Drehmoment 1 Zylinder vs 4 Zylinder

[Floram]

Werte Leser,
Obwohl dies auch für den Automobilbereich zutrifft bezieht sich die Frage auf den 4-Takt Rasenmäher.

Z.B 160 ccm 1 Zylinder im Vergleich zu einem 4 Zylinder 4-Takter mit je 40 ccm Hubraum pro Zylinder. Ich weiß, 4 Zylinder werden nicht gebaut, es geht nur im den Vergleich.

Bei hohem und feuchtem Gras kommt der Rasenmäher oft zum Stehen. Beim Einzylinder besteht ein starkes Drehmoment im Arbeitshub das zum Teil an das Schwungrad abgegeben wird das dann die anderen 3 Takte überbrückt. Der Widerstand vom Gras ist allerdings immer vorhanden.

Beim 4-Zyliider sind die Drehmomente der einzelnen Hübe wesentlich geringer aber theoretisch folgt ein Hub nach dem anderen ohne Leertakte. Das ausgeglichene geglättete Drehmoment beider Motoren durfte gleich sein.

Welcher der beiden Motore hat das größere Durchzugsvermögen? Bzw. welcher Motor hat die bessere Chance nasses hohes Gras zu schneiden, oder umgekehrt, welcher Motor bleibt zuerst stehen?

Es hängt wohl auch vom Schwungrad ab, reicht dies aus die drei Leertakte beim Einzylinder zu überbücken?
Wie seht ihr das?

[gla]

@Floram
Bei gleichem Hubraum und gleicher Drehzahl sehe ich nicht warum Drehmoment und damit auch Leistung über Drehzahl anders sein sollte.
Wie du richtig sagst hängt das Drehmoment vom eff. Mitteldruck ab. Wenn du nun gleichen eff. itteldruck hast und gleichen Hubraum dann hast du auch gleiches Drehmoment.
Wenn du also nicht aus sonstigen Parametern, wie Gestaltung des Verbrennungsraums, Steuerzeiten etc., etc. für einen der beiden Motoren etwas mehr eff. Mitteldruck heraus holst gibt es auch keinen Grund warum einer der beiden Motoren mehr Drehmoment haben sollte.
Beim Mehrzylindermotor dürfte die Reibung ein klein wenig größer sein, was sich in ein klein wenig niedrigeren eff. Mitteldr. auswirken könnte. Aber da gibt es 100 andere Parameter auch die sich darauf auswirken können.
Da bei einem 1-Zyl Motor im Vergleich zu einem 3-Zyl. bei gleicher Drehzahl ja die Kolbengeschwindigkeit ja sehr viel klieiner ist und auch die Geschwindigkeit in den Lagern könnte sich die Reibung in dem Fall sogar sogar zugunsten des 3-Zylinders umkehren, währnd diese Tendenz bei 4-Zyl. zu 3.Zylinder zutreffen mag.
Wie gesagt da gibt es 100 Parameter die sich zugunsten der einen Richtung oder der anderen auswirken können, aber rein von der elementaren Mechanik her gibt es keinen Unterschied.

[Floram]

@gla

Besten Dank für deinen guten Kommentar. Sehr zutreffend und nach meiner Meinung auch völlig richtig. Ich sehe das auch so. Die elementare Mechanik ist gleich, aber sind nicht die Einflussgrößen anders? Es geht hier um diese.

Die Anzahl Reibstellen ist beim Mehrzylinder grösser aber Geschwindigkeiten sind geringer. Vermutlich sind Messwerte nötig, durch Bau von Exemplaren, wie die Reibverhältnisse wirklich sind. Das ist eine Sache.

Der mittlere effective Kolbendruck hängt unter anderem auch stark vom Verdichtungsverhältnis ab. Fragt sich ob kleinere Brennräume ein höheres Verdichtunbsgsverhältnis erlauben als grössere. Ich vermute dies sollte der Fall sein bei einer Zündstelle. Weiterhin, kürzere Brennwege ergeben kürzere Brenndauer mit früherem Anteil vom Brennabschluss bei noch geringerem Kurbelwellenwinkel das zu höherem Mitteldruck, längere Ausdehnung bei höherem Druck, und daher mehr Drehmoment führen sollte.

Die anderen "100 Parameter" bestehen schon, aber sie dienen dazu die Frischladung durch entsprechend guten Ladungswechsel eben auf gleiche Verhältnisse zu bringen. Das mag auch nicht immer möglich sein.

Von der Theorie gebe ich dem Mehrzylinder geringe Vorteile. Definitive Aussagen dürften aber nur durch aktuelle Messwerte möglich sein.

Eine weitere Frage im Vergleich der beiden ist die Drehzahl bei maximalen Drehmoment. Es geht hier nicht um Leistung, es ist klar dass der Mehrzylinder höher drehen kann und daher mehr Leistung erreicht. Bei welcher Auslegung, 1 oder Mehrzylinder, ist die Drehzahl bei maximalem Drehmoment höher bzw. geringer?

Bei einer Kettensäge lässt sich das Ritzel, bzw. die Untersetzung auf einfache Art ändern. Bei einem Rasenmäher ohne Drehzahluntersetzung ist daher nicht die Leistung sondern das Drehmoment entscheidend über den Durchzug bei nassem, schweren Gras, wobei ein gleichmäßigeres Drehmoment auch von Vorteil ist, oder sein kann?

Sicher sind weitere Parameter von Einfluss. Was ist noch von Bedeutung?

Grüsse

[GaryK]

Wieso soll der Hubraum einen Einfluss auf die Klopfgrenze haben? Diese ist f(Ladedruck, Verdichtung)

Was gegen kleine Mehrzylinder spricht sind Quencheffekte der Flammen an den Wänden. Da haben kleine Motoren Abgas-Nachteile gegen welche mit viel Hubraum, letzte halt das Problem der limitierten Kolbengeschwindigkeit was deren Drehzahl begrenzt.

[Floram]

Zitat:

@GaryK schrieb am 19. November 2016 um 17:21:38 Uhr:

Wieso soll der Hubraum einen Einfluss auf die Klopfgrenze haben? Diese ist f(Ladedruck, Verdichtung)

Was gegen kleine Mehrzylinder spricht sind Quencheffekte der Flammen an den Wänden. Da haben kleine Motoren Abgas-Nachteile gegen welche mit viel Hubraum, letzte halt das Problem der limitierten Kolbengeschwindigkeit was deren Drehzahl begrenzt.

Wie entsteht Klopfen?
Wenn im Brennraum fern der Zündkerze durch hohen Druck auch eine Entzündung entsteht und die Ladung nicht kontrolliert verbrennt sonder mehr oder weniger schlagartig. Bei sehr kurzen Brennwegen ist diese Neigung weit weniger vorhanden und die Kompression lässt sich erhöhen.

Der Punkt der Quencheffekte ist natürlich richtig. Das zu umgehen is einfach, man baut Langhuber. Macht man den Hub vom z.B. 3 Zylinder so gross wie den vom Einzylinder sodass die Drehzahl im selben Grenzbereich liegt dann ist die Brennraumoberfläche relativ kleiner als beim Einzylinder. Der Hub im Mehrzylinder kann sogar den Hub vom Einzylinder übersteigen ohne Nachteile weil es nicht die Kolbengeschwindigkeit ist, sondern die Kolbenbeschleunigung und die daraus entstehenden Kräfte die in Grenzen zu halten sind. Das ist möglich weil der kleine Kolben leichter ist.

Damit verschwindet der Abgas-Nachteil und man erreicht außerdem einen Verbrauchsvorteil durch geringere Wärmeverluste.

Gute Punkte, was noch?
Einer ist der höhere Bauaufwand und vermutlich das grössere Gewicht. Man braucht nun ein Motorkonzept das diese Nachteile nicht aufweist.

Gruß

[GaryK]

Ein Langhuber mit kleiner Bohrung ist nicht mehr gescheit spülbar. Ein Mehrzylinder mit dem gleichen Hub wie ein Einzylinder wäre ne Krücke hoch drei - du vereinigst alle geometrischen Nachteile der Konzepte in einem einzigen Motor.

"Der Hub im Mehrzylinder kann sogar den Hub vom Einzylinder übersteigen ohne Nachteile weil es nicht die Kolbengeschwindigkeit ist...."

Ein F1 Motor hat bei 26 m/s fertig. http://www.auto-motor-und-sport.de/.../...t-nicht-vollgas-7997567.html sagt 53mm und 15.000 RPM. Porsche GT3 liegen bei 23 m/s, Sportmotorräder und "Rennmotoren" alter Bauart um die 20 m/s. Bauernmotoren kommen mit 15 m/s aus, Flugmotoren (Dauervollgas 2000h) hat 111 mm Hub bei 2700 RPM - 10 m/s.

[Floram]

@GaryK

Danke für den Kommentar und Link. Du machst Aussagen ohne irgendwelche Begründung. Aber wenn du meinst .... soll es eben so sein.

Wie gesagt hatte ich mehr den 2-Takter im Sinn.
Kurzhuber sind für hohe spezifische Leistung und geringen Wirkungsgrad, Langhuber umgekehrt, sie haben hohen Wirkungsgrad aber geringe Leistungsdichte.

Siehe Schiffsdiesel, Hubverhältnis 2.5:1 bis über 4:1 erreicht über 50% Wirkungsgrad heute schon bis 54% und wiegt etwa 13 bis 15 kg/kW, der Automotor um 1-1.3 kg/kW und F1 (die alten V8) um 0,13 kg/kW mit etwa 9-10% Spitzen-Wirkungsgrad.

Man baut keine Langhuber im Auto weil der Motor zu gross und schwer wird. Daher heute auch der Versuch den Gegenkolbenmotor ala Junkers und Ähnliches wieder einzuführen um hohen Wirkungsgrad und hohe Leistung zu vereinen.

Nach deiner Formulierung ist der Schiffsmotor vermutlich eine Krücke. Automotoren in einfachwirkender Ausführung wie gehabt sind nur ein Sector im Motorenbau. Man kann nicht alles alleine darauf beziehen und danach messen.

Ein Rasenmäher hat andere Kriterien.

Gruß
PS: Ich bin nicht der Themenstarter

[GaryK]

Du hast den Unterschied zwischen einem Otto und einem Diesel nicht mal ansatzweise begriffen. Beim Zweitakt Schiffsdiesel hast du einen virtuellen Viertakter, da der Motor so langsam läuft dass die Spülung nahe OT "nebenbei" erfolgt. Zudem ist der Zündverzug des Kraftstoffs extrem kurz - wenn man die paar RPM als Zeitskala nimmt, was den Kolbenmitteldruck erhöht. Beim PKW Diesel und 4000 RPM kannst du das vergessen, ein kompletter Hub (1/2 Umdrehung) hat nur 7.5 ms Zeit.

Zudem hat der Hub nicht viel mit dem Wirkungsgrad zu tun. Nach deiner Lesart wäre ein Motor mit BxH 83x72mm ne Krücke. Ist dummerweise der 1.6l Bluetec Benz (https://de.wikipedia.org/.../M_274#M_270_DE_16_AL_red..2A) und der gehört zu den aktuell effizientesten Ottos.

Mein 3.0i ASN ist zum Beispiel ein Langhuber, bxh 83 x 93 mm. Bohrung wie der Bluetec Benz, aber eben mehr Hub als Langhuber. 93mm war lange Zeit der VW Einheitshub - die haben diesen Hub sogar in einem Lamborghini LP640 als V10 realisiert. Nicht die glücklichste Wahl bei einem Sauger und effizient ist an dem Hub in einem Sauger gar nichts. Gegenbeispiel der neue Alfa mit seinem 2.9T und 550PS. Moderater Hub, aber ordentlich Ladedruck - ähnlich dem Bluetec Benz übrigens, nur eben auf Leistung getrimmt. Wobei Langhuber wieder kommen werden, da es bei einem aufgeladenen Otto im Miller-Cycle nicht auf die Spülung ankommt. Unvollständige Spülung ist quasi interne AGR, zudem ist der volle Hubraum sowieso nicht nutzbar. Also machen Abgasreste keinen echten Schaden.

Wichtig ist die Gemischbildungsphase mit möglichst hoher Turbulenz, weshalb beim Otto gern Quadrathuber genommen werden. Beim Diesel spielt die Turbulenz auch eine Rolle, siehe "Tumbleklappen". Hier ist der Hub jedoch nach unten begrenzt, da der "Strahl" schlichtweg Platz braucht und obendrein limitiert der Zündverzug des Brennstoffs die Drehzahl. Was Kurzhuber beim Diesel leidlich sinnlos macht.

[Go}][{esZorN]

@Floram
Was reitest du eigentlich immer drauf rum, wer der Themenstarter ist? Wer soll es denn sonst sein, wenn nicht du? Da wurde nichts entfernt, soweit ich das sehe, und der erste Post ist von dir.
Wie kommst du denn darauf, nicht der Themenstarter zu sein und wieso ist das eigentlich so wichtig?

mfg

[Floram]

Zitat:

@GaryK schrieb am 21. November 2016 um 11:08:39 Uhr:

Du hast den Unterschied zwischen einem Otto und einem Diesel nicht mal ansatzweise begriffen. ....

Warum bist du immer gleich so beleidigend?

Ich könnte auch sagen du hast keinerlei Ahnung von Thermodynamik. Aber was soll das?
In diesem Forum ist es leider gang und gebe andere Leute zu beschuldigen anstelle sachlich zu diskutieren. Das kommt aber von der Führung die das nicht unterbietet sondern selbst praktiziert. Lernen kann man hier sowieso nichts.

[GaryK]

Du diskutierst auf Level 3 ohne Level 1 verstanden zu haben. Der Schiffsdiesel hat bei der gestellten Frage genau gar nichts hilfreiches beizutragen und du führst diesen als Langhuber an um dessen Effizienz zu untermauern. Auch wenn man da (relativ) statt einer Stoppuhr nen Kalender braucht um die Zeitskala zu normieren. Da frag ich mich echt warum ich auf deine Detailfragen noch eingehen soll.

Als Einführung: http://www.sfb224.rwth-aachen.de/Kapitel/pdf/alleKapitel.zip

Wenn du behauptest, dass man aus den Unterlagen nix lernen kann weiss ich auch nicht weiter.

[Floram]

Danke für die Kapital von Aachen. Sehr gute Gedankenstütze. Muss im Einzelnen erst sehen.

Beschuldigungen kannst du aber einfach nicht lassen. Was ist Inhalt von Level 1 das ich nicht weiß? Woher weißt du was ich weiß und was nicht?

Weißt du alles? kaum vorstellbar gemäß deinem Schreiben. Deshalb sollte man fachlich diskutieren.

[GaryK]

.oO(Die Art der Argumentation verrät bereits einiges über den Wissensstand)

Und ja, ich weiss alles. Jedenfalls relativ gesehen zu den meisten Fachfremden.