Senkt deswegen das drehmoment?
Hallo. Bei einem Verbrennungsmotor sinkt das Drehmoment, wenn die Drehzahl steigt. Ein Grund ist die Füllmenge. Wenn die Nockenwelle sich schneller dreht , kann dann halt weniger Sprit eingesaugt werden. Und kann ein zweiter Grund dafür sein , dass die Kolbengeschwindigkeit der Explosionsgeschwindigkeit annähert und dadurch die Explosion weniger gegen den Kolben drückt?
Danke schonmal
4 Antworten
Ein Grund ist die Füllmenge.
Das ist schonmal völlig korrekt und die eigentliche Ursache für den Abfall des Drehmoments. Also müssen wir überlegen, warum die Füllmenge sinkt.
Betrachten wir mal einen Motor mit 3000 min^-1. Das sind 3000/60 = 50 Umdrehungen pro Sekunde. Pro Umdrehung braucht der Motor also 1/50. Der Ansaugtakt geht über eine halbe Umdrehung. Dafür steht also 1/100 s zur Verfügung. In dieser Zeit muss die zunächst vor dem geschlossenen Einlassventil stehende Luftsäule beschleunigt werden, die Luft muss den Zylinder füllen und dann muss die Luftsäule wieder abgebrenst werden. Während der gesamten Zeit ist das Einlassventil aber nicht komplett offen, sondern geht auch noch auf und zu. Bei diesen 3000 min^-1 reicht diese 1/100 s gerade noch aus, um das alles hinzukriegen. Wenn der Motor 6000 min^-1 dreht, steht für den gesamten Ansaugvorgang nur noch 1/200 = 5/1000 Sekunden zur Verfügung. Das ist dann einfach zu kurz, um den gesamten Zylinder zu füllen.
Dazu kommt ein weiterer Effekt, der die Füllung vermindert. Je kürzer die Zeit zum Einströmen ist und je schneller sich der Kolben dabei abwärts bewegt, umso schneller muss die Luft strömen. Die rreicht dabei extrem hohe Geschwindigkeiten im Öffnungsquerschnitt des Ventils. Diese kleine Öffnung zusammen mit der hohen Strömungsgeschwndigkket sorgt für sehr starke Verwirbelungen, die zu einem erheblichen Druckverlust führen. Die Luft, die es durch das Ventil geschafft hat und in den Zylinder strömt, hat einen deutlich geringeren Druck und damit Dichte gegenüber dem langsamen Einströmen bei geringer Drehzahl.
Beide Effekte zusammen, also zu kurze Zeit für den Ansaugvorgang und sehr große Druckverluste am Ventilquerschnitt sorgen dafür, dass die Füllung zunächst langsam, dann aber dann sehr rasant immer geringer wird. Und da wären wir wieder am Anfang: geringere Füllung bedeutet weniger Kraftstoff, der eingespritzt werden kann. Weniger verbrannter Kraftstoff führt zu geringerem Verbrennnungdruck im Zylinder und damit am Ende zu weniger Drehmoment.
Aber warum ist der Druck dann höher (bzw. weniger geringer) , nur weil sich die Luft verwirbelt?
Dieser Vorgang nennt sich Drosselung. Durch die entstehenden Verwirbelungen wird sozusagen Druckenergie abgebaut (ist fachlich nicht ganz korrekt, aber geht in die Richtung). Denselben Effekt hat auch die Drosselklappe. Durch den engen Spalt, den sie bei wenig Gas hat, wird der Durchfluss und der Druck der Luft gesenkt, sodass nicht mehr so viel in den Zylinder strömen kann. Hinter der geschlossenen Drosselklappe herrscht immer Unterdruck, der teilweise ja auch "abgezapft" und anderweitig verwendet wird.
Warum muss die Luftsäule wieder abgebremst werden?
Wenn das Einlassventil wieder schließt, muss die sich bewegende Luftsäule im Ansaugstutzen vor dem Einlassventil wieder abgebremst werden, bis das Ventil das nächste mal öffnet. Dieses ständige Beschleunigen und Abbremsen der Luftsäule führt auch zu Druckwellen im Ansaugtrakt, die die Füllung ebenfalls bei bestimmten Drehzahlen vermindern können, wenn sie ungünstig laufen.
Danke für die Antwort
Gerne.
die wirklich hilfreich ist
Habe Motorentechnik studiert, da sollte ich das wissen.
Dieser Vorgang nennt sich Drosselung. Durch die entstehenden Verwirbelungen wird sozusagen Druckenergie abgebaut
Verstehe. Aber wie funktioniert das, dass nur durch die Verwirbelung Druck abgebaut (bzw. Erhöht)wird?
Und wie sieht das ganze dann eigentlich bei 2 Takter aus ? Die haben ja in dem Sinne keine richtigen Ventile ?
Durch Drosselung kann nur Druck abgebaut und nicht aufgebaut werden. Hat ein Gas/Flüssigkeit ein Energiepotential , weil es einen höheren Druck als die Umgebung hat, wird dieses Energiepotential durch Verrwirbelung und die innere Reibung, die dadurch ensteht, abgebaut. Durch Reibung werden auch in anderen Fällen Energiepotentiale abgebaut. Dabei ist es egal, ob es sich um innere oder äußere Reibung handelt. Normalerweise würde ein Gas bei Entspannung kälter werden. Das ist bei der Drosselung nicht der Fall. Da wird das Druckpotential durch die innere Reibung der Verwirbelungen in Wärme ungewandelt, die so groß ist, dass der Temperaturabfall durch die Dekompression genau kompensiert wird. Bei der Drosselung nimmt nur der Druck ab, aber die Temperatur bleibt gleich.
Und wie sieht das ganze dann eigentlich bei 2 Takter aus ? Die haben ja in dem Sinne keine richtigen Ventile ?
Das ist bei der Betrachtung des Drehmoments und der Füllung so ziemlich das selbe. Bei Zweitakter werden die Ventile durch Steuerschlitze ersetzt, die der Kolben öffnet und schließt. Das Problem mit der Kürze der Zeit und den Verwirbelungen tritt auch hier auf. Allerdings ist das nicht ganz so schlimm wie beim 4-Takter, weshalb Zweitakter in der Regel höher drehen können als 4-Takter, ohne am Drehmoment zu sehr zu verlieren.
Aber der Motor saugt doch. (bzw. im Zylinder entsteht unterdruck) Ist es dann nicht sogar besser , wenn durch die Verwirbelungen der Druck mehr abfällt?
und verstehe ich das richtig: wegen der Verwirbelungen reibt die Luft aneinander und wird dadurch warm und dadurch nehmt die Luft mehr Platz ein und die Dichte und der Druck wird geringer? (tut mir leid aber den anderen Kommentar von mir kannst du ignorieren. Ich glaube , dass ich das jetzt verstanden habe)
und verstehe ich das richtig: wegen der Verwirbelungen reibt die Luft aneinander und wird dadurch warm und dadurch nehmt die Luft mehr Platz ein und die Dichte und der Druck wird geringer?
So in etwa kann man das formulieren. Das "dadurch" würde ich aber streichen. Der Druckverlust und die Freisetzung von Wärme geschehen gleichzeitig und Hand in Hand. Dadurch sinkt zum einen die Dichte (Druckverlust) und zum anderen bleibt die Temperatur dennoch konstant (Umwandlung Druckenergie in Wärme).
und zum anderen bleibt die Temperatur dennoch konstant
das verstehe ich jetzt nicht ganz. Ich dachte, dass die Luft durch die Reibung dann wärmer wird und dann die Luft mehr Volumen einnimmt ( weil die Luft wärmer wird) . Warum bleibt die Temperatur konstant?
In der Physik bzw. hier der Thermodynamik gibt es öfters Phänomene, die durch den gesunden Menschenverstand nicht direkt erfassbar sind, sondern ihm teils widersprechen.
Wenn Luft nicht durch eine Drosselung entspoannt wird, z.B. in einer Düse oder einem Kolben, also ohne nennenswerten Verwirbelungen, gilt das Gesetz von Amontons:
p1/p2 = T1/T2
Die Temperatur sinkt also im selben Verhältnis wie der Druck. Das Phänoem kennst du viellleicht, dass ein Fahradventil etwas kühler wird, wenn man die Luft rauslässt oder auch bei Sprühdosen passiert das. Die Luft gelangt da relativ wirbelfrei raus.
Die klassische Drossel ist eine Lochblende, z.B. wie hier:
Die scharfe Kante erzeiugt am Rande die erwähnten Verwirbelungen. Das passiert auch an der Kante des Ventiltellers bzw. des Ventilsitzes. Durch diese Verwirbelungen erwärmt sich die Luft wieder.
Dass die Temperatur bei einer vollständigen Drosselung gleich bleibt liegt daran, dass die innere Energie ein es idealen Gases ausschließlich von seiner Temperatur abhängt. Nun kommt der Energieerhaltungsatz. Da weder Wärme ausgetauscht wird noch Volumenänderungsarbeit geleistet wird, muss die innere Energie gleichbleiben. Das bedeutet, auch diie Temooeratur muss gleich bleiben.
In der Realität sieht das Ganze am Einlassventil aber viel komplizierter aus. Zum einen findet keine volllständige Drosselung statt, vor allem, wenn das Ventil ganz geöffnet ist. Zum anderen wird auch ein bischen Volumenänderungsarbei geleistet, da der Zylinder einen größeren Querschnitt hat als der Ansaugstutzen. Und dann wird auch noch etwas Wärme vom heißen Einlassventil an die einströmende Luft übertragen. Über diese Vorgänge kann man wissenschaftliche Arbeiten schreiben.
Jedenfalls bleibt als Fazit, dass der Einlasskanal zu einer Druckabsenkung des einströmenden Gases führt und dieser umso höher ist, je schneller das Gas strömt. Das bedeutet am Ende, dass durch diesen Drosselungseffekt, der umso stärker ist, je höher die Strömungsgeschwindigkeit ist, die Füllung mit zunehmender Drehzahl abnimmt....neben den anderen beschriebenen Effekten, die zu einer Minderung der Füllung bei hohen Drehzahlen führen.
also kann man jetzt sagen, dass durch die Verwirbelungen die Luft warm wird und die Luft dann mehr Volumen einnehmen will und es dadurch weniger Luft angesaugt werden kann in dieser kurzen Zeit und das durch den runterfahrenden Kolben der dabei das Volumen ändert , aber weil der Zylinder größer ist als der Ansaugstutzen , erzeugt der Kolben dann einen größeren Unterdruck, als er in wirklichkeit ansaugen kann und dadurch wird der Kolben auch etwas abgebremst?(Falls das 2 stimmen sollte, warum macht dann nicht "einfach" eine größeren Ansaugstutzen?)
Und was würde passieren , wenn man in einem kleinen geschlossenen Raum die Luft (stark) zum Würbeln bringen würde ? Würde dann nicht eigentlich der Druck sogar steigen , weil die Luft Wärme sich ja auf und verbraucht dann mehr Volumen ?
also kann man jetzt sagen, dass durch die Verwirbelungen die Luft warm wird und die Luft dann mehr Volumen einnehmen will und es dadurch weniger Luft angesaugt werden kann in dieser kurzen Zeit
Im Prinzip ja.
und das durch den runterfahrenden Kolben der dabei das Volumen ändert , aber weil der Zylinder größer ist als der Ansaugstutzen , erzeugt der Kolben dann einen größeren Unterdruck, als er in wirklichkeit ansaugen kann und dadurch wird der Kolben auch etwas abgebremst?(
Auch das stimmt im Prinzip. Der Kolben muss etwas mehr "Ansaugarbeit" leisten, was dann letztlich am Drehmoment und der Leistung fehlt. Dieser Effekt ist allerdings nur sehr gering.
Falls das 2 stimmen sollte, warum macht dann nicht "einfach" eine größeren Ansaugstutzen?
Weil dafür der Platz fehlt. Man versucht schon, den Ansaugstutzen und auch die Ventilquerschnitte so groß wie irgendwie möglich zu machen. Die Ansaugspinne muss aber ja auch noch am Zylinderkopf angeschraubt werden. Eine Möglichkeit dazu ist die Vierventiltechnik. Bei Rennmotoren baut man extreme Kurzhuber, was nicht nur die Kolbengeschwindigkeit senkt und höhere Drehzahlen ermöglicht, sondern auch zu einem größeren Zylinderdurchmesser führt und man dadurch mehr Platz für die Ventile und Ansaugtrakte gewinnt. Die haben dann halt den Nachteil, dass sie zwar bei hoohen Drehzahlen noch Drehmoment und Leistung erzeugen, aber unten rum sehr schwach sind. Bei Langhubern, z.b. den amerikanischen V8-Motoren, hat man bei niedrigen Drehzahlen ordentlich Dampf, aber obenrum werden sie schwach. Bei den mmeisten Alltagsmotoren wählöt man daher als Kompromiss eine etwa quadratische Auslegung, dass also Hub und Zylinderdurchmesser etwa gleich groß sind. Nur nebenbei: die Konstruktion von Motoren ist eine einzige Suche nach optimalen Kompromissen.
Einen Teil der ganzen Probleme versucht man auch durch andere Maßnahmen zu minimieren. Ein Mittel der Wahl ist die Turboaufladung. Da sagt dann nicht nur der abgehende Kolben, sondern der Turbo drückt zusätzlich ordentlich von hinten. Eine andere Möglichkeit sind verstellbare Nockenwelle, um die ganzen Strömungsverhältnisse an verschiedene Drehzahlen anpassen zu können.
Und was würde passieren , wenn man in einem kleinen geschlossenen Raum die Luft (stark) zum Würbeln bringen würde ? Würde dann nicht eigentlich der Druck sogar steigen , weil die Luft Wärme sich ja auf und verbraucht dann mehr Volumen ?
Ganz genau. Das lässt sich mit dem Energieerhaltungssatz sogar leicht berechnen. Die Energie der Luft würde genau um den Betrag zunehmen, den man als mechanische Arbeit mittels einem Rührwerk zuführt. Da gilt dann die Formel:
W = Q = cv * m * ∆T
eine kline Nebenfrage habe ich noch. Ich habe jetzt schon mehrmals was von Ventilüberschneidung gelesen. Ich verstehe jetzt aber nicht genau , was die macht. auf Wikipedia und anderen Seiten stehen immer andere Antworte.
Z.b , dass das Einlassventil früher öffnet, kann durch die rausströmenden Abgase schon Frischluft(mit ggf.Benzin) angesaugt werden und kann dadurch kann der Zylinder besser die Abgase rausspülen(Die Frischluft wird dann mit rausgedrückt). Andere Seiten sagen , dass durch den Früher öffneden Einlassventil quasi die Öffnungsphase beim 1 Takt schon "übersprungen" wird und mehr Frischluft angesaugt werden kann.
Ich wäre sehr dankbar , wenn du wieder antworten könntest.
Die Ventilüberschneidung berücksichtigt vor allem den beschriebenen Effekt, dass die Luftsäule eine gewisse Zeit braucht, um sich in Bewegung zu setzen sowie dass das Einlassventil am Beginn der Öffnung noch einen sehr geringen Öffnungsquerschnitt hat. Durch das zu früh öffnende Einlassventil, während das Auslassventil noch nicht ganz geschlossen ist, ist das Einlassventil im Oberen Totpunkt dann schon ein kleines Stück geöffnet, sodass ab dem Moment, wo der Kolben nach unten geht, sich die Luftsäule auch sofort in Bewegung setzen kann. Wie gesagt, für die Einströmung gibts nicht viel Zeit und daher zähllt jede tausendstel Sekunde.
Ich habe allerdings auch gelesen , dass die Luftsäule im Ansaugbereich noch eine gewisse Bewegung hat (von den letzten Ansaugen) und dann dadurch , dass das Ventil früher öffnet die Bewegung der Luftsäule noch etwas ausgenutzt wird. Stimmt das auch ?
Ja, das stimmt im Prinzip auch. Genau genommen ist die gesamte Luftsäule nicht wirklich in Bewegung. Was aber passiert ist, dass Druckwellen durch den Ansaugtrakt hin- und her laufen und dieser optimal so abgestimmt ist, dass gerade dann eine Druckwelle ankommt, wenn das Einlassventil öffnet und so der Luftsäule eine Art zusätzlichen Stoß versetzt. Um diesen Effekt optimal auszunutzen, sieht man bei moderneren Motoren im Gegensatz zu alten auch relativ lange und annähenrd gleichlange Ansaugstrecken getrennt für jeden Zylinder, sodass sich die Druckwellen der einzelnen Zylinder nicht gegenseitig in die Quere kommen.
Hier Bilder dazu:
https://cdn02.plentymarkets.com/1wplc4l9eskh/item/images/51797/full/IDO-4M5G9424FT-04.jpg
..und wie es früher war:
https://i.ebayimg.com/00/s/MTA2MFgxNjAw/z/5YAAAOSwwfdfle0Z/$_59.JPG
Aber der Hauptgrund ist dennoch der , dass durch den früher öffneden Einlassventil mehr bzw. schneller Luft eingesaugt werden kann?
Und was ist eigentlich der genau der Hintergrund?
Ist der Hintergrund der , dass sich im 4 Takt das Frischgas etwas vom Altgas rausgesaugt wird und dadurch die Spülung besser ist (Frischgas wird gleich sofort ausgestoßen)? Oder ist der Hintergrund einfach nur , damit schneller Frischgas eingesaugt wird ?
Aber der Hauptgrund ist dennoch der , dass durch den früher öffneden Einlassventil mehr bzw. schneller Luft eingesaugt werden kann?
Darum geht alles im Ergebnis....mehr Frischgas, mehr Kraftstoff, mehr Drehmoment, mehr Leistung.
und dadurch die Spülung besser ist
Die wird durch die Überschneidung auch etwas besser. Wenn weniger Altgas im Zylinder bleibt, geht mehr Sauerstoff rein und die Qualität der Abgase wird verbessert. Insgesamt spielen da bei dem letzten Prozent der Optimierung viele Faktoren rein. Das lässts ich auch nicht mehr alles berechnen oder erklären, das kriegt man dann nur noch bei Prüfstandsversuchen optimiert.
und die Ventilüberschneidung ist quasi die Hauptaufgabe der Nockenwellenverstellung ? Oder hat die noch die Nockenwellenverstellung noch andere wichtige Funktionen? (Tut mir leid , dass ich die Frage erst jetzt stellen konnte, ich war auf einer kleinen Reise und hatte kein Internet)
Die Ventilüberschneidung sollte umso größer sein, je höher die Drehzahl ist, um letztlich auf die Kürze der Zeit für den Gaswechsel zu regarieren.
Bei niedrigen Drehzahlen sind dann aber zeitlich gesehen die Ventile zu lange gemeinsam geöffnet und es kann Frischgas direkt wieder in den Auslass geraten, was unerwünscht ist. Um die Zeit der Überschneidung zu verkürzen, wird dann die Nockenwelle etwas angehoben. Dass das Einlassventil dadurch insgesamt weniger geöffnet ist, ist nicht so schlimm, denn von der Zeit her gesehen ist es lange genug geöffnet. Ich sagte ja schon, Motorenbau/-konstruktion ist eine einzige Suche nach Kompromissen. Was z.B. gut für hohe Drehzahlen ist, ist schädlich bei geringen Drehzahelne und umgekehrt. Mit der Nockenwellenverstellung versucht man halt, die Vorteile bei hohen Drehzahlen zu behalten, aber die Nachteile bei geringen Drehzahlen zu verringern.
was ich jetzt aber nicht verstehe , warum Frischgas in den Auslass geraten kann (bei aufgeladenen Motoren macht es ja Sinn , aber nicht bei saugern). Wenn der Kolben in den 4 Takt nach oben geht , dann wird ja ein Art überdruck im Zylinder erzeugt und das Frischgas müsste doch dann Theoretisch sogar zurückgedrückt werden oder das Abgas geriet sogar in den Einlass? (sorry ich habe es falsch formuliert oben. Ich meinte , ob die Nockenwellenverstellung noch weitere wichitge Aufgaben , als die Ventilüberschneidung)
Nun liegen ja Auslass- und Einlassventil direkt nebeneinander. Wenn die bei langsamer Drehzahl beide "lange" gleichzeitig geöffnet sind, kommt es nun mal fast unvermeidlich zur Vermischung von Ab- und Frischgas. Frischgas kann in den Auslass und Abgas in den Frischgaskanal gelangen. Beides ist höchst unerwünscht. Das zweite Probllem besteht darin, dass das Einlassventil auch spät schließt und erst deutlich nach UT (ca. 40° bis 60° Kurbelwinkel) völlig geschlossen ist. Bei hoher Drehzahl ist das erwünscht, weil der Schwung der schnellen Frischgassäule noch nachdrückt, auch wenn der Kolben den UT schon überschritten hat. Bei geringer Drehzahl reicht der Schwung aber nicht aus und der aufgehende Kolben würde wieder einen Teil des Frischgases in den Ansaugtrakt zurückschieben. Auch das wird durch die Nockenwellenverstellung verhindert, weil dann das EV früher schließt.
aber wie genau ensteht dann der verbesserte Spülungseffekt , den ich oben geschrieben habe ? Weil bei hohen Drehzahlen sind die Ventile dann so schnell , dass doch kein Frischgas in das Auslasskanal geraten kann?
Man muss da immer bei der Betrachtung über den Kurbelwinkel und bei der Betrachtung über die Zeit (in Milisekunden) unterscheiden.
Bis sich bei hohen Drehzahlen die Luftsäule in Bewegung gesetzt hat und in den Zylinder strömt, ist das Auslassventil (zeitlich gesehen) fast schon wieder vollständig geschlossen.
Also ist der Spülungseffekt nicht wirklich (spürbar) vorhanden oder wie soll ich mir das Vorstellen?
Ja, im gGegensatz zum 2-Takter versucht man beim 4-Takter echte Spülungseffekte weitgehend zu vermeiden, weil die zu Krafstoffverlusten und schlechten Abgasen führen. Dennoch versucht man aber so viel wie möglich Frischluft in den Zylinder zu kriegen....damit wären wir wieder dabei, dass Motorenbau von vorne bis hinten die Suche nach Kompromissen ist.
Achso verstehe , weil beim 2 Takter ist ja der Spülungseffekt auch mit den Gaswechsel verbunden, da kann man es ja nicht wirklich vermeiden , dass das Frischgas gleich wieder ausgestoßen wird (außer man bringt die Überströmkanäle anders an oder man baut wie bei Cross Motorräder ein Resonanz-Auspuff oder ?), als im Gegensatz zum 4 takter, wo man es vermeiden kann und auch macht.
weil beim 2 Takter ist ja der Spülungseffekt auch mit den Gaswechsel verbunden, da kann man es ja nicht wirklich vermeiden , dass das Frischgas gleich wieder ausgestoßen wird
Zu dem Thema habe ich sogar eine experimentelle Studienarbeit gemacht (mit 1,0 ;-)).
Da musste ich genaue Messungen zum Spülvorgang machen, die mathematisch erfassen und eine Einspritzanlage konzipieren, damit der Einspritzzeitpunkt so gewählt werden kann, dass möglichst wenig Kraftstoff in den Auspuff gelangt.
Bei Zweitakter arbeitet man sowieso noch intensiver als beim 4-Takter mit Resonanzen im Ansaugtrakt und im Abgastrakt, um so die Spülung zu unterstützen und die Ladung zu erhöhen. Da muss man dann wieder Kompromisse finden zwischen extremer Leistung in einem sehr schmalen Drehzahlband oder geringerem Drehmoment über einen großen Drehzahlbereich.
Da musste ich genaue Messungen zum Spülvorgang machen, die mathematisch erfassen und eine Einspritzanlage konzipieren, damit der Einspritzzeitpunkt so gewählt werden kann, dass möglichst wenig Kraftstoff in den Auspuff gelangt.
Das finde ich sehr Interessant! Als ich mit mein Vater vor c.a 1 Jahr eine S51 komplett von Grund auf aufgebaut haben, wollte ich unbedingt ab dann auch irgendwas mit Verbrennungsmotoren zu tun haben, bzw. studieren. Da allerdings Verbrennungsmotoren ja bald abgeschafft werden sollen , lohnt sich ja leider das nicht mehr.
Da allerdings Verbrennungsmotoren ja bald abgeschafft werden sollen , lohnt sich ja leider das nicht mehr.
Könnte sein. Die derzeitigen Elektroantriebe halte ich allerdings auch für Totgeburten. Die können nur eine Zwischenlösung sein.
Die Zukunft gehört dem Wasserstoff. Ob dann Autos mittels Brennstoffzelle und E-motoren oder eventuel doch mit wasserstoffbetriebenen Verbrennungsmotoren ausgerüstet werden, ist m.E. noch nicht entschieden.
Und eine kleine Frage habe ich noch , (tut mir leid wegen den ganzen Fragen , aber du bist der einzige, der wirklich Ahnung hat und ich fragen kann. Weil ich bin so ein Typ, der die ganze Zeit über solche Fragen nachdenken muss. Solltest du ja , nach den 1000 Fragen , die ich dir gestellt ja langsam merken ;)) wann genau wird Benzin im Motor eigentlich Gasförmig bzw. warum? Wird es direkt nach den Vergaser bzw. Einspritzdüse Gasförmig? Falls ja , warum eigentlich? Liegt das daran , dass das Benzin dann so schnell aus der (Vergaser-/Einspritz-)Düse gedrückt wird, dass das Benzin dann viele kleine Teilchen sind und dadurch eine Größere Fläche zum Verdampfen ist oder woran liegt das?
Ja, das trifft die Sache ziemlich genau.
Zunächst wird das Benzin in feinsten Tröpchen verteilt (egal ob an der Hauptdüse des Vergasers oder durch ein Einspitzventil) und durch die große Oberfläche verdampft das Benzin sehr schnell. Allerletzte Kleinsttröpfchen verdampfen spätestens im Zylinder.
Bei sehr kaltem Motor funktioniert das nicht 100%-ig. Da kann es sein, dass nicht alle Tröpfchen verdampfen, sondern sich als Film an den Oberflächen des Ansaugtraktes absetzen. Deshalb braucht man eine Kaltstartanreicherung (Choke), um diesen Benzinverlust zu kompensieren. Sobald der Motor etwas warm ist, braucht man die Kaltstartanreicherung nicht mehr, dann verdampft alles.
Bei sehr kaltem Motor funktioniert das nicht 100%-ig.
Unter kaltem Motor versteht man ja eigentlich nur , dass der Motor bzw. die Teile um den Motor (also Ansaugbrücke usw.)nicht Betriebstemperatur hat oder ? Und kann wegen den "kalten" Motor das Benzin fast garnicht verdampfen , weil Gase ja eigentlich nur entfernte Teilchen sind und Gase können ja zu einem durch hohe Temperaturen "erzeugt" werden oder wie im dem Fall durch die "schwache Verbindungen" der Benzin Teilchen. Und wenn dann die Temperaturen geringer ist , dann "zappeln" die Benzinteilchen weniger rum und dadurch verdampft das dann viel schwieriger? Und was passiert eigentlich, wenn man 2 Gläser mit Benzin gefüllt hat und ein Glas stellt man in ein Raum wo z.b -200°C sind und das andere Glas stellt man in ein Raum , mit z.b 100°C . Sollte dann nicht das Benzin in den kalten Raum wenn überhaupt ganz langsam Verdampfen und in den warmen Raum sehr schnell?
Unter kaltem Motor versteht man ja eigentlich nur , dass der Motor bzw. die Teile um den Motor (also Ansaugbrücke usw.)nicht Betriebstemperatur hat oder ?
Richtig.
Sollte dann nicht das Benzin in den kalten Raum wenn überhaupt ganz langsam Verdampfen und in den warmen Raum sehr schnell?
Noch richtiger. Für sehr kalte Wintertemperaturen gibt es daher bei vielen Modellen eine Luftvorwärmung, damit das Benzin besser und schneller vergast.
Achso und eine Sache wollte ich noch wegen der Ventilüberschneidung fragen. Also verstehe ich das richtig, dass die Ventilüberschneidung Hauptsächlich den Vorteil hat , dass bei hohen Drehzahlen dann das Einlassventil früher öffnet (und bei noch komplexeren Nockenwellenverstellung länger aufbleibt, damit der Schwung noch mehr ausgenutzt) und dadurch noch den Schwung der Luftsäule ausnutzt und damit die Öffnungphase "übersprungen" wird. Und eine Spülung versucht man beim 4 Takter zu vermeiden, weil sonst der Kraftstoff Verbrauch und die Abgaswerte zu schlecht sind. Beim 2 Takter allerdings nicht , weil die Spülung ja mit den Gaswechsel verbunden ist(?).
Das verstehst du im Prinzip richtig.
Weil beim 2-Takter die Trennung von Frisch- und Abgas prinzipbedingt nicht möglich ist, sind auch geringer Benzinverbrauch und saubere Abgase kaum möglich, weshalb die mehr und mehr aussterben. In KFZs sind die schon lange nicht mehr zulassungsfähig.
Habe einen Roller Gilera Runner 180 mit 180 ccm-Zweitakter und 24 PS (Baujahr 1999). Da amüsiere ich mich regelmäßig an der Ampel, wenn ich mich neben eine 125-er stelle, abwertend mal eben angeguckt werde (der sieht wie ein 50er Roller aus) ....und die anschließend beim Ampelstart völlig alt aussehen lasse. Selbst ausgewachsene Motorräder ziehe ich ab, wenn die nicht damit rechnen.
sorry das ich dir schon wieder schreibe (wenn ich dir zu sehr auf die Nerven gehe , dann antworte mir nicht mehr . Ich werde dich dannach nicht mehr vollspammen :))
, aber ich lese öfters (und höre) , dass durch die Ventilüberschneidung(um genauer zu sein die Nockenwellenverstellung) mehr dazu da ist , die Abgas-Werte einfach nur so gering wie möglich zu halten und Leistung ist dann mehr "egal". Ist das nur bei manchen Motoren so oder wie ist das ? (falls du nicht verstehen solltest was ich meine , dass Video hier habe ich mir angeguckt:
https://www.youtube.com/watch?v=I5dy2Vnf95w&t=284s
am Schluss erzählen sie , was für Funktionen die Ventilüberschneidung bzw. die Nockenwellenverstellung hat und deswegen kommt es zu meiner Verwirrung)
Dass Ventilüberschneidung sowohl mit mehr Drehmoment bei niedrigen Drehzahlen, damit verbunden mit Spritersparnis als auch mit der Verbesserung der Abgase zu tun hat, hatte ich ja erwähnt. Da spielen viele Effekte zusammen. Das Problem mit NOx tritt vor allem bei Dieselmotoren und weniger bei Benzinmotoren auf, da die NOx-Produktion sehr stark von den Verbrennungstemperaturen sowie dem Sauerstoffüberschuss abhängt, die beim Diesel ungünstiger sind als beim Benziner. Die NOx. die der Benziner produziert, können dann im Katalysator praktisch völlig abgebaut werden, was beim Diesel wiederum wegend es Sauerstoffüberschusses schwieriger zu machen ist. Deshalb sind von Fahrverboten in Innenstädten ja auch nur Diesel und keine Benziner betroffen.
In dem Video oben wird allerdings erklärt, dass die Nockenwellenverstellung fast ausschließlich nur für die Abgaswerte zuständig sind. Z.b man schließt das Einlassventil späte , damit das Gemisch wieder ein bisschen bei der Kompression rausgedrückt wird und weniger Sprit = niedrige Temperaturen = weniger NOx. Oder man öffnet das Einlassventil sehr früh , damit man (aber nicht um den oben von uns geschrieben Effekt zu erzielen ,(dass man noch die beschleunig von der Luftsäule ausnutz und dennoch die Öffnungsphase "übersprungen" wird)) die Abgase in den Einlasskanal rein drückt und dann wie so eine Interne Abgase Rückführung produziert.
Die betrachten das Ganze halt aus nur einem bestimmten Blickwinkel. Nur wegen NOx würde sich der Aufwand bei einem Benziner gar nicht lohnen, da man ja sowieso einen Kat hat, der NOx fast vollständig entfernt.
Als Mercedes die Nockenwellenverstellung einführte, wurde damals als Hauptgrund Drehmoment und damit Spritersparnis bei niedrigen Drehzahlen angegeben.
Also kann man sagen , dass das Video ein bisschen zu allgemein ist und es ja nach Motor Steuergerät bzw. Je nach Hersteller ist und sich die Nockenwelle dann je nach Leistung sich entweder so verstellt , dass wenig NOx produziert wird(selbst mit einem Kat), wenn wenig Leistung angefordert wird und bei hoher Leistung dann sich Nockenwelle so verstellt , dass mehr Leistung erzeugt wird (dann tritt unser oben beschriebene Effekt mit der Luftsäule und Öffnungsphase auf)?
Also kann man sagen , dass das Video ein bisschen zu allgemein ist
Nein im Gegenteil. Das ist zu speziell auf einen Motor und einen Effekt spezialisiert.
Bei der Nockenwellenverstellung gibts zwischen den Herstellern keine großen Unterschiede:
Niedrige Drehzahl: angehobene Nockenwelle, geringere Öffnungswinkel, kleinerer Ventilhub.
Hohe Drehzahl: abgesenkte Nockenwelle, große Öffnungswinkel mit Überschneidung, maximaler Ventilhub.
im Video kann man aber sehen , dass der Motor ein "sport" Motor ist und desshalb frage ich mich , warum die Nockenwellenverstellung hier nur für die Abgas-Werte erklärt wurden. Hat die Nockenwellenverstellung in diesen Motor wirklich nur die Aufgabe, die Abgas-werte zu verbessern oder haben die das nur so erklärt?
Niedrige Drehzahl: angehobene Nockenwelle, geringere Öffnungswinkel, kleinerer Ventilhub.
werden die Ventile nicht so weit geöffnet , damit die Überschneidung wenn überhaupt eine vorhanden ist , nicht zu groß ist und im Einlasskanal nicht die Abgase reingedrückt werden und andersherum(ist aber manchmal gewollt, wie bei den Motor im Video bei geringer Leistung(?))?
(Und was genau meinst du eigentlich mit angehobener Nockenwelle und abgesenkte Nockenwelle? Ich dachte , dass sich die Nockenwelle dann individuell und unabhängig von der Motordrehzahl sich verstellen kann in Form von kurzes drehen?)
oder haben die das nur so erklärt?
Das würde ich sagen. Das dürften eher Praktiker sein, die sich für die Mechanik interessieren als Theoretiker, die sich mit den physikalischen Hintergründen beschäftigen.
Bei den Nockenwellenverstellungen gibt es ziemlich verschiedene Methoden, die von Hersteller zu Hersteller sehr unterschiedlich sind. Bei meinem Benz wird z.B. die Nockenwelle etwas angehoben, bei anderen Herstellern wie BMW findet eine Phasenverschiebung stattetc. pp. Da müsste man jedes einzelne System getrennt betrachten. Aber Sinn und Zweck aller Verstellungen sind Leistungssteigerung, Drehmomenterhöhung, Spritersparnis und Abgasverbesserung.
Mehr zu den einzelnen Systemen:
http://www.hilfreich.de/nockenwellenversteller-prinzip-und-herstellung_16861
Jeses System hat Vor- und Nachteile und ein etwas anderes Funktionsprinzip.
also kann man nun sagen , dass es von System zu System anders ist und meistens Leistungsabhängig ist , ob die Nockenwellen so verstellt werden , dass entweder die Abgas-werte besser sind wenn der Motor gerade wenig Leistung abgegen soll(wie die im Video erklärt haben) oder viel Leistung aber dennoch wenig Spritverbrauch (wie wir ja oben schon mehrmals geschreiben haben mit der Beschleunigung der Luftsäule und mit dem überspringen der Öffnungsphase usw.) (wobei dann aber die Abgas-werte nicht so gut sind aber das ist dann nur minimal . der Kat macht ja dann die größte Reinigung des Abgases)
Und ob jetzt durch einzelnes ansteuern der Ventile oder durch Phasenverstellung oder durch anheben der Nockenwelle kommt eigentlich immer zum gleiche Ziel.
Nein, das kann man niicht so getrennt voneinander sehen. Sagte ja schon mehrfach, Motorenauslegung ist eine ständige Suche nach Kompromissen. Mit einer Nockenwellenverstellung beeinflusst man gleichzeitig, ob man will oder nicht, Drehmoment, Leistung, Spritverbrauch und Abgasverhalten.
Wie man die Nockenwellenverstellung dann im Einzelfall genau abstimmt, verschiebt den Kompromiss zwischen diesen Parametern mal mehr in die eine, mal mehr in die andere Richtung.
Bei einer konstanten Drehzahl könnte man auf die Nockenwellenverstellung verzichten und den Motor von vornherein auf das Optimum abstimmen. Was bei einer Drehzahl passt, passt aber bei einer anderen Drehzahl noch lange nicht. Um das auszugleichen, verwendet man die Nockenverstellung, um auch bei verschiedenen Drehzahlen eine guten Motor zu haben.
also ist das mehr so , dass bei einem Motor die Nockenwelle so verstellt , dass dadurch mehr Leistung entsteht (aber schlechtere Abgaswerte) und bei einem anderem Motor ist so , dass die Nockenwellenverstellung nur dafür da ist , die Abgaswerte zu verbessern oder wie kann man sich vorstellen?
Nein, du kannst nicht hergehen und sagen, so jetzt will ich die Angaswerte verändern und dann mache ich das und das....das geht nun mal nicht, weil alles mit allem zusammenhängt. Sobald man die Fpllung und das Drehmoment verbessert, ergibt sich die Spritersparnis und Verbesserung der Abgaswerte von alleine. Wenn man hergeht und die Abgaswerte durch die Steuerzeiten zu verbessern, verbessert sich aus das Drehmoment, ob du nun willst oder nicht. Löse dich davon, so wie die im Video, eindimensional zu denken. Das klappt beim Motor nicht.
Also weil wenn man jetzt in hohen Drehzahlen ist und die Nockenwelle so verstellt , dass die Füllmenge mit unter anderem der Ventilüberschneidung verbessern will, wird der Motor effektiver und Leistungsfähigker und selbst wenn dadurch etwas mehr Sprit verbrannt wird ist , die Leistung deutlich besser und dadurch sind die Abgaswerte besser ? Und das was die im Video gesagt haben , dass sich die Nockenwelle nur verstellt , damit sich die Abgaswerte verbessern ist nicht wirklich richtig oder was verstehe ich daran nicht?
Also zumindest beim Benz ist es so, dass die Nockenwellenverstellung bei hohen Drehzahlen und hoher Last inaktiv ist. Darauf ist der Motor von vornherein optimiert. Die wird erst aktiv bei niedrigen Drehzahlen.
Das müsste man bei jedem Hersteller getrennt untersuchen was passiert, wenn die NV mal ausfälllt: ob er dann in hohen oder in niedrigen Drehzahlen so läuft wie gewohnt.
oder was verstehe ich daran nicht?
Du verstehst nicht, dass man das niicht getrennt betrachten kann. Das ist nur ein Aspekt von vielen.
Das wäre in etwas so, dass wenn dir jemand erklären will, warum er arbeiten geht und sagt, ich will Geld verdienen, um mir ein Auto leisten zu können.
Das ist nicht falsch, aber eben nur ein kleiner Teilaspekt. Durchs Geld verdienen kann man auch die Miete, die Lebensmittel, den Urlaub und vieles andere bezahlen. Geld verdienen bewirkt vieles, auch den Unterhalt für ein Auto, aber nicht nur. Und wer so viel Geld verdient, dass er sich einen Porsche leisten kann, wohnt im Allgemeinen auch gut und macht interessante Urlaube. Das eine hängt mit dem anderen zusammen.
also kann man jetzt sagen , dass alles eine Art zuammenhang hat ?
Z.b wie ich schon oben geschrieben habe , verbessert man die Leistung indem man die Füllmenge optimiert und dadruch wie zwar mehr Sprit verbrannt aber trotzdem ist der Motor effektiver usw.
oder ist das mehr so , dass die Nockenwellenverstellung eigentlich nur die Leistung verbessert , da aber dadurch auch die Effizienz erhöhrt wird , werden auch die Abgaswerte als Zusammenhang verbessert ? Und das , was die im Video gesagt haben , dass z.b die Ventilüberschneidung als Abgas-Rückführung da ist , ist nicht wirklich richitg , da aber wiegesagt die Leistung erhöht wird , ist dann auch der Motor Sparsamer und die Abgase nicht mehr so schädlich vom Verhältnis abgesehen. meintest du damit , dass die im Video das alles vom falschem Blickwinkel sehen?
Ich habe jetzt nochmal im Internet etwas recherchiert und das was ich jetzt gelesen habe , ist :
Bei hoher Drehzahl / Last:
Mit der Nockenwellenverstellung kann man unter anderem das Einlassventil früher öffnen(dabei entsteht auch eine Ventilüberschneidung), damit man zum einem die beschleunig der Luftsäule noch ausnutzen kann und zum anderen, (da jede Millisekunde bei hohen Drehzahlen wichtig ist, ) wird dabei die "Öffnungsphase" von dem Einlassventil "übersprungen" und das Einlassventil ist dadurch schon offen und es kann dann im 1 Takt mehr Gemisch eingesaugt werden.
Das Auslassventil kann unteranderen auch weiter geöffnet werden, damit mehr Abgase rausgedrückt werden kann.
Bei geringer Drehzahl/last:
Das Einlassventil kann später schließen ( auch eine Ventilüberschneidung) , damit das Gemisch wieder ein wenig in den Einlasskanal gedrückt werden kann , damit weniger Gemisch dann insgesamt im Zylinder ist und der Motor u.a sparsamer ist.
Oder das Einlassventil öffnet früher , damit Abgase in den Einlasskanal gedrückt werden kann und dann wie eine Interne Abgas Rückführung funktioniert . Der Effekt ist ähnlich wie wenn man das Einlassventil später schließt.
Das Auslassventil kann früher geschlossen werden , damit etwas Abgase im Motor bleiben und dann der Hub "künstlich verringert " wird. Der Motor ist auch dann sparsamer.
Stimmt das jetzt so ungefähr oder nicht?
(Mal wieder sorry für die ganzen Kommentare und das ich das verstehe)
Stimmt das jetzt so ungefähr oder nicht?
Das entspricht weitgehend meinen bisherigen Ausführungen.
Sorry aber ich habe mehrmals gelesen, dass so ungefähr stimmt, was ich oben geschrieben habe. Warum bist du denn der Meinung, dass das nicht stimmt? Falls ich das mit deiner Aussage richtig verstanden habe.
Tut mir leid wenn du das schon geschrieben hast , aber ich bin etwas verwirrt:).
aber ich bin etwas verwirrt:).
Weil du eine klare, einfache und eindeutige Antwort suchst, so funktioniert das und das bewirkt es....diese klare und eindeutige Antwort gibt es aber nicht.Dazu sind die Mechanismen, die Aswirkungen und die Folgen von Herstelller zu Hersteller zu unterschiedlich.
Icj glaube jetzt verstehe ich langsam , worauf du hinaus willst. Du meinst, dass es von Hersteller zu Hersteller , zu Motor zu Motor usw. anders ist? Meinst du das so ungefähr?
aber kann man denoch sagen , dass das was ich oben geschrieben habe, MÖGLICHE Aufgaben der NV sind (die vielleicht auch von manchen Motoren benutzt werden)?
So kann man das sagen. Mit einer NV kann man auf jeden Fall auch darauf Einfluss nehmen.
Hallo . Es tut mir sehr leid ,dass ich nach knapp einem Jahr hier wieder eine Frage stelle , aber ich schreibe eine Art Facharbeit und habe mir daher nochmal das Thema (hier) durchgelesen , aber leider bleibt mir eine Frage immer noch offen.
Ich habe hier öfters so etwas geschrieben , wie :
also ist das mehr so , dass bei einem Motor die Nockenwelle so verstellt , dass dadurch mehr Leistung entsteht (aber schlechtere Abgaswerte) und bei einem anderem Motor ist so , dass die Nockenwellenverstellung nur dafür da ist , die Abgaswerte zu verbessern
und Du hast meistens darauf geantwortet mit :
Nein, du kannst nicht hergehen und sagen, so jetzt will ich die Angaswerte verändern und dann mache ich das und das..(...)
oder
Nein, das kann man niicht so getrennt voneinander sehen.
wolltest Du darauf hinaus , dass die Effekte wie erhöhtes Drehmoment, Kraftstoffersparnis und bessere Abgaswerte nicht alleine vorkommen können und alles einen Zusammenhang hat?
Also wenn man z.b das Drehmoment mit einer NV erhöht , dann kommt man mit 10 Liter Benzin weiter , als ohne einer NV und dadurch sind dementsprechend auch die Abgaswerte besser.
Also erhöhtes Drehmoment = mehr Strecke bei gleichem Benzinverbrauch also = weniger Kraftstoffverbrauch/ höhere Effizienz vom Motor = bessere Abgaswerte.
Es hat also alles einen Zusammenhang und man das nicht einzeln sehen.
Und außerdem würde ich ganz gerne fragen , was genau Du über Motoren studiert hast , also wie das "Thema" heißt?
Nochmal vielen Dank!
Bei einem Verbrennungsmotor sinkt das Drehmoment, wenn die Drehzahl steigt.
Die Aussage stimmt nicht.
Ab einer gewissen Drehzahl sinkt die Drehmomenturve.
(Diagramm unten) https://www.energie-lexikon.info/drehmoment.html
Ich kann mir vorstellen, dass die Abbrandgeschwindigkeit einen begrenzenden Faktor hat, allerdings würde ich nicht sagen, dass die "Explosion" eigentlich ist es ja eine Verpuffung den Druck im Zylinder dennoch viel zu schnell erhöht wie sich der Kolben bewegen kann.
Mit einem Kolbenhub von 20cm und einer Flammenfrontgeschwindigkeit von 20m/s kommt man auf etwa 3000U/min. Allerdings ist die Flammenfrontgeschwindigkeit nicht konstant, also die schwankt ziemlich und kann auch viel schneller werden als 20m/s
Man hier aber beachten, dass die Druckausbreitung im Zylinder wesentlich schneller ist, also auch wenn die Flammenfront langsamer ist als der Zylinder breitet sich der Druckanstieg im Zylinder mit Schallgeschwindigkeit aus und diese Grenzen werden die Kolben wohl nicht erreichen. Durch die Verkürzte Verbrennungsdauer kann aber unter Umständen, dann nicht mehr so viel Sprit verbrannt werden, was dann eben einfach zu einer schwächeren Verbrennung führt.
Aber warum ist der Druck dann höher (bzw. weniger geringer) , nur weil sich die Luft verwirbelt?
Warum muss die Luftsäule wieder abgebremst werden?
Danke für die Antwort (einige der wenigen Antworten, die wirklich hilfreich ist )