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Wie viel Luft verbraucht (m)ein Motor?
Liebe Freunde,
Ich habe mir letzthin mal überlegt, wie viel Luft eigentlich ein Motor so verbraucht/verbrennt.
Dabei bin ich auf zwei Ansätze gestossen, die aber sehr unterschiedliche Werte ergeben.
Könnt ihr mir hier mal weiterhelfen und den Knopf in meinem Kopf lösen?
Also ganz konkrete Werte:
Motor: 4-Takt, 4-Zylinder mit 1261ccm
Fahrstrecke: 210km
Benzinverbrauch (laut Zapfsäule): 11.35 Liter
Mittlere Drehzahl: 2500U/min
Fahrzeit: 4 Stunden.
Nun habe ich einmal mit dem Verbrennungsluftverhältnis gerechnet:
1kg Benzin braucht bei Lambda=1 stöchiometrisch gerechnet 14.7kg Luft zur Verbrennung.
Benzin hat eine Dichte von 0.75kg/l, also sind die Verbrannten 11.35 Liter = 8.5125kg
Diese 8.5125kg haben also 125.13375 kg Luft benötigt, um verbrannt zu werden.
Luft hat eine Dichte von 1.224 kg/m3 bei 20°C (was es auch etwa war).
Die 125.13375kg Luft würden also 102.233m3 oder 102'233 Litern entsprechend.
Wenn ich aber mit dem Hubraum und der Drehzahl rechne:
4 Stunden = 240 Minuten * 2500 U/min = 600'000 U der Kurbelwelle.
Weil 4 Takt: Geteilt durch 2. Also 300'000 mal den Motor komplett geflutet.
300'000 x 1261ccm = 378'300 Liter.
Wäre es eine Abweichung von von mir aus 25% oder so würde ich sagen okay, was solls.
Aber hier geht es um den Faktor 3!
Das Benzin läuft ja nicht unverbrannt hinten aus dem Auspuff, also muss es vollständig verbrannt worden sein und die Menge Sauerstoff und somit die Menge Luft, die dazu nötig ist, kann man berechnen (eben 14.7kg Luft/kg Benzin). Und andererseits hat der Motor auch so oft gedreht, wie er halt gedreht hat und wurde auch so oft geflutet. Auch das lässt sich nicht wegdiskutieren.
Ich wäre froh, wenn mir jemand erklären könnte, warum es zu so einem grossen Unterschied in den beiden Rechnungen kommt, resp. wie es denn richtig wäre.
Vielen Dank und Gruss
Christoph
Beste Antwort im Thema
Quatsch, ist doch ganz einfach: Deine Überlegung mit dem Hubraum basiert auf der Annahme, dass die Zylinder jeweils komplett mit Luft bei Umgebungsdruck (also ohne Aufladung) gefüllt werden. Das würde aber bedeuten, dass der Motor permanent auf Volllast laufen würde (Drosselklappe komplett geöffnet). Das wird bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 52,5 km/h sicherlich nicht der Fall sein.
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61 Antworten
Da könnte man doch glatt eine Steuer auf die Luft setzen, was die Verbrenner noch teuer machen würde.
Lass das mit Drehzahl und so.
Das gibt dann fragen wie welches Volumen ist zu nutzen und wann hat man welche Drehzahl und...
Dann noch Turbo/Kompressor.
Das wird unübersichtlich.
Also ich würde auf den Sauerstoff-Verbrauch achten und dann mit Lambda und evtl. noch Korrekturfaktoren.
Weil ja auch Stickoxide entstehen.
Und trotzdem noch Ruß.
Und Abgasrückführung.
Und....
Quatsch, ist doch ganz einfach: Deine Überlegung mit dem Hubraum basiert auf der Annahme, dass die Zylinder jeweils komplett mit Luft bei Umgebungsdruck (also ohne Aufladung) gefüllt werden. Das würde aber bedeuten, dass der Motor permanent auf Volllast laufen würde (Drosselklappe komplett geöffnet). Das wird bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 52,5 km/h sicherlich nicht der Fall sein.
Die Rechnung geht von einer 100% Füllung bei jedem Verbrennungstakt aus -das ist schon mal grundsätzlich verkehrt.
Die ganze Rechnung ist im Ansatz sinnlos.
zB wird hier mit Luft als ein Gas gerechnet- das ist aber ein Gasgemisch das nur zu einem Teil aus Sauerstoff besteht.
Wenn das alles so einfach wäre... :-)
So kann man zB den Verdichtungsdruck eines Motors nicht berechnen - geht schlicht nicht. Näherungsweise bestimmen- ja, aber nicht genau berechnen. Blöde Luft.....
Zitat:
@MrFleetwood schrieb am 11. April 2020 um 23:04:43 Uhr:
Die ganze Rechnung ist im Ansatz sinnlos.
zB wird hier mit Luft als ein Gas gerechnet- das ist aber ein Gasgemisch das nur zu einem Teil aus Sauerstoff besteht.
Wenn das alles so einfach wäre... :-)
Trotzdem bleibt es dabei, dass rund 14,7 kg Luft benötigt werden, um 1 kg Benzin zu verbrennen. Der Sauerstoffanteil ist dabei bereits berücksichtigt.
Nichts falsch gerechnet, nur Denkfehler.
Der Motor läuft gedrosselt und du hattest um Faktor 3 weniger Luftdruck drinnen im untersten Totpunkt.
Du siehst, dass du mit dieser Rechnung nicht hinkommst. Würdest du vollgas mit Turbo fahren wäre das Ergebnis andersherum falsch, da du andauernd Überdruck im Zylinder hast.
Jetzt weisst du warum eine Motorsteuerung einen MAP-Sensor + Ansauglufttempsensor oder Luftmengenmesser + Temp oder besser einen Luftmassenmesser braucht.
Zitat:
@MrFleetwood schrieb am 11. April 2020 um 23:04:43 Uhr:
Die Rechnung geht von einer 100% Füllung bei jedem Verbrennungstakt aus -das ist schon mal grundsätzlich verkehrt.
Die ganze Rechnung ist im Ansatz sinnlos.
zB wird hier mit Luft als ein Gas gerechnet- das ist aber ein Gasgemisch das nur zu einem Teil aus Sauerstoff besteht.
Wenn das alles so einfach wäre... :-)
So kann man zB den Verdichtungsdruck eines Motors nicht berechnen - geht schlicht nicht. Näherungsweise bestimmen- ja, aber nicht genau berechnen. Blöde Luft.....
Ich vermute den Sauerstoff Anteil hat er in seiner anderen Rechnung drin.
Aber selbst nicht nachgerechnet und seine Rechnung steht ja nur sehr abgekürzt da.
Jedenfalls hat er da ein Ergebnis in Luft und vergleicht das mit einer "Luftpumpe"
Also Vergleich Luft mit Luft.
Wenn er da diesen Sauerstoff bzw. eher Stickstoff-Fehler gemacht hat, dann in der Verbrennungsrechnung.
Aber das einen Fehler um den Faktor 4 oder 5 erklären.
PS.
Bzw. würde ihn erklären.
Nein, die Erklärung habe ich bereits gebracht (14,7 kg Luft pro kg Benzin und Füllung unterhalb der Volllast).
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 11. April 2020 um 23:23:11 Uhr:
Nein, die Erklärung habe ich bereits gebracht (14,7 kg Luft pro kg Benzin und Füllung unterhalb der Volllast).
Da war ich schon am schreiben.
Okay, hat sich also überschnitten.
Zitat:
@themanta schrieb am 11. April 2020 um 23:11:11 Uhr:
Nichts falsch gerechnet, nur Denkfehler.
Der Motor läuft gedrosselt und du hattest um Faktor 3 weniger Luftdruck drinnen im untersten Totpunkt.
Das dürfte die Erklärung sein. Heisst das denn, dass im unteren Totpunkt (so ca.) nur 0.3 Bar herrschen im Motor? Wegen der nur teilweise geöffneten Drosselklappe, die dafür sorgt, dass der Motor nur ca. 1/3 der möglichen Luftmenge erhält?
Auf Volllast lief der Motor definitv nicht :p
Es handelt sich übrigens um einen 12 Jahre alten Saugmotor in einem Motorrad, der aber seit 2002 so unverändert verbaut wird (also eher ältere Technik).
Gruss
Christoph
Das Luft/Benzinverhältniss ist schon klar, aber hierbei wird halt von einem labormäßigem Gasgemisch (Luft) ausgegangen und vollständiger Kraftstoffverbrennung - beides schon mal praktisch nicht gegeben.
Und am schwerwiegensten bleibt die - auch von Anderen erkannte- nicht vollständige Zylinderfüllung.
Es wird bei der Berechnung simpel der Hubraum - Achtung, Steuerhubraum und geometrischer Hubraum sind auch schon wieder unterschiedlich :-) - und die Drehzahl angesetzt, dazu die Drehzahl noch als Konstante.
Im Prinzip müsste auch der Luftdruck Beachtung finden, da das Gewicht der Luft, bzw deren Masse vom Druck abhängt.
Das ist keine Berechnung sondern eine äußerst wage Schätzung Aufgrund fehlerhafter Daten.
Welche Drücke im Zylinder herrschen? Über den MAP Sensor weiß man, das die so um 03-0,9bar liegen, also selbst bei hoher Last/geöffneter Drosselklappe hast nicht den Umgebungsdruck und somit nicht ansatzweise den geometrischen Hubraum an Luft im Zylinder, dazu noch Restgase...
Zitat:
@MrFleetwood schrieb am 12. April 2020 um 01:29:48 Uhr:
...
Welche Drücke im Zylinder herrschen? Über den MAP Sensor weiß man, das die so um 03-0,9bar liegen, also selbst bei hoher Last/geöffneter Drosselklappe hast nicht den Umgebungsdruck und somit nicht ansatzweise den geometrischen Hubraum an Luft im Zylinder, dazu noch Restgase...
Ja, und Turbo/Kompressor sehen noch mal anders aus und Abgasrückführung noch mal und dann ist das Volumen natürlich etwas größer als der Hubraum weil da noch Raum übrig bleibt und....
Das ist alles sehr sehr vage wenn man nach Hubraum rechnet.
Dass alles am Ende nur eine grobe Schätzung ist, ist mir schon klar.
Aber dann kann man unter dem Strich sagen, dass die Berechnung nach Verbrennungsluftverhältnis (1:14.7) wohl etwas genauer ausfallen dürfte als die Berechnung nach Hubraum und Drehzahl?
Und mit genauer meine ich die Art von Genauigkeit, die ich erhalte, wenn ich mir auf der Autobahn die Position des Vordermannes in Bezug zur Fahrbahn merke und dann bis 3 zähle um den Abstand zu überprüfen, was wohl etwas genauer ist, als wenn mein Beifahrer sagt "du, ich glaube, wir sind weit genug weg".
Gruss
Christoph