Luftdurchsatz von Motoren

[Turboschlumpf136185]

Mal so rein interessehalber:

Hat jemand eine Ahnung wieviel Luft ein Motor pro Minute in sich hineinsaugt?

Sagen wir eine 2-Liter-Maschine bei höchster Drehzahl, wieviel m³ Luft braucht er?

[Rotherbach]

Moin,

Antwort :

Bei stöchiometischer Verbrennung (Lambda = 1) 14,7 kg Luft mit 1 kg Kraftstoff.

Gruß Kester

[Turboschlumpf136185]

Also haben wir bei einem Durchschnittsverbrauch von 15l (Vollgas) und einer Dichte von ca 500L/Kg etwa 1.8 m³ verbrauchtes Gas. Korrekt?

Da muss der Fahrer lange für pusten :-)

[Trennschleifer1743]

Hi Rotherbach, Du erklärst sehr genau, wie die Massenverhältnisse bei Lambda=1 sind. Stell Dir nur mal vor, der Motor würde 1 KG (> 1 Liter) Benzin pro Minute brauchen... Wieviel PS hat dann die Benzinpumpe? Aber das hast Du ja selbst schon gemerkt.

Also, ich versuche es mal. Der Motor hat 2 Liter Hubraum. Er dreht bei Vollgas, um es einfach zu machen, sagen wir mit 5000 U/min. Und es ist ein Viertakter, er atmet also nur bei jeder zweiten Umdrehung ein. Bei idealem Luftfilter und auch sonst keinem Strömungswiderstand, geöffneter Drosselklappe und so, würde er also 5000 Liter in der Minute einatmen. Das ist aber nur der theoretische Grenzwert. Praktisch sind da verschiedene Widerstände, und die Füllung erfolgt nie komplett. Höchstens mit Turbo, aber das lassen wir mal beiseite.

Also, mehr als 4000 Liter pro Minute geht kaum durch. Das sind ca. 4 kg Luft pro Minute, die mit (wo war doch nochmal der Windows-Taschenrechner? ach ja, bei "Zubehör") ungefähr 0,37 Liter Benzin in donnerndes Getöse, kochendes Kühlwasser und ein wenig Vortrieb umgesetzt werden.

Wenn ich mal annehme, dass der Wagen dabei so 200 Km/h fährt, hat er bei Dauervollgas einen Verbrauch von 22 L/100, was einigermaßen realistisch ist. Bitte, niemand soll behaupten, dass der eigene Wagen sparsamer ist, denn wann fährt man schon mal eine Stunde lang 200 und tankt exakt davor und danach. Vielleicht kann jemand mit Bordcomputer diese Zahlen bestätigen.

Mal ein interessanter Vergleich: Angenommen, ein Mensch atmet pro Minute 25 mal und hat im Schnitt ein Atemvolumen von 1,5 Litern (die Lunge ist größer, klar, für´s Treppensteigen und hyperventilieren wegen der Spritpreise...), so würde der Mensch mit derselben Luftmenge 1 Stunde und 45 Minuten atmen können, die unser Wagen in einer Minute wegputzt. Das Auto (jedenfalls Benziner, Diesel bei Vollgas aber auch) verbraucht dabei fast allen Sauerstoff in der Luft, der Mensch nur ca. 1/3. Also würde ein Mensch über 5 Stunden mit dieser Luft leben können.

Nun aber mal wieder andersrum, solche Rechnereien machen ja Spass. Wenn das Auto in einer Stunde 200 KM weit fährt, kommt es in der Minute 3,33 KM weit. dabei muß es eine Luftmasse wegdrücken, die seinem Frontalquerschnitt entspricht. Der CW-Wert besagt dabei nchts anderes, als dass das Auto die Luft mehr oder weniger elegant wieder "zurücklegt", weggedrückt werden muss sie auch von sehr windschnittigen Wägelchen. Gehen wir mal von einem solchen, sehr strömungsgünstigen Auto aus, so werden die Verwirblungen nicht allzu weit über die Karosserieaußengrenzen hinausgehen. Sagen wir, der Wagen hat mit Wirbelzone 2,5 qm projezierte Frontfläche. Er muß dann in der Minute 3333 mal 2,5 = 8330 cbm Luft bewegen! das sind über 8 Tonnen Luft! Pro Sekunde wird der Wagen also über 138000 Liter oder auch 140 kg Luft aus dem Weg gedrückt haben. Da weiss man doch, wozu die vielen Pferdchen gut sind! Und warum es so unangenehm wird, wenn man dabei das Fenster runterkurbelt.

Na ja, nagelt mich bitte nicht auf plus/minus 30% fest, aber so ungefähr ist es.

mfG Michael

[Turboschlumpf136185]

Also wenn ich dich richtig verstehe, verbraucht der Wagen 4 KG Luft/Min und 0,37 Kg Sprit. Das ergibt ein Vehältnis von

10,81 kg Luft bei 1 Kg Kraftstoff

Rotherbach sagt:

14,7 kg Luft mit 1 kg Kraftstoff

Ja wie jetzt?

[edgar]

hi leute .

also mike liegt da etwas näher dran .....

denn : die 14.7 / 1 sind ja lambda 1 ( also der geregelte zustand in teillast ) im vollastzustand sind es ja ( wegen der innenkühlung usw...) ja um die lambda 0.85 , je nach hersteller teilweise noch fetter .

die strömungen im ansaugtrakt sind so dynamisch ( hier werden ja liefergrade von 0.2 bis 1.15 bei schaltsaugrohren über einen bereich von ca 5000/min angegeben ) das eine errechnung der luftmassen im normalen fahrbetrieb eher recht ungenau ist .

so berechnungnen funktionieren ja nur bei statischer motorlast , so wie mike das mal gerechnet hat .....grob zumindest .

hier werden ja ideallisierte zustände angenommen . in der wirklichkeit kommen hier ja noch drosselverluste , verwirbelungen , staudruckeffekte , resonanzeffekte , wärmeausdehnungen und körperschallpulsationen dazu .

jetzt fragt mich nciht wie man so was genau berechnet !!! bin in mathe ne ziemliche null.

aber mike´s rechnung +/- 20 % könnte stimmen.

und +/- 20 % sind ja auch wieder fast der unterschied zwischen 14,7 / 1 und 10.8 / 1 .....also liegen beide nicht so unbedingt falsch.

ich glaube ein korrektes ergebnis kommt nur über einen strömunsmesser an einem bestimmten motor .

[Rotherbach]

*lach*

Ich hab extra die Hausmarke angegeben, gelle ?!

Ich wollte halt nicht stundenlang rumrechnen. Normalerweise bewegen sich Autos in einem Lambdabereich von 0,78 bis 1,25. Weil man darüber und darunter in Bereiche kommt, wo das Gas-Luft-Gemisch nicht mehr zündfähig wäre, und da man ja nunmal gewisse Toleranzen berücksichtigen muss ... (Luftdruck, Temperatur, Sauerstoffpartialdruck usw.pp.) läßt man etwas Differenz zu den Grenzen. Ich glaub ab Lambda 1,35 fangen Zündausetzer an.

Den absolut wirklichen Wert, wird man eh messen müssen, das der von Motor zu Motor differieren wird.

Viel Vergnügen

P.S. die 14.7 kg Luft auf 1 kg Benzin kann man ausrechnen ;-) Ist der Wert wo genau 1 Mol Benzin mit der entsprechenden Menge Sauerstoff aus der Atmosphäre total zu CO2 und H2O oxidiert werden.

Gruß Kester

[Duftbaumdeuter1360]

Zitat:

Original geschrieben von edgar

 

hier werden ja ideallisierte zustände angenommen . in der wirklichkeit kommen hier ja noch drosselverluste , verwirbelungen , staudruckeffekte , resonanzeffekte , wärmeausdehnungen und körperschallpulsationen dazu .

jetzt fragt mich nciht wie man so was genau berechnet !!! bin in mathe ne ziemliche null.

hehe, dazu würde ein prof von mir jetz sagen, sowas kann man gar net berechnen, weil da sehr viel aerodynamik drin is, und das keine ernst zu nehmende wissenschaft, sondern nur probieren is...

aber könnt man dass net über hubraum berechnen? ich mein, der muss doch gefüllt werden, und des hauptsächlich durch luft, oder wie oder wat?

[edgar]

theoretisch haste recht das das über den hubraum geht .

 

aber hier ist halt der liefergrad die größe die angibt wieviel volumen angesaugt wird zum theoretischen volumen des zylinders .

ein liefergrad von 1 gibt an das das volumen vollständig gefüllt ist .bei nem 2.0er vierzylinder dann eben die 500 ccm ansaugvolumen .

aber der liefergrad ( füllungsgrad ) ist eine größe die nur einer betimmten drehzahl bei vollaststellung der klappe zugeordnet ist .

hast du nun im teillastbereich die drosselklappe ein viertel geöffnet kommen zu deinem ( meist im unteren drehzahlbereich ) schlechteren liefergrad gleich nochmal ca 15-20 % drosselverluste dazu.....und damit ist die rechung mehr ne idealform als ne echte berechnung .

bei nem ergebnis von xxx +/- 20-30 % kann man ja nicht mehr von nem absolutem ergebnis reden .

mehr die richtung in die die reise geht .

der leifergrad wird bei saugbenzinern oft ( eigentlich fast immer ) dort am besten sein , wo das drehmoment am höchsten ist .

hier passt dann alles : drosselklappenstellung , saugrohrlänge , strömungsgeschwindigkeit , zylinderform , ventilbeschleunigung , abgasreflexion , überschneidung der ventile , zündwinkel ..etc. alle parameter eben .

 

so einfach ist die ganze sache nicht . aber ist schön drüber zu diskutieren .

ich persönlich mag keine thread´s wo ( sorry ) " physikstudenten im ersten semester " ein komplexes thema in ein formelzeichen quetschen und dann mit nem anderen phgysikstudent um die wette rechnen und definieren.

 

und die wahrheit heisst dann xxxx +/- 100 % ......da kann man sich das rechnen sparen .

als gelernter informationselektroniker sage ich mal mit den worten meines meister´s : wer mißt , mißt , mist !! aber messen ist realer als rechnen , jungs also meßt jetzt!!

 

bei manchen schaltungen konntest du dann auch nix mehr schnell schnell berechnen.......also messen .

hier sieht die sache genauso aus . die werte die hier als hausnummer rauskommen würden wahrscheinlich bei gleichem motortyp mit gleicher leistung von hersteller zu hersteller wahrscheinlich auch um 20 % differieren.

ich denk noch mal nach und sag dann wieder was , wenn ich nix sage............schickt nen suchtrupp.

 

p.s. begrabt mein hirn an der biegung des karusell´s ( nordschleife )

[Trennschleifer1743]

@ Jools,

Ich habe da ein wenig Verwirrung gestiftet, da ich 4 kg Luft mit 0,37 Litern Sprit verwirbelt habe. Das das zwei unterschiedliche Maßeinheiten sind, habe ich nicht erwähnt. Der Lambda-Wert von 1:14,7 ist aber auf Luft- und Spritseite mit Kilogramm gerechnet. Wenn man meine 0,37 Liter in 272 Gramm Benzin umrechnet, kommt man dem Verhältnis 1:14,7 schon recht nahe. Ich glaube, Benzin liegt im spezifischen gewicht irgendwo zwischen 0,72 und 0,78 KG/Liter, ich habe halt den ersten Wert genommen. Sollte keine wissenschaftliche Beweisführung sein, es geht mir nur um halbwegs plausible Größen.

Mal ehrlich: Ich dachte nicht, dass überhaupt jemand nachrechnet.

@Alle: Moderne Autos haben doch einen Luftmengenmesser. Kann man die Messwerte irgendwo abgreifen? Liegen die überhaupt in metrischen Größen vor oder gibt das Teil nur eine Regelspannung (oder so) an das Steuergerät? Ich habe da leider keine Ahnung.

mfG Michael

[Turboschlumpf136185]

@ mikaiser

Der Fehler lag bei mir, ich habe daraus geschlossen

Zitat:

Original geschrieben von mikaiser

1 KG (> 1 Liter) Benzin

daß 1KG ungefähr 1L Benzin sind.

Hab das " > " übersehen.

Ich weiß schon, weshalb ich in Mathe nie die Leuchte war

:-)

[edgar]

@ mikekaiser . der lmm gibt ne regelspannung an das steuergerät . einer regelspannung ist eine luftmasse zugeordnet die mit anderen parametern in mapping abgelegt sind .

es gibt ja verscheidene kennfelder im steuergerät , das regelkennfeld für die lambda regelung ist dann hier ausschalggebend.

wenn du die zugeordneten spannungen hsat , könntest du paralell dazu die spannung abgreifen und die über eine schaltung ( oder einfacher über nen laptop ) die gemessene luftmasse anzeigen lassen.

das das bis jetzt kaum einer gemacht haben dürfte liegt vermutlich daran , das es nur leute wirklich interressieren dürfte die motoren bauen......

nur aus interesse währe mir das zuviel aufwand . ob das ergebnis dann richtig währe .......bleibt mal unter vorbehalt .

könnte ja sein das hier eine logarhitmische teilung dabei ist , der so was ...und dann kommste in schwulitäten , was das messen betrifft .

viel spass beim basteln

[Rotherbach]

*g*

Ich denke, so wirklich akut ist dieser Fall des Wissens auch für den normalen Menschen nicht.

Ne Hausmarke zu wissen, denke Ich, reicht völlig aus. Mit Sicherheit KANN man das berechnen, aber wohl nur für jeden Motor speziell und mit einem guten Computer, für den Home-PC, Excel oder gar nen Taschenrechner iss das nix. Dann muss man echt mit solch genäherten Formeln rechnen, das man zur Korrektur hinterher ne neue Formel braucht und trotzdem Plus/Minus XYZ liegt. *fg*

Ich denke, so ein Term wird ähnlich aussehen wie eine Quantenmechanische Berechnung des Zustandes irgendeines komplexeren Moleküls.

Gruß Kester

[edgar]

es gibt viel zu tun

 

 

....fangt schonmal an !

 

jo denke auch , das wir zu ner hausnummer kommen als richtung , mehr eher nicht