Weshalb haben Verbrennungsmotoren keine konstante Leistung?

bernieb4 · Geschrieben: 01.11.2011 - 11:25

Hallo!

Die meisten kennen die Diagramme mit PS und Drehmoment Kurven.

Nun hab ich HIER eine tolle Beschreibung von Leistung, Drehzahl und Drehmoment im Zusammenhang gefunden wo jedoch paar Fragen auftauchten.

Ein Verbrennungsmotor saugt das Luft/Benzin-Diesel Gemisch an und durch die Explosion entsteht die Kraft, die den Kolben nach unten drückt und durch Hebelwirkung die Kurbelwelle dreht.
Nun sollte man glauben, dass egal bei welcher Drehzahl die Kraft gleich bleiben sollte.

Weshalb ist dies jedoch nicht so?

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MSl1 · Geschrieben: 01.11.2011 - 12:42

Hi!

Wenn es Dir rein um die Leistung (also Arbeit pro Zeit, s.a. [Def. der Leistung]) geht, dann betrachte einfach mal die Energiebilanz, des von Dir bereits beschriebenen Prozesses.

Die "Kraft kommt" aus der Oxydation des KS. Je höher die Drehzahl des Motors, umso mehr KS wird verbrannt. Also wird dementsprechend mehr Energie aus dem KS frei (wird i.G.g. umgewandelt, denn aus chemischer wird mechanische [o.a. Bewegungs-]Energie). Damit steigt logischerweise auch die Leistung mit zunehmender Drehzahl an. Natürlich nicht unendlich hoch, weil irgendwann die Bedingungen für die Verbrennung des KS-Luftgemischs nicht mehr im Optimum liegen.

Der WICHTIGE Zusammenhang zw. Drehmoment und Leistung bei Benzinmotoren wird h i e r sehr schön (und korrekter als im o.g. Artikel beschrieben) dargestellt.

Das Drehmoment ist *schon* annähernd gleich in einem gewissen (optimalen) Drehzahl-Bereich, das ist ja das was Du meintest mit "Nun sollte man glauben, dass egal bei welcher Drehzahl die Kraft gleich bleiben sollte.". Und das ist auch soweit von Dir richtig verstanden worden, weil pro Zylinderfüllung mit dem KS-Luft-Gemisch annähernd gleiche Bedingungen herrschen und damit die gleich große Kraft aus dieser Verbrennung entsteht.

Aber bei z.B. doppelter Drehzahl kann eben die doppelte Arbeit verrichtet werden (sprich es liegt die doppelte Leistung an), obwohl das Drehmoment natürlich (annähernd) gleich geblieben ist.

Grüße
M.

PS: Ganz einfaches Beispiel. Du trägst einen Zentner Kohlen vom Erdgeschoss in die 1. Etage in EINER Minute. Dazu brauchtest Du eine gewisse Kraft, die Du eine Minute lang aufgewendet hast. Danach beeilst Du Dich mehr und trägst den Zentner in 30 Sekunden hoch, rennst ganz schnell runter und bringst noch einen Sack hoch. Die Kraft, die Du aufwenden musstest, war die gleiche, nur bist Du bei der letzten Aktion schneller gewesen und hast das DOPPELTE "geleistet".
Dafür bist Du danach auch "schlapper" (und musst zum Ausgleich nicht EIN sondern ZWEI Bier trinken!

)

bernieb4 · Geschrieben: 01.11.2011 - 13:23

Vielen Dank für deine Erklärung!

Aber ich hab nochmals eine Frage.

Weshalb kann bei einem Turbomotor das Drehmoment nach dem Turboloch (das es bei neueren Fahrzeugen kaum noch gibt)
konstant gehalten werden? Geschieht das über die Ladedruckregelung?
Welchen Vorteil hat man daraus?

Ps: Entschuldigung für meine vielleicht dummen Fragen.

MSl1 · Geschrieben: 01.11.2011 - 13:36

bernieb4 hat folgendes geschrieben:

Ps: Entschuldigung für meine vielleicht dummen Fragen.

Wie heißt es so schön: Es gibt keine dumme Fragen, sondern nur dumme Antworten!

Du hast die Frage eigentlich schon beantwortet. Die Ladedruckregelung ist dafür zuständig. Gäbe es die nicht, würde der Ladedruck mit steigender Drehzahl ebenfalls steigen, damit müsste die KS-Menge ebenfalls mitsteigen, damit das Gemisch stimmt, und der Motor würde einfach über die Grenzen hinaus belastet.
Wäre der Zusammenhang einfach mal angenommen linear und bei 2500 min-1 würde 1 bar Ladedruck anliegen, würden bei 7500 min-1 schon 3 bar anliegen, was i.d.R. (schon früher) zur Zerstörung des Motors führt.

Man versucht doch immer, den Motor in einem optimalen Bereich zu betreiben, d.h. die Verbrennung sollte so optimal wie möglich stattfinden, damit das Maximale an Energie daraus gewonnen werden kann. Egal ob Turbo- oder auch einfacher Einspritzer- oder Saugermotor. Entscheidend sind halt immer das Hubvolumen und der Druck. Beim Turbo kann man den Druck eben nicht einfach mal so nach oben gehen lassen, weil das kein Material mitmachen würde.

Grüße
M.

nebu · Geschrieben: 01.11.2011 - 13:40

Deswegen reduziert man ja auch die Verdichtung bei Hochleistungsturbomotoren.

Fleischwurst1 · Geschrieben: 01.11.2011 - 14:26

@nebu: nicht direkt. die verdichtung wird beim turbo reduziert, wegen der klopfenden verbrennung.

haste nen saugmotor der 11:1 verdichtet, kommt da unverdichtete luft mit annähernd aussentemperatur in den motor. die wird auf das 11fache komprimiert. dabei wird sie heiss. sie darf da allerdings nicht so heiss werden, das der beigefügte kraftstoff bereits entzündet (klopfende verbrennung, bzw. wirkprinzip bvom diesel).

haste jetzt nen turbomotor. der bekommt bereits vorverdichtete luft und damit schon erwärmte luft (auch mit LLK) in den brennraum. wenn der jetzt auch noch so hoch verdichten würde, würde die luft so heiss werden, das eben der kraftstoff noch vor der zündung verbrennt (motor klopft).

hohe verdichtung wäre auch beim turbo wünschenswert. geht aber halt mit unseren alten motoren nicht. die fsi-motoren fahren auch schon verdichtungen über 10:1

@TE: das das drehmoment nie 100% gleich ist, da spielen einige faktoren mit rein. mit der wichtigste faktor ist die massenträgheit. v.a. die der luftsäule. wie du in deinem diagramm am drehzahlende siehst, fällt da das drehmoment dann stark ab. da hat die luftsäule keine "zeit" mehr um ausreichend in den motor zu gelangen (die ventile sind einfach zu kurz geöffnet). weniger luft ---> weniger kraftstoff der verbrannt werden kann ---> weniger kraft

warum das drehmoment am anfang niedriger liegt hat die selbe ursache. allerdings hat das eher mit der ventilüberschneidung zu tun (einlassventile UND auslassventile sind geöffnet) Da gelangen zum teil die frischgase die eigentlich in den motor sollen direkt wieder übers auslassventil nach draussen. fehlt also auch luft im brennraum.
Ventilübershcneidung ist für höhere drehzahlen gedacht, da erzeugen die ausgeblassenen abgase einen sogeffekt und ziehen die frischgase mit in den brennraum, und in dem moment sollen dann die auslassventile schliessen (bei höheren drezahlen klappt das, wegen massenträgheit der luftsäule, bei niedriger drehzahl, ist die luftsäule ja zwar genauso träge, aber das auslassventil zeitlich länger geöffnet).

u.a. ein hauptgrund warum motoren mit scharfen nockenwellen (große ventilübershcneidung, zu großer ventilhub) so beschissen im stand laufen und in niedrigen drehzahlen so wenig drehmoment haben. dafür aber in hohen drehzahlen mehr kraft haben (längere vnetilöffnungdauer und größerer ventilhub)

mbl240 · Geschrieben: 07.11.2011 - 20:52

Fleischwurst1 hat folgendes geschrieben:

warum das drehmoment am anfang niedriger liegt hat die selbe ursache. allerdings hat das eher mit der ventilüberschneidung zu tun (einlassventile UND auslassventile sind geöffnet) Da gelangen zum teil die frischgase die eigentlich in den motor sollen direkt wieder übers auslassventil nach draussen.

Hmm, sehe ich anders. Ich kenne nur die Werte des Kadett D GT/E aber die besagen das das E-Ventil erst 60 KW° nach UT geschlossen wird, dies ist aufgrund der Luftsäulenträgheit zwar gut bei mittleren und höheren Drehzahlen aber schlecht bei kleinen da der Motor dort das Frischgas wieder in das Einlassrohr pumpt und somit nur wenig Verbrennungsdruck aufbauen kann. Die beigemischte Benzinmenge ist hier egal da der LLM das hin-und-her gepumpte nur einmal misst, somit wird nicht fett angereichert.

mfg
mb

Fleischwurst1 · Geschrieben: 07.11.2011 - 23:41

nein, du hast ja ausstoßtakt, dann kurz vor ot geht das Ev auch auf. die abgase strömen bereits ja über das AV in den krümmer, also hast du da ja eine gewisse bewegungsenergie, dadurch ziehts das frischgas mit sich, und nicht das abgas in den ansaugtrakt. und dann geht der kolben nach unten. aber durch die massenträgheit, bzw. bis de rkolben einen "sog" aufbaut passiert das noch n kurzes stück weiter. bei einer gewissen drehzahl hast du dann das optimum, wo die abgase komplett ausm zylinder raus sind und es dann eigentlich die frischgase raus saugt, und genau in dem moment soll das AV schliessen (stichwort nockenwellenverstellung).

wenig verbrennungsdruck baut er dann nur auf weil die frischluft die in den motor soll über den auslass wieder weg ist.

ach ja jetzt seh ich das, wir reden aneinander vorbei

ich sprech von der ventilüberschneidung, du von EV SCHLIESST (ich von ÖFFNET). und ja da stimme ichd ir voll und ganz zu. aufgrund der massenträgheit.