Frage von HuhnLP, 97

Um wie viel Prozent steigt der Wirkungsgrad eines Verbrennungsmotors, wenn ich das Verdichtungsverhältnis erhöhe?

Ein höheres Verdichtungsverhältnis bedeutet auch ein höherer Wirkungsgrad bei Verbrennungsmotoren. Dabei habe ich mir die Frage gestellt, um wie viel Prozent der Wirkungsgrad sich erhöht, wenn das Verdichtungsverhältnis um 1 erhöht wird. Rein theoretisch könnte man das Verdichtungsverhältnis soweit erhöhen, bis der Wirkungsgrad z.B 90% beträgt. Über eine Antwort würde ich mich außerordentlich freuen

Expertenantwort
von Hamburger02, Community-Experte für Auto & Physik, 42

Der thermische Wirkungsgrad in Abhängigkeit vom Verdichtungsverhältnis beträgt:
eta (th) = 1 - 1 / epsilon ^(kappa - 1)
mit epsilon = Verdichtungsverhältnis
kappa = Isentropenexponent = c(p)/c(v)
mit c(v)= Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Volumen
und c(p) = Spezifische Wärmekapazität bei konstantem Druck

Jetzt kannst du das selber ausrechnen.
Allerdings machen die Treibstoffe in der Praxis eine Erhöhung der Verdichtung nicht mit, weil das zum sogenannten Klopfen führt, was den Motor zerstört.

Expertenantwort
von Peppie85, Community-Experte für Energie, 40

was du hier beschreibst ist keine lineare gleichung. das ist ungefähr so wie mit dem drehmoment. wir sind quasi am Gipfel angekommen. durch Änderung diverser Parameter wie dem Flammpunkt des Treibstoffes etc. lässt sich das noch steigern. aber das geht eher zu gunsten der Leistung als des wirkungsgrades. man braucht sich nur mal die Motoren von Dragstern und Formel1 Rennwagen anzuschauen...

lg, Anna

Expertenantwort
von fuji415, Community-Experte für Auto, 32

Den Wirkungsgrad kann man nur um um stellen hinter den Komma erhören da alles so weit schon ausgereizt ist , und so mit an der Grenze des machbaren ist  . Und 90 % ist Utopie den die andren Verluste gehen nicht weg  . 36 /43 % sind schon Spitzenwerte 

Der maximal mögliche Wirkungsgrad hängt von den Temperaturniveaus ab, auf dem die Verbrennungswärme zu- und abgeführt wird, und damit vom Verdichtungsverhältnis. 

Moderne Pkw-Ottomotoren erreichen im besten Arbeitspunkt (etwa in der Mitte des Drehzahlbandes und knapp unter der Volllastkurve) einen effektiven Wirkungsgrad von 36 %. 

Bei Dieselmotoren liegt dieser bei 43 %.Die mechanischen Verluste sind fast nur von der Drehzahl abhängig, daher nimmt der Wirkungsgrad bei geringer Last stark ab.

Antwort
von fjf100, 26

MERKE : Der Carnot-Kreisprozeß ist der Prozeß mit den höchsten Thermischen Wirkungsgrad

Wirkungsgrad ist n=T2 -T1/T1 = 1 - T2/T1

Hier ist T1 die Temperatur,bei der die Wärmeenergie (Verbrennungstemperatur zur Verfügung gestellt wird ,in K (Kelvin)

T2 Ist die Umgebungstemperatur in K (Kelvin

Beispiel : Verbrennungstemperatur 2000° Celsius =273,15 +2000°=2273,15   Umgebungstemperatur 20 ° ergibt T2=273,15 + 20 =293,15 K

n= 1 - 293,15 K / 2273,15 K=0,871 oder 87 %

Hiervon müssen dann noch zusätzliche Verluste abgezogen werden.Wärmeverlust des Gehäuses,Reibverluste von Kolben,kurbelwelle,Strömungsverluste bei den Ventilen usw.

Dieselmotoren und Benzinmotoren arbeiten nach anderen Kreisprozessen,deren Wirkungsgrad geringer sind.

Benzinmotor nach den "Gleichraumprozeß"

Dieselmotor nach den "Gleichdruckprozeß"

Außerdem ist der Wirkungsgrad noch von der Größe des Motors abhängig.

HINWEIS : Man kann die Verdichtung nicht einfach erhöhen,weil es dann zur Selbstentzündung des Benzin-Luftgemisches kommt.Das Gemisch zündet,bevor es die Zündkerze tut.Dies führt zu Motorschäden,oder er funktioniert überhaupt nicht.

Wirkungsgrad LKW-Dieselmotor 40%

          "            Benzinmotor 35%

Dieselgroßmotoren bis 50% (Leistung 10000 PS - 50000 PS)

HINWEIS :Herr Carnot war ein französischer Kanonier,der sich wunderte,weil Kanonen heiß werden.Kanonen sind eine Wärmekraftmachine ,die Wärmeenergie in kinetische Energie der Geschosse umwandelt.Bei diesen Prozeß entstehen Verluste und die Kanone wird heiß. 

Antwort
von dompfeifer, 29

Ob im Einzelfall auf Kosten der Wirtschaftlichkeit (z.B. Herstellungskosten, Verschleiß) mittels Kompressionserhöhung der Wirkungsgrad von Verbrennungsmotoren praktisch zu erhöhen ist, und dieser technische Kompromiss auch wünschenswert ist, sei dahin gestellt. 

Rein theoretisch, ohne Berücksichtigung der mechanischen Widerstände, müsste zur Erzielung eines Wirkungsgrades von 90% der Treibstoff schon auf eine Verbrennungstemperatur etwa 3 000 °C gebracht werden.

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