche Motoren
leben länger
Das Rezept für ein langes Leben ist:
Viel Schlaf, gesundes Essen, sportliche Betätigung und
ein geregeltes Liebesleben!
ABER... das Rezept für ein glückliches Leben ist:
Wenig Schlaf, ausgeflippte Parties, abartiger Sex &
Büchsenfraß!!!
AGENDA:

Treibstof ± Luft Gemisch (Mixture)
Vergaser
Einspritzsysteme
Flammengeschwindigkeit und Druckaufbau
Gemischeinstellung

Start

Climb

Cruise
Herstellerangaben
Priming
Gemisch
Gemischaufbereitung
Vollständige Verbrennung von Benzin:
Chemische Reaktionsformel:
z.B. für Heptan:
1 C7H16 + 11 O2 Æ 7 CO2 + 8 H2O
z.B. für Oktan:
2 C8H18 + 25 O2 Æ 16 CO2 + 18 H2O
Gemischaufbereitung
Vollständige Verbrennung von Benzin:
Benzin ist ein Gemisch von verschiedenen Kohlewasserstoffen.
Zur vollständigen Verbrennung (stöchiometrische Reaktion) ist
ein ganz bestimmtes Verhältnis von Brennstoff zu Luft
erforderlich.
Zur vollständigen Verbrennung von
1 kg Benzin werden ca. 15 kg Luft
benötigt.
Gemischaufbereitung
Das Mischungsverhältnis der Brennstoff-Luft Mischung wird mit der
Luftüberschusszahl ȜEH]HLFKQHW
Ȝ bedeutet stöchiometrisches Gemisch.
Ȝ! bedeutet LuftüberschussDOVR]%Ȝ EHGHXWHW(VLVW
zweimal soviel Luft vorhanden wie zur stöchiometrischen
9HUEUHQQXQJHUIRUGHUOLFK(LQ*HPLVFKPLWȜ! wird auch als
ÄPDJHU³ bezeichnet. Das Abgas wird noch Sauerstoff enthalten.
Ȝ bedeutet LuftmangelDOVR]%Ȝ EHGHXWHWHVLVW
soviel Luft vorhanden wie zur stöchiometrischen Verbrennung
erforderlich. Dieses Gemisch wird auch als ÄIHWW³ bezeichnet. Das
Abgas wird noch unverbrannte Brennstoffanteile enthalten.
Gemischaufbereitung
Bei stöchiometrischer Verbrennung (Ȝ = 1.0) entstehen die
höchsten Temperaturen.
Bei magerer (Luftüberschuss) oder fetter Verbrennung
(Luftmangel) werden geringere Temperaturen erreicht.
Unterhalb und oberhalb einer bestimmten Grenze ist ein
Brennstoff-Luft Gemisch nicht mehr brennbar.
Man redet von der mageren und der fetten Löschgrenze oder
auch Zündgrenze.
Das gilt auch für den Ottomotor, es gibt eine magere und eine
fette Laufgrenze. Ausserhalb des dazwischen liegenden
Bereichs läuft der Motor nicht.
Gemischaufbereitung
Gemischaufbereitung
Um den Motor betreiben zu können, braucht es also eine
Einrichtung, welche in allen Betriebszuständen (Motorstart Leerlauf ± Teillast ± Vollast) zumindest ein zündfähiges
Brennstof-Luftgemisch herstellt.
Dies ist die Aufgabe des Vergasers oder der Einspritzanlage.
Vergaser
Vergaser
Vergaser
Vergaser
Vergaser
Benzineinspritzung
Einspritzsystem Bendix
n Engine driven Fuel Pump
Motorgetriebene
Benzinpumpe
Fuel Control Unit oder
o Fuel Injection Servo
Regulator
Brennstoffregler
Divider Valve
p Fuel
Brennstoff Verteilventil
q Injection Nozzles
Einspritzdüsen
Einspritzsystem Bendix (C-172 S)
Fuel Injection Servo Regulator
Lean
Metered Fuel
Rich
zugemessener
Brennstoff
Fuel von
Pumpe
Mixture Valve
A Lufteintritt
D
B Venturi
C Dosierventil
D Drosselklappe
E Luftmembrane
C
F Brennstoffmembrane
Einspritzsystem Bendix (C-172 S)
Fuel Injection Servo Regulator
Einspritzsystem Teledyne
Flammengeschwindigkeit
und Druckaufbau
Als Flammengeschwindigkeit (präziser: Flammenfrontgeschwindigkeit)
wird die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Flammenfront durch
ein brennbares Gemisch bezeichnet.
Unter atmosphärischen Bedingungen in ruhender Luft beträgt sie
~ 2 m/s.
Unter den Bedingungen (Druck, Temperatur, Turbulenz) wie sie
im Zylinder zum Zündzeitpunkt herrschen, beträgt sie ~ 25 m/s.
Sie verändert sich signifikant wenn die Zusammensetzung des
Brennstoff-Luftgemischs verändert wird. Die
Flammengeschwindigkeit erreicht ein Maximum bei einer
/XIWEHUVFKXVV]DKOȜYRQHWZD«GKEHLetwas reichem
Gemisch und sinkt deutlich ab bei magerem oder sehr fettem
Gemisch.
Die Flammenfrontgeschwindigkeit hat einen starken Einfluss auf
den Druckaufbau im Zylinder des Motors, denn für die
Ausbreitung der Flamme vom Zündfunken bis zur vollständigen
Ausfüllung des Verbrennungsraumes steht nur extrem kurze Zeit
zur Verfügung.
Ein )OXJPRWRUGHUPLWµ530GUHKWPDFKWSUR6HNXQGH
Umdrehungen. Vom Zündzeitpunkt, der je nach Motormodell bei
25°-20° vor dem oberen Totpunkt (OT) liegt, bis zum Moment wo
alles Gemisch verbrannt und somit der maximale Druck
aufgebaut sein soll, idealerweise etwa 10° nach OT, stehen somit
nur ~0.002 s, also zwei Tausendstelsekunden, zur Verfügung.
Läuft die Verbrennung langsamer ab, wird der Druckaufbau
verzögert und wegen der beginnenden Expansion (Kolben fährt
nach unten) auch stark verringert. Dadurch sinkt die Nutzarbeit
und somit die Leistung merklich ab.
Daraus folgt, dass bei einem Gemisch mit einer
/XIWEHUVFKXVV]DKOȜYRQHWZD«GKEHLUHLFKHP
Gemisch, der schnellste und dadurch auch der kräftigste
Druckaufbau erfolgt und somit die maximale Nutzarbeit pro
Arbeitsspiel, also die maximale Motorleistung, abgegeben wird.
Bei fetterem und auch bei magererem Gemisch erfolgt die
Verbrennung und somit der Druckaufbau langsamer und ergo
nimmt die Motorleistung ab.
Druckaufbau im Zylinder
ĳ
Verbrennungsgeschwindigkeit
Dies erklärt auch, weshalb
z.B. mit Doppelzündung
eine Leistungssteigerung
erreicht wird.
Verbrennungsgeschwindigkeit
Gemischeinstellung
Best Power Mixture
Die maximale Motorleistung wird beim Gemisch mit der
grössten Flammengeschwindigkeit erreicht, d.h. mit einem
HWZDVIHWWHQ*HPLVFKYRQFDȜ Dieses Gemisch wird auch Äbest Power Mixture³ genannt
Spezifischer Verbrauch und
Mitteldruck bei variablem Gemisch Ȝ
Best Economy Mixture
Die beste Brennstoffausnützung, d.h. der höchste Wirkungsgrad
des Motors, wird allerdings bei einem mageren Gemisch
erreicht.
Mit mehr Luft wird der Brennstoff vollständig verbrannt, somit
alle thermische Energie freigesetzt und bei der etwas
geringeren Verbrennungstemperatur werden die Wärmeverluste
an die Brennraumwand etwas weniger. Allerdings nimmt die
Nutzarbeit, d.h. die Motorleistung ab, weil die Verbrennung
langsamer abläuft.
Irgendwo bei ca Ȝ HUUHLFKWGHUJDQ]H3UR]HVVHLQ
maximales Verhältnis zwischen Nutzarbeit und zugeführtem
Brennstoff.
Dieses Gemisch wird auch Äbest Economy Mixture³ genannt
Anforderungen an den Flugmotor
Start
± maximale Leistung!
Steigflug
± maximale Leistung!
Reiseflug
± maximale Brennstoffausnutzung
Auf Gemischeinstellung übertragen
Start
± Best Power (full rich)
Steigflug
± Best Power Mixture
Reiseflug
± Best Economy Mixture
Umsetzung für den Piloten
Wir haben kein Ȝ±Meter im Cockpit wo wir
0.85 oder 1.1 ablesen können!
Aber wir haben
± Ohren
± Drehzahlmesser
± EGT (Abgastemperatur) Anzeige
± Ev. Fuel Flow Anzeige
Start / Take Off
Grundsatz:
In fast allen Fällen: Full Rich
Die Grundeinstellung der Vergaser bzw.
Einspritzsysteme ist für ISA Meereshöhe gemacht und
dort erst noch für ein fettes Gemisch (insbesondere
Archer und DA 40).
Wenn die Luftdichte abnimmt, wird bedingt durch das
Funktionsprinzip des Vergasers, das Gemisch reicher.
Die Leistung wird damit durch allzu fettes Gemisch
unnötig verringert.
Das AFM gibt Auskunft über Möglichkeiten, das
Gemisch optimal einzustellen:
Mixture Setting for Take Off
Archer II, Archer III, Cadet:
Mixture «««««set
NOTE
The mixture should be set FULL RICH, but a minimum amount of
leaning is permitted for smooth engine operation when taking off at
high elevation.
C-172 S:
Mixture -- RICH (above 3000 feet, LEAN to obtain maximum RPM).
AMPLIFIED PROCEDURES
The engine should run smoothly and turn approximately 2300 ± 2400
RPM with mixture leaned to provide maximum RPM.
Prior to takeoff from fields above 3000 feet elevation, the mixture
should be leaned to give maximum RPM in a full throttle, static
runup.
Turbo Arrow:
Mixture «««««set
The mixture control should remain at full rich during the climb
DA 40:
Mixture control lever . . . . . . . . . . . . . . . . . . RICH (below 5000 ft)
NOTE
At a density altitude of 5000 ft or above or at high ambient
temperatures a fully rich mixture can cause rough running
of the engine or a loss of performance. The mixture should
be set for smooth running of the engine.
Lycoming:
For 5000 ft. density altitude and above or high ambient temperatures,
roughness or reduction of power may occur at full rich mixture. The
mixture may be adjusted to obtain smooth engine operation. For fixed
pitch propeller, lean to maximum RPM at full throttle prior to take-off
where airports are 5000 ft. density altitude or higher. Limit operation at
full throttle on the ground to a minimum. For direct drive normally
aspirated engine with a prop governor but without fuel flow or EGT, set
throttle at full power and lean mixture at maximum RPM with smooth
operation of the engine as a deciding factor.
Teledyne Continental:
Take-off and Climb Power Settings. On normally aspirated engines,
use full rich mixture. Lean only to avoid engine roughness or
noticeable power loss, at elevated fields.
Remember that a turbocharged engine is an altitude compensated
engine, and can achieve full sea level power up to a very high critical
altitude. Therefore, the mixture must be full rich at full throttle up to
critical altitude.
Steigflug / Climb
Grundsatz:
Bis ca. 5000 ft density altitude: Full Rich
Über 5000 ft density altitude: Best Power (Turbo: Full Rich)
Wenn die Luftdichte abnimmt, wird bedingt durch das
Funktionsprinzip des Vergasers bzw. des
Einspritzsystems, das Gemisch reicher.
Die Leistung wird damit durch allzu fettes Gemisch
unnötig verringert.
Durch Nachregeln der EGT auf den selben Wert wie
beim Start auf Meereshöhe kann das Gemisch auf dem
gleichen Wert wie beim Start gehalten werden.
Reiseflug / Cruise
Grundsatz:
Immer und auf JEDER Höhe: Best Economy
Das AFM gibt Auskunft über Möglichkeiten, das
Gemisch optimal einzustellen:
Mixture Setting for Cruise
Archer II, Archer III:
Mixture «««««adjust
Amplified normal procedures
Best economy mixture is optained by moving the mixture control aft
until peak EGT is reached. Best power mixture is obtained by by
leaning to peak EGT and then enriching until the EGT is 100°F rich of
the peak value. Under some conditions of altitude and throttle position,
the engine may exhibit roughness before peak EGT is reached. If this
occurs, the EGT corresponding to the onset of roughness should be
used as the peak reference value.
Cadet:
Use of the mixture control in cruising flight significantly reduces fuel
consumption while reducing lead deposits when alternate fuels are
used. The mixture should be full rich when operating above 75%
power, and leaned during cruising operation when 75% power or less
is being used.
To lean the mixture for best power cruise performance place the
mixture control full forward and set the throttle approximately 35 rpm
below the desired cruise power setting and lean the mixture to peak
rpm. Adjust the throttle if necessary, for final rpm setting
Cadet:
Use of the mixture control in cruising flight significantly reduces fuel
consumption while reducing lead deposits when alternate fuels are
used. The mixture should be full rich when operating above 75%
power, and leaned during cruising operation when 75% power or less
is being used.
To lean the mixture for best power cruise performance place the
mixture control full forward and set the throttle approximately 35 rpm
below the desired cruise power setting and lean the mixture to peak
rpm. Adjust the throttle if necessary, for final rpm setting
Cadet:
Amplified normal procedures continued..
A simplified leaning procedure has been developed to obtain the best
engine efficiency, while providing the best fuel economy and
maximum miles per gallon, for a given power setting. Taking care not
to exceed engine speed limitations, set the throttle and mixture controls
full forward. Now, begin to lean the mixture. At first the rpm will
increase slightly but, as leaning is continued, the rpm will decrease.
Continue leaning until the desired cruise engine rpm is established.
C-172 S:
Mixture -- LEAN
At or below 75% power in level cruise flight, the exhaust gas temperature (EGT)
indicator is used to lean the fuel-air mixture for best performance or economy.
The Cruise Performance charts in Section 5 are based on the EGT to adjust the
mixture to Recommended Lean per Figure 4-4.
MIXTURE DESCRIPTION
EXHAUST GAS TEMPERATURE
RECOMMENDED LEAN
(3LORW¶V Operating Handbook)
50° Rich of Peak EGT
BEST ECONOMY
Peak EGT
Figure 4-4. EGT Table
Procedures for Flight Training
C-172 S:
FUEL SAVINGS PROCEDURES FOR FLIGHT TRAINING
OPERATIONS
For best fuel economy during flight training operations, the
following procedures are recommended.
1. After engine start and for all ground operations, set the throttle to 1200
RPM and lean the mixture for maximum RPM. Leave the mixture at this
setting until beginning the BEFORE TAKEOFF checklist. After the
BEFORE TAKEOFF checklist is complete re-Iean the mixture as
described above until ready for the TAKEOFF checklist.
2. Lean the mixture for maximum RPM during full throttle climbs above
3000 feet. The mixture may remain leaned (maximum RPM at full
throttle) for practicing maneuvers such as stalls and slow flight.
3. Lean the mixture for maximum RPM during all operations at any
altitude, including those below 3000 feet, when using 75% or less
power.
Procedures for Flight Training
C-172 S:
NOTE

When cruising or maneuvering at 80% or less power, the mixture may be
further leaned until the EGT indicator needle peaks and is then
enrichened 50°F. This is especially applicable to cross-country training
flights, but should be practiced during transition flight to and from the
practice area as well.

Using the above recommended procedures can provide fuel savings in
excess of 5% when compared to typical training operations at full rich
mixture. In addition, the above procedures will minimize spark plug
fouling since the reduction in fuel consumption results in a proportional
reduction in tetraethyl lead passing through the engine.
Turbo Arrow:
The mixture should be leaned in accordance with the recommendations for
the engine in the Teledyne Continental 2SHUDWRU¶V Manual which is
provided with the aircraft.
Teledyne Continental:
Maximum Cruise. (Approximately 75% Power). For economy of fuel
and extended range, do not lean the mixture below 50 degress F. rich
of peak. Note: All turbocharged engines are limited to 1650 degrees F.
or 1750 degrees F. maximum Turbine Inlet Temperature (T.I.T.) Peak
T.I.T. operation is allowed for 60 seconds to determine peak T.I.T.
Economy Cruise. (Approximately 65% Power or Lower). Lean out
to peak E.G.T. is approved at these low power settings as the value of
peak E.G.T. is below that which is allowed at the corresponding
propeller load maximum cruise power point at 50 degrees F. rich of
peak E.G.T.
DA 40:
Mixture . . . . . . . . . . . . . . . . . . Set in accordance with 4A.3.10
MIXTURE ADJUSTMENT
4A.3.10 MIXTURE ADJUSTMENT
The best economy mixture setting may only be used up to a power
setting of 75%. In order to obtain the lowest specific fuel consumption
at a particular power setting proceed as follows: Slowly pull the
mixture control lever backwards towards LEAN until the engine starts
to run roughly. Then push the mixture control lever forwards just
enough to restore smooth running. At the same time the exhaus gas
temperature (EGT) should reach a maximum.
Lycoming:
For cruise powers where best power mixture operation is allowed,
slowly lean the mixture from full rich to maximum power. Best power
mixture operation provides the most miles per hour for a given power
setting. For engines equipped with fixed pitch propellers, gradually
lean the mixture until either the tachometer or the airspeed indicator
reading peaks. For engines equipped with controllable pitch propellers,
lean until a slight increase of airspeed is noted.
Lycoming:
For a given power setting, best economy mixture provides the most
miles per gallon. Slowly lean the mixture until engine operation
becomes rough or until engine power rapidly diminishes as noted by
an undesirable decrease in airspeed. When either condition occurs,
enrich the mixture sufficiently to obtain an evenly firing engine or to
regain most of the lost airspeed or engine RPM. Some engine power
and airspeed must be sacrificed to gain a best economy mixture
setting.
During flight at cruise power, the mixture is normally leaned and much
of its lead content vaporizes. Ideally, the engine should be leaned to
peak exhaust gas temperature (EGT) at cruise power settings. This
produces optimum combustion and lessens contaminant build-up.
Lycoming:
The exhaust gas temperature (EGT) offers little improvement in
leaning the float-type carburetor over the procedures outlined above
because of imperfect mixture distribution. However, if the EGT probe is
installed, lean the mixture to 100°F. on the rich side of peak EGT for
best power operation. For best economy cruise, operate at peak EGT.
If roughness is encountered, enrich the mixture slightly for smooth
engine operation.
Mixture Setting for GND OPS
C-172 S:
LEANING FOR GROUND OPERATIONS
1. For all ground operations, after starting the engine and when
the engine is running smoothly:
a. set the throttle to 1200 RPM.
b. lean the mixture for maximum RPM.
c. set the throttle to an RPM appropriate for ground
operations (800 to 1000 RPM recommended).
NOTE
If ground operation will be required after the BEFORE
TAKEOFF checklist is completed, lean the mixture again (as
described above) until ready for the TAKEOFF checklist.
Priming
Priming
Priming
Lycoming:
Priming can be best accomplished with an engine priming system, as
opposed to use of the throttle. The primer pumps extra fuel directly into the
cylinder intake port or induction system.
Lycoming 2SHUDWRU¶V Manual:
Engines equipped with Float Type Carburetors:
..
Move Mixture Control to «Full Rich».
Turn on boost pump.
Open throttle ¼ travel.
Prime with 1 to 3 strokes of manual priming pump or activate electric
primer for 1 to 2 seconds .
Set magneto switch.
Engage starter.
Priming
Lycoming:
Lycoming 2SHUDWRU¶V Manual:
Engines equipped with Bendix Fuel Injectors:
..
Open throttle ¼ travel.
Turn boost pump «On».
Move Mixture Control to «Full Rich» until a slight but steady fuel flow is
noted (approximately 3 to 5 seconds) and then return mixture control
to «Idle Cut-Off».
Set magneto switch....
Engage starter.
When engine fires move the magneto switch to «Both».
Move mixture control slowly and smoothly to «Full Rich».
Priming
Cadet, Archer II, Archer III:
Starting Engine when cold:
Throttle
Master Switch
Electric fuel pump
Mixture
Starter
Throttle
Oil pressure
¼" open
ON
ON
full RICH
engage
adjust
check
If engine does not start within 10 sec. Prime and repeat starting
procedure.
Priming
Turbo Arrow:
Starting Engine : (Airplane equipped with OPTIONAL engine primer System)
....
Mixture
full RICH
Throttle
full FORWARD
Prop control
full FORWARD
Master switch
ON
Auxiliary fuel pump
OFF
Primer
ON
See Figure 4-3 for Priming Time
Throttle
CLOSE
Starter
engage immediately
At temperatures below +20°F (-7°C) continue priming while cranking until
engine starts.
....
Priming
C-172 S:
1.
2.
3.
4.
5.
Throttle -- OPEN ¼ INCH.
Mixture -- IDLE CUTOFF.
Propeller Area -- CLEAR.
Master Switch -- ON.
Flashing Beacon -- ON.
NOTE
If engine is warm, omit priming procedure of steps 6, 7 and 8 below.
6.
7.
Auxiliary Fuel Pump Switch -- ON.
Mixture -- SET to FULL RICH (full forward) until stable fuel flow is indicated
(usually 3 to 5 seconds), then set to IDLE CUTOFF (full aft) position.
8. Auxiliary Fuel Pump Switch -- OFF.
9. Ignition Switch -- START (release when engine starts).
10. Mixture -- ADVANCE smoothly to RICH when engine starts.
Priming
C-172 P: (1981, Vergasermotor)
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
«
Mixture -- RICH.
Carburetor Heat --COLD
Master Switch -- ON.
Prime --AS REQUIRED (2 to 6 strokes; none if engine is warm)
Throttle -- OPEN 1/8 INCH.
Propeller Area -- CLEAR.
Ignition Switch -- START (release when engine starts).
During engine starting, open the throttle approximately 1/8 inch. In warm
temperatures, one or two strokes of the primer should be sufficient. In cold
weather, up to six strokes of the primer may be necessary. If the engine is
warm, no priming will be required. In extremely cold temperatures, it may be
necessary to continue priming while cranking the engine.