Die Physik rund ums KFZ - Der Physikthread

[Spannungsprüfer135469]

Kaum ein anderer Alltagsgegenstand macht Physik und deren spannende Teilbereiche für den Alltagsbenutzer so greifbar, wie das Auto. Seien es die physikalischen Vorgänge der Thermodynamik, die im Verbrennungsmotor ihre Kraft entfalten, oder die newtonschen Gesetze die bestimmen, wie lange das Fahrzeug auf der Straße bleibt.

Besonders wenn unterschiedliche Baugruppen mit ihren Eigenschaften ineinandergreifen, muß man beim KfZ das Gesamtsystem betrachten und es kommt zu allerlei Interpretationen und Missverständnissen, die zu hitzigen Diskussionen führen und auch zur Schließung von anderen Threads, bei denen Physik nicht das Topic war.

Diesen Diskussionen/Fragen/Klarstellungen möchte ich hier einen Platz bieten. Egal ob Drehmoment vs. Leistung beim Motor, Beschleunigung eines Autos, Schaltstrategien, oder Vorgänge in der Kupplung. Hier ist Platz.

Daher, mit was legen wir los?

Noch kurz zu mir, ich bin selbst seit 20 Jahren Elektronikentwickler mit einem Hang zu Fahrzeugen und einem großen Interesse an Physik allgemein. In meiner beruflichen Tätigkeit habe ich gelernt, über die einzelne Komponente hinauszusehen und das gesamte System zu erfassen, was mich im Falle eines Autos schnell zur grundlegenden Physik bringt.

Grüße,
Zeph

[myinfo]

Zitat:

@dodo32 schrieb am 30. Juli 2020 um 20:05:01 Uhr:

... Daher wundere ich mich nach wie vor über die ruppigen Schaltvorgänge und den Eindruck einen Wandlerautomaten zu fahren.

Hallo Dodo,

alles gut. 😉

Nachfolgend zwei alte Artikel zum Thema. Manches ist bereits überholt, doch der Teil, um den es hier ging, noch nicht.

Quelle: heise Autos, jeweils von ggo geschrieben

29.10.2010 Varianten des Doppelkupplungsgetriebes

Ob längs oder quer, komfortabel oder sportlich – schon nach kurzer Karriere erweisen sich Doppel­kuppungsgetriebe als Anpassungs­­künstler. Sie sind vielseitig einsetz­bar und hervor­ragend "programmierbar"

Oerlikon Graziano und Vocis demonstrieren modifiziertes Doppelkupplungsgetriebe

13.11.2007 Neues Schaltgefühl: Das DSG zeigt Zähne

Ein englisch-italienisches Entwicklerteam interpretiert das Doppelkupplungsgetriebe sportlicher als gewohnt. Wir konnten einen modifizierten Audi A3 3.2 auf Englands Straßen testen und erlebten ein Schaltgefühl, das unter die Haut geht

(Mit meinen laienhaften Worten, die verbauten ein eigenes Getriebesteuergerät und können live alles ändern.)

VG myinfo

[Go}][{esZorN]

Ich störe eure Plauderei ja nur äußerst ungern, aber ich glaube, das Zephyroth mit der Erstellung dieses Threads etwas Anderes bewirken wollte.
Für das Getriebe ist es von Vorteil, wenn ein eigenes Thema aufgemacht wird, dann aber bitte im M&A. 😉

[navec]

Das muss man sicherlich differenzieren:

Wir sind vom Wärmeenergieeintrag in die Kupplung zwangsläufig auf unterschiedliche Kupplungssysteme gekommen, die unterschiedliche Wärmeeinträge in die Kupplung selbst bewirken können.
Soweit passt es aus meiner Sicht durchaus zum Thema Physik.

Was m.E. nicht hinein passt, sind Äußerungen zum Schalt- und Kuppel-Verhalten unterschiedlicher Getriebe und zu individuellen Mängeln dieser Getriebe.

[Go}][{esZorN]

Stimmt schon, deswegen kann man das auch nicht einfach abtrennen und in einen neuen Thread packen.

[navec]

Sehe ich auch so.
Hier ist das Fahrzeugtechnik-Forum und es soll in diesem Thread über Physik gehen. Da werden sich irgendwelche Überschneidungen o.ä. kaum vermeiden lassen.

[WQ33]

M.E. ist das Thema "Kfz-Physik" zu speziell für MT.
Das ist was für Kfz-Studenten.
Die haben aber ihre Fachliteratur.

[navec]

Zitat:

@WQ33 schrieb am 1. August 2020 um 10:54:22 Uhr:

M.E. ist das Thema "Kfz-Physik" zu speziell für MT.

für ein paar Leute bei MT wird das zutreffen....aber ganz bestimmt nicht für alle.

Interessant finde ich solche Aspekte schon, nur befürchte ich, wie es leider häufig vorkommt, wenn es speziell wird:
grundsätzliches Nölen und ähnliche, nicht sachdienliche Bemerkungen, keine Bereitschaft, ernsthaft zu verstehen, was andere geschrieben haben.

Das macht dann keinen Spaß und bläht den Thread überflüssigerweise auf.

Mit frühzeitig eingreifender Moderation könnte man das etwas im Zaum halten.

[myinfo]

Hallo in die Runde!

Fragen hätte ich schon. Ich kann nur schwer beurteilen, was davon hier sinnvoll diskutiert werden könnte.

Beispiel

Kurzer Überblick / Stichworte:
1. 2-Phasen-Nockenwellenversteller => Umschaltung im Verbrauchskennfeld sichtbar?
2. Bildet ein VKF wirklich alle Betriebszustände ab? Konstant + die Beschleunigung?

Mein Twincharger hat einen 2-Phasen-Nockenwellenversteller.
Die 2 Phasen (= Stellungen) sollen so ausgelegt sein:
- Phase 1 = "Sprit sparen"
- Phase 2 = "schnellsmögliches Ansprechverhalten"

Ich frage mich, wann welche Phase zum Einsatz kommt?
Und ob ich das Umschalten im Verbrauchskennfeld erkennen kann?

Nachfolgend meine Vermutungen = Spekulationen.

Da bei der Phase 2 in dem Moment der Verbrauch untergeordnet und schnellstmögliches Ansprechverhalten das Ziel ist, erwarte ich folgendes Verhalten:

1. Solange man den Betriebspunkt beibehält oder die Last nur schwach verändert, wird die Phase 1 genutzt.

2. Erhöht man die Last jedoch stärker, kommt Phase 2 zum Einsatz, da man ja schnell vom Fleck und keine Sparrekorde erzielen will.

Verbrauchskennfeld => Sehe ich das Umschalten?

Beispiel = Ausgangsbetriebspunkt konstant 2.000 rpm bei 4 bar und unter 300 g/kWh

Jetzt gebe ich kräftig Gas, d.h. der Momentanverbrauch geht hoch, die Last geht hoch, d.h. ich springe bei 2.000 rpm auch nach oben. Nur wie weit?

Annahme 1: Wenn ich Vollgas geben würde, lande ich auf der Begrenzungslinie oben = max. Druck = max. Last, auf der Volllastkurve. Bei 2.000 rpm bei 21,7 bar.

Annahme 2: = Vermutung / Spekulation: Wenn ich 3/4 Gas gebe, lande ich bei 3/4 Volllast = 16,725 bar?

Ich habe natürlich keine Ahnung, ob das in einem Bereich z.B. ein linearer Zusammenhang ist und ich somit bei 3/4 Gas auch bei 3/4 Druck = Last lande.

Durch VCDS Aufzeichnungen sah ich mal, wie sich die Drosselklappe in Abhängigkeit zur Drehzahl bei Vollgas verhält.
Werte = Post und Daten in Excel = Screenshot.

Vielleicht ist das so ähnlich hier.

Dahinter steht im Kern diese Frage: Werden im Verbrauchskennfeld wirklich alle Betriebspunkte bzw. Betriebszustände abgebildet? Stationäre wie instationäre? Also für konstante Fahrt sowie für alle Beschleunigungen?

VG myinfo

[GaryK]

Du hast bei den vollvariablen Nocken etliche Aufgaben

(a) Phasenverstellung. Damit gehts primär auf die Ventilüberschneidung. Bei maximaler Leistungserwartung akzeptierst du Spülverluste, nutzt aber die Massenträgheit der Luftsäule aus dass das Abgas quasi "Frischgas" nachzieht und den Brennraum bestmöglich spült und und mit Luft füllt. Wie beim Zweitakter.

(b) Abgasrückführung. Wenn du ganz bewusst auf eine ausreichende Spülung UND Ventilüberschneidung verzichtest, dann haste eine interne AGR beim Benziner. Machen heute "fast alle" modernen Motoren, zudem verringert AGR die Drosselverluste.

(c) Wirkungsgradverbesserung die erste: Du kannst durch variablen Ventilhub auch gezielt Turbulenz in den Brennraum bringen. Je mehr Turbulenz desto schneller ist die Flammfront. Was den Mitteldruck erhöht. Erinnerst du dich noch an die allersten 16V? Starre nocken? Unten nix (alles weit offem, geringe Gasgeschwindigkeit, kaum Turbulenz) und oben gingen die wie die Sau. Weshalb Honda bei den ersten VTECs auch Einlassventile "zugeschaltet" hat, damit war unten wie oben schön Strömungsgeschwindigkeit da.

(d) Wirkungsgradverbesserung die Zweite: Wenn man ein Einlassventil nur ganz kurz aufmacht, die bei einer Last benötigte Menge Luft ansaugt und sofort wieder schließt - dann arbeitet der nach unten laufende Kolben gegen das geschlossene Einlassventil. Was reversible Volumenarbeit ist, der "Unterdruck" zieht den auf dem Rückweg und Verdichtung quasi nach oben. Valvetronic bei BMW genannt

(e) Wirkungsgrad die dritte: Du kannst Zylinder oder Bänke temporär stillegen. Bei einem V8 wird zum Beispiel statt 8 Zylinder mit 20% Last eine Bank auf 40% Last und die andere auf Null gefahren (Ventile z.B. alle faktisch geschlossen). Erhöht den Wirkungsgrad deutlich, das abgegebene Moment ist das selbe. Funktioniert halt nur in Teillast wirklich.

Dein Verbrauchskennfeld ist die Summe aller dieser Parameter 😉

[Rael_Imperial]

Und es gilt nur stationär, da es so am Prüfstand ermittelt wird.

[WQ33]

Ist das nun Physik oder Technik?

[Spannungsprüfer135469]

Beides. Die Phänomene Verwirbelung, Verbrennung, Gasdynamik etc. Ist eindeutig Physik. Wie man diese aber kontrolliert, steuert und anwendet, das ist Technik.

Grüße,
Zeph

[WQ33]

Alles ist irgendwie mit allem verbunden. 🙂

Gruß von WQ33

[dodo32]

Zitat:

@Zephyroth schrieb am 2. August 2020 um 10:25:18 Uhr:

Beides. Die Phänomene Verwirbelung, Verbrennung, Gasdynamik etc. Ist eindeutig Physik. Wie man diese aber kontrolliert, steuert und anwendet, das ist Technik.

Grüße,
Zeph

Ich hätte eher gesagt, dass die Technik die mechanische / elektronische Umsetzung der physikalisch / chemischen Erkenntnisse ist.

Um den Brückenschlag zum Thema zu bekommen: ich baue gerade einen neuen Motor für meinen E 21. Der Fächerkrümmer soll gewickelt werden. Das wickeln soll einen besseren Fluss der Abgase bewirken. Ähnlich eines Kamins. Kann das jemand genauer erläutern? Ja, ich könnte bzw. habe schon Google etc. bemüht, aber der Thread braucht ja Futter. 😉

[Spannungsprüfer135469]

Zitat:

@dodo32 schrieb am 2. August 2020 um 21:05:01 Uhr:

Ich hätte eher gesagt, dass die Technik die mechanische / elektronische Umsetzung der physikalisch / chemischen Erkenntnisse ist.

Genau das schrieb ich doch 😕.

Zitat:

@dodo32 schrieb am 2. August 2020 um 21:05:01 Uhr:

Der Fächerkrümmer soll gewickelt werden.

Ich nehme an, du meinst mit Auspuffbandagen eingewickelt.

Zitat:

@dodo32 schrieb am 2. August 2020 um 21:05:01 Uhr:

Das wickeln soll einen besseren Fluss der Abgase bewirken.

Soll, hm, ja. In Anbetracht der Druckverhältnisse die hier beim Auspuff herrschen, glaube ich kaum das dies einen messbaren Unterschied bewirkt. Es sei denn, die gasdynamischen Eigenschaften von Aufpuffgas sind ein paar Grad heißer dramatisch anders. Dazu hab' ich aber keine Erfahrungen. Eventuell kann GaryK dazu was sagen.

Zitat:

@dodo32 schrieb am 2. August 2020 um 21:05:01 Uhr:

Ähnlich eines Kamins. Kann das jemand genauer erläutern?

Der Kamineffekt beruht ja darauf das warme Luft aufsteigt. Das ist in einem Fächerkrümmer sicher nicht der Fall.

Was es aber wirklich bringt:

Du strahlst deutlich weniger Wärme in den Motorraum ab. Da hier auch irgendwo die Ansaugung sitzt (außer du hast schon ein Cold Air Intake) kann das etwas Leistung bringen. Noch wichtiger ist sowas bei einem Turbomotor, wenn der Turbo aus baulichen Gründen relativ lange Abgaskrümmer bis zur Turbine hat. Hier ist jedes Joule das zur Turbine kommt, Gold wert. Es verbessert Ansprechverhalten und Leistung der Abgasturbine. Beim Porsche 944 Turbo ging das so weit, das die Auslasskanäle mit Keramik ausgegossen wurden, das so wenig wie möglich von der wertvollen Wärme in den Kühlkreislauf gelangt.

Ebenso würde ein weit vom Motor weg verbauter Kat schneller anspringen. Es ist also nicht so, das Auspuffbandagen nichts bewirken, nur Leistungssteigerung aufgrund verbesserter Strömungseigenschaften kann ich mir kaum vorstellen. Dazu sind die Temperaturunterschiede zu gering.

Grüße,
Zeph