Die Sache mit dem Hubraum und den Zylindern
Hallo,
Es wird wahrscheinlich hier nicht reinpassen, wusster aber nicht, wo es sonst Platz gefunden hätte, weil ich keinen allgemeinen "Auto-Technik-Forenbereich" gefunden hab.
Und zwar: Was macht der Hubraum, warum bringt ein größerer Hubraum mehr Leistung oder Drehmoment?
Meine These: Hubraum ist für mich Raum für einen Hub, also Raum für eine bestimmte Bewegung. Wenn das Auto mehr Hubraum hat, ist der Motor auch größer weil er statt 1,4l eben zB 3,2l groß ist. Aber ich kann mir nicht vorstellen, warum ein Auto mit mehr Hubraum mehr Leistung und Drehmoment bringt. Der Motor ist für mich eine Art Blackbox, in der irgendwas drin ist,das die Leistung auf die Achse bringt 😁.
Und warum ist ein moderner 1,4Liter Turbomotor Leistungsstärler als so mancher 2Liter Wagen.
Und nun die Sache mit den Zylindern. Warum hören sich 6 Zylinder besser an als 4? Welchen Vorteil haben mehr Zylinder? Warum kann man keinen 1,4l motor mit 6 Zylindern bauen - Platzmangel?
Wäre toll, wenn ihr mir ein wenig Licht ins Dunkel bringt 🙂
Danke schonmal
Beste Antwort im Thema
Vereinfacht ausgedrückt:
Mehr Hubraum'= größere Explosion=mehr Leisung/NM
Mehr Zylinder=mehrere Explosionen schnell hintereinander="besserer" Sound
viel Leistung aus wenig Hubraum durch Turbo/Kompressor= mehr Luft-Explosion heißer=mehr Leistung
wenig Hubraum auf viele Zylinder= unwirtschaftlich.
43 Antworten
Das ganze Thema ist so komplex, wo soll man da anfangen.
Das Drehmoment kommt von der Kraft die auf den Kolben wirken kann und der Hebelwirkung von Pleul auf die Kurbelwelle, um so größer der Durchmesser des Kolbens um so mehr Kraft kann auf den Kolben wirken. Die Kraft entsteht durch die Verbrennung des Gemisches, dabei entsteht Druck, der wird wiederrum beeinflusst durch den Füllungsgrad des Zylinders, gesteuert wird das Ganze von der Drehzahl und den Steuerzeiten. Wenn der Motor langsam dreht hat man viel Zeit Gemisch in den Brennraum zu Saugen, hat man jetzt einen langen Hub kann man viel Gemisch einsaugen, als wenn man einen kurzen Hub hat, daher hat ein Langhuber immer mehr Drehmoment im unteren Drehzahlbereich als ein Kurzhuber. Das Verdichtungsverhältniss spielt auch noch eine Rolle, und das hängt davon ab was für einen Kraftstoff man fährt.
Leistung ist Drehmoment mal Drehzahl. Das ist abhängig voneinander. Ein Langhuber der viel Drehmoment hat kann nicht so hoch drehen wie ein Kurzhuber mit wenig Drehmoment, irgendwann hat der Langhuber eine Kolbengeschwindigkeit die das Material nicht mehr aushält, da hat sich zwar in den Jahren viel getan, aber irgendwann ist man einfach am Ende des Möglichen. Der Langhuber holt sich also die Leistung aus dem Drehmoment und der Kurzhuber aus der Drehzahl. Leistung können beide Motoren also gleich viel haben, nur sind das zwei verschiedene Motorcharakteristiken. Ein Kompromiss ist da ein Quadrahthuber.
Ein 1.4L 6 Zylinder im Auto macht also wenig sinn da der Motor weniger Drehmoment hat, ein 4 Zylinder hat mehr Drehmoment weil er eine größere Kolbenfläche hat, dafür kann man den Motor nicht so hoch drehen, aber das braucht man eh nicht. Und um in einem Auto anständig vorwärts zu kommen braucht man einen Kompromiss aus Drehmoment und Leistung.
Zur Aufladung. Mit der Aufladung macht man nichts anderes als die Füllung des Motors zu verbessern, man Presst das Gemisch in den Motor. Ein Kompressor spricht gut an da er vom Motor angetrieben wird, verbraucht aber wiederrum Leistung, man muss ihn ja antreiben. Ein Turbolader benutzt die Energie die in den Abgasen ist, das Problem ist nur man braucht erst mal genügend Energie um den Turbolader anzutreiben, daher das Turboloch. Umso mehr Leistung man mit einem Turbolader aus einem Motor holt um so größer muss auch der Turbolader sein, und daher wird das Turboloch auch immer größer. Mit der Variablen Turboladergeometrie wird nichts anderes gemacht als der Querschnitt der Turbine zu verkleinern, man braucht weniger Abgase um den Turbolader anzutreiben, die Verdichterseite ist groß genug um genügend Luft in den Motor zu pumpen, nur was rein geht muss auch wieder raus, daher wird der Querschnitt in der Abgasseite des Turboladers wieder vergrößert. Ich meine gerade das Turboloch macht beim Turbo den Spass aus, heute wird aber versucht das Turboloch zu umgehen indem man eine Doppelte Aufladung einbaut, man will die Charakteristik eines Saugmotors, mit der Leistung eines Turbomotors
Wie viel Hubraum und wie viele Zylinder man braucht hängt also davon ab wo man den Motor einsetzten will.
Ein Rennmotor wird immer auf hohe Drehzahlen ausgelegt sein um möglichst viel Leistung zu haben, ein Ackerschlepper wird dagegen schon knapp über dem Standgas enorm viel Drehmoment erzeugen.
Die innere Reibung ist eh nicht wichtig, die meiste Energie die beim Verbrennen erzeugt wird verpufft in Wärme, danach kommen die Abgase (die verwendet man wenigstens noch beim Turbo), die innere Reibungsverluste sind der kleinste Teil, und es wird eben auch nur ein kleiner Teil in Kraft umgesetzt, womit man wiederrum eine Wasserpumpe antreiben muss die die Wärme abführt. Will man also Kraftstoff sparen ist die Reibung zu Verringern nur ein kleiner Bruchteil der wohl kaum was ausmacht.
Zitat:
Original geschrieben von popeye174
Vereinfacht ausgedrückt:Mehr Hubraum'= größere Explosion=mehr Leisung/NM
Mehr Zylinder=mehrere Explosionen schnell hintereinander="besserer" Sound
viel Leistung aus wenig Hubraum durch Turbo/Kompressor= mehr Luft-Explosion heißer=mehr Leistungwenig Hubraum auf viele Zylinder= unwirtschaftlich.
Ich setz hier mal was von Wikipedia bezüglich `Explosion´ rein.
Bitte sehr zu unterscheiden vom `Verbrennungsvorgang´ bei Automotoren:
Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur, des Druckes oder beider gleichzeitig (DIN EN 1127-1:1997). Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und der Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen. Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.
kann man das nicht in einen Blog verschieben? mit sicherheit hat das nichts zu tun
Zitat:
Original geschrieben von Tempomat
Ich setz hier mal was von Wikipedia bezüglich `Explosion´ rein.Zitat:
Original geschrieben von popeye174
Vereinfacht ausgedrückt:Mehr Hubraum'= größere Explosion=mehr Leisung/NM
Mehr Zylinder=mehrere Explosionen schnell hintereinander="besserer" Sound
viel Leistung aus wenig Hubraum durch Turbo/Kompressor= mehr Luft-Explosion heißer=mehr Leistungwenig Hubraum auf viele Zylinder= unwirtschaftlich.
Bitte sehr zu unterscheiden vom `Verbrennungsvorgang´ bei Automotoren:
Eine Explosion ist eine Oxidations- oder Zerfallsreaktion mit plötzlichem Anstieg der Temperatur, des Druckes oder beider gleichzeitig (DIN EN 1127-1:1997). Dabei kommt es zu einer plötzlichen Volumenausdehnung von Gasen und der Freisetzung von großen Energiemengen auf kleinem Raum, zum Beispiel durch Sprengstoffe, explosionsfähige Atmosphäre oder aufgestaute Gase etwa in Vulkanen. Die plötzliche Volumenerweiterung verursacht eine Druckwelle, die bei einer idealen (von einer Punktquelle ausgehenden) Explosion durch das Modell der Detonationswelle beschrieben werden kann.
Ich wollte es nur schlicht und einfach beschreiben, ohne zu weit ins Detail zu gehen.
Ähnliche Themen
Wie schaut es dann bei so extrem hochgezüchteten 2 Ltr. Vierzyl. motoren aus wie es z.B. beim S3 der Fall ist ? Man sagt ja, dass solche Motoren nie auf die Dauer belastbar sind und deshalb auch gerne mal sehr schnell den Geist aufgeben.
Das war früher auch so.
Heutzutage sind die Oberflächen wesentlich feiner bearbeitet.
Letztens war ein schöner Bericht im Fernsehen, wo die das sehr schön erklärt hatten.
Als alter V6 Fan äußere ich mich auch begeistert zu diesem Thema:
Generell gilt mehr Hubraum = mehr Kraft. AAAAAber:
Mittlerweile unterscheidet man zwischen mehreren Motorarten:
4 Zyl 8V Ist fast schon nicht mehr Standard, aber einfach und unanfällig.
4 Zyl 16V eher der heutige Minimumstandard, höhere Drehzahlen bringen mehr Kraft, etwas mager im unteren Drehzahlbereich.
4 Zyl 16V Doppelzünder eher Sportlichere Versionen. Leicht erhöhte Kraft. Bessere Ausbeute drch steigende Drehzahl.
4 Zyl 16V Zwangsbeatmet (wodurch auch immer) sehr sportliche Versionen. Turboloch wie in einigen Beiträgen besprochen, aber sehr drehfreudig und mit hohem Kraftpotenzial im oberen Drehzahlbereich.
4 Zyl sind sparsam und einfach in der Wartung und der Herstellung. Klang variiert von Blechern bis Knackig je nach Motorisierung und Drehzahlbereich. Hubraum gewöhnlich von 0,9 bis 2 L.
Jetzt kommen wir zu den "echten" Motoren:
6 Zyl (V6 oder Reihensechs) 12 V Sind richtige Lastesel mit Sportambition. gleichmäßige Kraftverteilung im gesamten Drehzahlbereich. Laufruhiger als 4 Zyl durch geringeren Hub/Zyl und ausgewogenere Kraft-Gegenkraft Verteilung. Spritschlucker ist untertrieben 🙂
6 Zyl 24V sind sehr sportambitioniert und zudem Drehzahlfreudig. Durch die Mehrventiltechnik kann mehr Kraft durch höhere Drehzahl ausgebeutet werden.
8 Zyl verhält sich ähnlich wie die V6er, nur der Klang und die Kraft unterscheiden sich.
12 Zyl und Mehr haben mich bisher noch nicht fahren lassen 🙂 Vielleicht weiß jemand hier mehr darüber ...
6 und MehrZylinder zeichnen sich durch Langlebigkeit und Laufruhe aus. Meine V6er könnte man als "sehr still" bezeichnen. Hubraum normallerweise ab 2,2 L aufwärts.
Wie bei den 4 Zyl gibt es auch bei den 6 und MehrZyl die Zwangsbeatmete Version, die dann als Sportlich zu bezeichnen ist 🙂
Sondermodele wie 3und5Zyl so wie den Wankelmotor und die verschiedenen Methoden zur Kraftstoffaufbereitung lasse ich mal außen vor.
Zu guter letzt gibt es da die Zwangsbeatmung mit Zusatzstoffen, die Kurzzeitig einen exponentiale Leistungssteigerung ermöglichen. Allgemein als "extrem Kranke Kisten" bekannt 🙂
Ich denke mal das war in etwa eine grobe Auflistung der wichtigsten Motorenvarianten.
HTC
Zitat:
Original geschrieben von popeye174
Das war früher auch so.Heutzutage sind die Oberflächen wesentlich feiner bearbeitet.
Letztens war ein schöner Bericht im Fernsehen, wo die das sehr schön erklärt hatten.
Das stimmt,du meinst das der Ölfilm länger am Zylinder bleibt ne?
ABER : Turbomotoren müssen warm gefahren werden...Die Zylinder können das dann evtl aushalten das sie kalt getreten werden,aber der Turbo macht eines tages schlapp!
@HTC : Super Erklärung,aber was ist mit dem V10?😁😁
Zitat:
Original geschrieben von r-o-b-e-r-t
Das stimmt,du meinst das der Ölfilm länger am Zylinder bleibt ne?Zitat:
Original geschrieben von popeye174
Das war früher auch so.Heutzutage sind die Oberflächen wesentlich feiner bearbeitet.
Letztens war ein schöner Bericht im Fernsehen, wo die das sehr schön erklärt hatten.
ABER : Turbomotoren müssen warm gefahren werden...Die Zylinder können das dann evtl aushalten das sie kalt getreten werden,aber der Turbo macht eines tages schlapp!
@HTC : Super Erklärung,aber was ist mit dem V10?😁😁
V10 sind auch nur Mehrzylinder 🙂
HTC
Zitat:
Original geschrieben von Roter-Baron
Wie schaut es dann bei so extrem hochgezüchteten 2 Ltr. Vierzyl. motoren aus wie es z.B. beim S3 der Fall ist ? Man sagt ja, dass solche Motoren nie auf die Dauer belastbar sind und deshalb auch gerne mal sehr schnell den Geist aufgeben.
-
Sowas liegt immer am Fahrer.
Ein Motor, der mit moderaten Drehzahlen warmgefahren wird, nicht nur Stadtverkehr läuft, wenig Kaltstarts und Kurzstrecke hat, der hält auch.
Den kann man bedenkenlos in warmen Zustand voll belasten und bis an den Begrenzer drehen.
Wer die Dinger allerdings kalt schon mit Vollgas bewegt, verheizt irgendwann jeden Motor.
Moin,
Das Problem an der Sache ist im Grunde - das kann man nicht mal eben so einfach erklären.
Da steckt eine Menge Physik hinter - denn ein Motor ist nichts anderes als ANGEWANDTE Physik, garniert mit ein bisschen Chemie.
Zuerst einmal - Leistung ist physikalisch gesehen nicht weiter als geleistete Arbeit gegen Zeit. So simpel so einfach - nur beantwortet das eigentlich nicht deine Frage 😁 Denn das hat in etwa soviel Aussage, wie oben die Darlegung, das Leistung das Produkt von Drehmoment und Drehzahl ist. Das ist nämlich eine ANWENDUNGSBESCHREIBUNG von exakt meiner Aussage oben - Arbeit vs. Zeit. Die Arbeit steckt im Drehmoment drin, die Zeit steckt in der Drehzahl drin.
Also müssen wir uns noch einen weiteren Schritt in der Überlegung weiterbewegen. Was ist eigentlich Arbeit? Das Physikbuch (oder neumodisch auch die Wikipedia - das sollte da schon ganz richtig drinstehen) teilt uns simpel mit: Arbeit ist das Produkt von Kraft und Weg. Aha! Kennen wir doch irgendwoher 😉 Genau: Nm ist Kraft [N] mal Weg [1 m]. Das wurde ja oben schon erwähnt. Aha!
Was sagt uns das jetzt für deine Frage?! Du kannst auf zwei Arten an die Motorleistung nach Wunsch kommen. Entweder dein Motor liefert die VIEL Kraft bei wenig Drehzahl, oder er liefert dir weniger Kraft, bei viel mehr Drehzahl. Hier kannst du dir als Vergleich z.B. mal BMW und Honda ranziehen. BMW hat einen Motor mit 3L und 231 PS bei ca. 6000 /min. gebaut, Honda einen 2L mit 240 PS bei mehr als 8000 /min. Da sieht man das ganze mal ganz plakativ.
Aber dich interessierte ja, weshalb der Hubraum merklichen Einfluss hat. Ganz einfach - die Kraft von der wir reden - wird vom Kolben über die Pleuel auf die Kurbelwelle ausgeübt (da kommt dann auch der Weg ins Spiel - man redet da von einem Hebel). Und über dem Kolben gibt es die Verbrennung (weil - eine Explosion ist das nicht 😉 Wenn es im Zylinder explodiert - geht der Motor kaputt. Das was da passiert ist ein Zwischending zwischen Explosion und Brennen). Wenn Benzin verbrannt wird - dann redet der Chemiker von einer Totaloxidation mit Volumengewinn. Aus einem Benzinmolekül werden viele Wasser und CO2 Moleküle. Das heißt - bei der Verbrennung wird Volumenarbeit geleistet (da dreht sich das, was am Motor passiert einfach mal um). Was das jetzt mit dem Hubraum zu tun hat, wird erst klar, wenn man über die Takte des Motors nachdenkt. Ein 4 Zylinder mit 2L Hubraum atmet pro Zylinder 500 ml Luft ein - die mit Benzin gesättigt ist. Diese 500 ml Gemisch werden verbrannt und leisten dabei z.B. 5L Arbeit und üben den entsprechenden Druck auf den Kolben aus - dieser wandelt es in Bewegung und damit in Kraft um (damit sind wir wieder oben angekommen!). Wenn du nun einen 1.2L Motor hast - dann machen dieses Spiel nur 300ml Gemisch - die konnen entsprechend weniger Gasarbeit leisten und damit weniger Kraft ausüben. So - um nun auf die Leistung zu kommen - musst du noch zählen, wie oft der Zylinder eben Gemisch verbrennt (aka "arbeitet"😉. Normalerweise macht man das über die Gesamtdrehzahl des Motors, oder über die Anzahl der Arbeitstakte pro einzelner Kurbelwellenumdrehung (das ist vorallem wichtig - wenn man Motoren mit gleichem Einzelzylindervolumen aber verschiedener Zylinderanzahl vergleicht!). Gibt aber ein weiteres Problem 😉 Ein Zylinder mit 500ml Einzelvolumen, atmet REAL gar nciht 500ml ein, sondern real erheblich weniger (was z.T. an der kurzen Zeit liegt, die er dafür hat). Deshalb haben nicht alle 2L 4 Zylinder die gleiche Leistung, bei gleicher Drehzahl. Dieser Effekt nennt sich Füllung. Jetzt hatte ich noch erwähnt, das man die Arbeit pro Kurbelwellenumdrehung betrachten muss. Habe ich z.B. einen 2L 4 Zylinder und einen absolut identischen 4L 8-Zylinder - dann hat der 4L Motor (zumindest in der Theorie) exakt die doppelte Leistung - Grund: der 8 Zylinder arbeitet bei gleicher Anzahl an Umdrehungen doppelt so oft wie der 4-Zylinder - übt also doppelt so oft Kraft auf die Kurbelwelle aus. In der Realität sieht das aber ein wenig anders aus - da gibt es eine Menge Effekte, die zu beachten sind - die einem da in die Suppe spucken. Über die reden wir aber ein anderes mal 😁
Tja - jetzt war natürlich noch die Frage - weshalb ist ein 1.4L Turbo unter Umständen Leistungsstärker als ein 2L Motor. Ganz einfach - der Turbolader drückt das Gemisch mit Überdruck in den Motor (das nennt man den Ladedruck). Angenommen ein Turbolader drückt das Gemisch mit doppeltem Druck in den Motor - dann ist das beinahe so, als ob man da anstelle des 1.4L Motors einen 2.8L Motor hätte (passt auch nicht sooo exakt - aber als Bild taugt das was). Entsprechend mehr Arbeit erzeugt das Gemisch, entsprechend mehr Kraft wird auf die Kurbelwelle ausgeübt. Was dann mehr Leistung bedeutet.
Warum klingt nun ein 6-Zylinder "besser" als ein 4-Zylinder?!? Das liegt daran, das der Mensch das Verbrennungsgeräusch als "unrund" wahrnimmt. Je mehr Zylinder nun da sind, desto geringer ist der zeitliche Abstand zwischen den einzelnen Verbrennungsgeräuschen. Aus getrennten Verbrennungsgeräuschen wird ein "Säuseln" - weil man das einzelne Verbrennungsgeräusch nicht mehr wahrnimmt.
Soooooo ... es gibt noch nen Disclaimer 😉 Das ist alles SEHR bildlich beschrieben - wenn wir das exakt sehen möchten - müssen wir z.B. auch Thermodynamik, Verdichtung, Kraftstoffqualitäten, Strömungen, Brennraumformen usw. betrachten. Dann wird die Sache aber ganz schnell ein Fall für den Spezialisten.
MFG Kester
Es spricht nichts gegen kelinen Hubraum pro Zylinder und eine große Zylinderanzahl ausser dem Aufwand und der Kosten. Es gäbe mehr Laufruhe und deutlich höhere Drehfreudigkeit.
Nicht umsonst hatte Ferrari mal einen 2,8 Liter V8.
Zitat:
Original geschrieben von StylesPaniro05
Es spricht nichts gegen kelinen Hubraum pro Zylinder und eine große Zylinderanzahl ausser dem Aufwand und der Kosten. Es gäbe mehr Laufruhe und deutlich höhere Drehfreudigkeit.Nicht umsonst hatte Ferrari mal einen 2,8 Liter V8.
Heya,
für einen Sportmotor, der von hoher Drehzahl lebt und bei dem der Verbrauch eine untergeordnete Rolle spielt, hast Du Recht. Ansonsten erhöhen viele Zylinder mit kleinen Einzelhubräumen sowohl die innere Reibung, als auch die innere Fläche. Dadurch sinkt die Effizienz, was einen höheren Verbrauch zur Folge hat.
Ich finde gerade keine Quelle, aber die 500ccm in quadratischem Verhältnis von Bohrung und Hub haben sich bei Ottomotoren als guter Kompromiß erwiesen. Diesel dürfen sogar noch ein wenig größer sein.
Elderian
Schon klar, für jeden Zweck gibts auch den entsprechenden Motor:
Benziner/Diesel
mit/ohne Aufladung / Kompressor
kleiner Hubraum, hohe Drehzahl oder bärenstark aber nur wenige 1000 rpm
es gibt nicht den ultimativen Motor, wobei ich doch sagen würde ein R6 bzw. ein V8 ist schon sehr gut