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Verbrennungsmotor: Was beeinflusst (Konstruktiv) die Drehzahl?
Hallo Leute,
ich habe im Netz schon länger nah einer Antwort auf meine Frage gesucht, aber leider nichts gefunden. Ich hoffe ihr versteht was ich meine und könnt mir eine Antwort geben.
Es geht um die Drehzahl eines Verbrennungsmotors. Mir ist bisher bewusst ist, dass die Drehzahl eines Motors nicht direkt geregelt wird, sondern aus anderen Dingen resultiert. Bei einem normalen Saugmotor gebe ich die Kraftstoffmenge durch Gaspedalstellung/Drosselklappenstellung vor. Je nachdem welche Fahrtwiederstände wirken (Luft-, Steigungs- oder Beschleunigungswiederstand, etc.), wird zum ausgleich der Kräfte ein bestimmtes Drehmoment am Rad bentigt und eine entsprechende Drehzahl stellt sich ein.
Was ich bisher noch nicht verstanden habe, ist, wie der Drehzahlbereich eines Motors konstruktiv vorgegeben wird. Ein Normaler Otto PKW dreht zum Beispiel zwischen 5000 und 6000 u/min, ein Formel 1 Motor ca 16.000-18.000 u/min und ein großer Langsamläufer nur wenige 100 u/min. Was ist in den jeweiligen Motoren anders?
um die Frage nochmals anders zu Formulieren: Wenn ich einen Motor entwickeln will, wie muss ich ihn Bauen, damit er ein Langsamläufer, ein normaler Pkw-Motor, oder ein Formel 1 Motor wird.
Sind die Massenkräfte vielleicht des Rätsels Lösung?
Hoffe ihr könnt mir helfen
Viele Grüße
Daniel
Beste Antwort im Thema
Ja, auch die Massekräfte sind entscheidend. Die Zentrifugalkraft steigt nämlich mit dem Quadrat der Winkelgeschwindigkeit.
F=m x omega² x r
Je nach Zylinderzahl können Massekräfte 1. 2. und 3. Ordnung reduziert bzw. kompensiert werden. Deswegen läuft ein R4 rauer als ein R6 oder V8. Siehe Massenausgleich Hubkolbenmotor.
Weiterhin ist die Kolbengeschwindigkeit ein begrenzender Faktor. Diese resultiert aus der Drehzahl und dem Hub. Je größer der Hub, desto schneller muss der Kolben sein, um bei einer Umdrehung den Weg zurückzulegen und umso höher sind die Beschleunigungen. Versuche mal einen 20kg schweren Kolben innerhalb von 20cm auf 20m/s zu beschleunigen und wieder abzubremsen. Da wirken ungeheure Kräfte!
Man kann also grob sagen, je größer der Motor, umso niedriger wird die Drehzahl.
Die Leistung schöpfen große Motoren auch eher aus dem Drehmoment als der Drehzahl, wenn man das mal so salopp sagen kann.
Wenn man jetzt einen Motor mit möglichst hoher Drehzahl bauen will, dann nimmt man 6 oder besser 8 Zylinder, sehr geringe Einzelhubräume und sehr leichte, stabile Materialien für Kurbelwelle, Pleulstange und Kolben.
Hier mal ein Kolben eines 2-Takt Diesels mit 570kg Gewicht
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32 Antworten
Zitat:
Ein Diesel würde sich totlaufen, der muss einen Begrenzer haben
Stimmt NICHT, der Diesel begrenzt sich mehr oder weniger selbst. Physikalisch bedingt durch den Zündverzug ist das bei etwa 4800 bis 5500 U/min.
Sorry, habe mich falsch ausgedrückt.
Er würde von selber immer schneller werden, so ist es richtig. Obwohl ich auch keinen 16l LKW-Diesel mit 5500/min sehen möchte oder gar einen Schiffsdiesel, wenn man das überhaupt vergleichen kann. Die wären wirklich tot. ;) Aber ein alter W123 mit Vorkammer würde imho auch vorher den Geist aufgeben.
Zitat:
Dieselmotoren sind grundsätzlich mit einer Drehzahlbegrenzung ausgerüstet, da bei mechanischen Einspritzsystemen ohne zusätzliche Regelung die eingespritzte Kraftstoffmenge mit der Motordrehzahl ansteigt (Leckageverluste im Einspritzsystem sinken). Ottomotoren benötigen nicht in allen Fällen zwingend eine Drehzahlbegrenzung, da bei hohen Drehzahlen die Ansaug- und Strömungsverluste drosselnd wirken.
Quelle:Wiki
mfg
Lass irgendeinen Motor im Leerlauf laufen und dann gibt Vollgas. Der dreht sich-ohne DRZbegrenzer so in den DRZ- tod, so schnell kannst kaum gucken.
Aber auch da gibt es Grenzen, nämlich die Strömung im Saugrohr wird durch die Abmessungen begrenzt. Der dreht also im Leerlauf nicht ins unendliche.
So auch besonders unter Last wird die Drehzahl allein von der Auslegung begrenzt.
Die Strömungsgeschwindigkeit hat eben den absoluten Begrenzungsfaktor. Weitet man die Kanäle extrem auf, baute eine Racing Nocke ein mit grossen - dem Kanaldurchmesser entsprechenden- Gasfabrik drauf, sind das die Kandidaten die im Leerlauf bis 15000U/min drehen und meist vorher wegen anderer Mängel (Ventiltrieb, Kolbengeschindigkeit, Massenkräfte) auseinanderfliegen.
Da gibt es sogar Wettbewerbe von Motorenbauern in den USA.
Wie länge hält ein Motor im Leerlauf unter Vollgas.
Der Sieger hatte mal 12Min gebraucht, dann flog er auseinader. Andere brauchen deutlich weniger bis hin zu einer Minute, dann war's das.
Also das einzigste was die Drehzahlmöglichkleit begrenzt ist die Strömung im Saugrohr und, natürlich was man reinpackt muss wieder raus, der Abgasweg mit seiner Strömung, die in bestimmten Bereichen unterstütrzend wirkt, wirken kann.
Warum das nicht bei allen Motoren so geht?
Zuerst gilt immernoch die Strömung im Saugrohr von 100m/s als annehmbar für ziemlich viele DRZ Breiche.
1. große Kanäle sind was für hohe Drehzahlen({100m/s bei 5000U/min), darunter sind sie 'lahm'- sie drücken das Drehmoment nach unten, in unteren DRZ Bereichen. Nicht zu verkaufen. Fahren nur Spezies die das wollen. Heißt sie haben oben viel Power. Aber auch nur 'oben rum'.
Umgekehrt kleine Kanäle geben viel Drehmoment unten rum, wo man das landläufig auch braucht, angenehm zu fahren, schaltfaul z.B., aber hohe Drehzahlen setzen eben die ansteigende Strömungsgeschwindigkeit bis zum Strömungsabriss Grenzen.
2. Sportnockenwellen im Serienauto? Drehmomenteinbusse unten rum, hoher Spritverbrauch, Abgaspobleme- unverkäuflich.
3. Hohe Drehzahlen bedingen eine Machart des Motors dahin. Zu teuer. Um das Käuferpotential auszunutzen macht man Schaltsaugrohre, verstellbare Nocken die einiges o.g. die den Käufer abschreckt davon eliminieren. Aber man achtet immer auf genügend Drehmoment mit diesen Komponenten, Hilfen unten rum.
4. F1 Motoren sind konzipiert für Hauptdrehzahlen über 7000U/min.Darunter fällt die Leistung rapide ab. Möchte kaum einer haben. Fast unfahrbar in der Stadt mit 50km/h. Eben- die andere Richtung: 100m/s werden bei denen bei 10.000U/min und höher erst erreicht.
5. Selbst Sportwagen vom Händler um die Ecke sind konzipiert für DRZ bereiche um 3000U/min. Man will ja nicht in 30er Zonen einen rumbockenden Motor haben. So'n F1 Motor ist in 30er Zonen nicht nutzbar. Der geht stumpf aus, nachdem er 1x gebockt hat. Der hat da ein Drehmoment gg. 0, weil die Drehzahl gerade über Leerlauf ist (vielleicht auch darunter, dann eben erst recht, er geht aus beim Einbiegen in die 30er Zone) und er aber noch das Auto schleppen muss.
Zitat:
Original geschrieben von flatfour
Umgekehrt kleine Kanäle geben viel Drehmoment unten rum, wo man das landläufig auch braucht, angenehm zu fahren, schaltfaul z.B.,
Gerade für das schaltfaule Fahren braucht man nicht nur untenrum Kraft, sondern über einen möglichst großen Bereich gleichmäßig viel.
Dafür gibt es dann solche Sachen wie Schaltsaugrohr, variable Ventilsteuerung usw.
Weil ich selbst gern schaltfaul fahre, werde ich mir auch nie wieder einen Turbo zulegen. Als ich meinen vorhandenen gekauft habe, hatte ich dieses Bedürfnis meinerseits deutlich unterschätzt.
Beeindruckt hat kich übrigens der Wagen meines nachbarn. Ich habe den dann hinterher recherchiert: Maximales Drehmoment bei 4600/min ist ein guter Wert. Besonders für einen Diesel :)
Zitat:
Original geschrieben von firebird24489
Zitat:
Ein Diesel würde sich totlaufen, der muss einen Begrenzer haben
Stimmt NICHT, der Diesel begrenzt sich mehr oder weniger selbst. Physikalisch bedingt durch den Zündverzug ist das bei etwa 4800 bis 5500 U/min.
warum hast du das
nicht rechtzeitig erzählt? :D
2-takter sind noch besser, die ziehen sich; wenn ich das noch richtig zusammenkriege, manchmal ihr eigenes Motoroel rein zum Verbrennen.
Und irgendwie scheint sich ein Diesel doch totlaufen zu können:
http://www.youtube.com/watch?v=9I9k9rHB4EA.
Stell dir mal vor, so einer wie der hier fliegt dir um die Ohren :D
http://www.youtube.com/watch?v=pwvS8_H5rKs
mfg
Zitat:
Original geschrieben von sukkubus
Zitat:
Original geschrieben von firebird24489
Stimmt NICHT, der Diesel begrenzt sich mehr oder weniger selbst. Physikalisch bedingt durch den Zündverzug ist das bei etwa 4800 bis 5500 U/min.
warum hast du das
nicht rechtzeitig erzählt? :D
Wenn Wiki recht hätte, könnte der Schrick-Turbo-Diesel keine 6000 1/min schaffen, schafft er aber mühelos :D
2 und 4 Takt schlitz-, statt ventilgesteuerte Motore sind den 2 bis ein vielfaches Ventilern deutlich überlegen.
Leider ist diese Technik nur in verschleißarmen Flugzeugkolbenmoten zu finden.
Ich fahre ab und zu ein Fahrzeug mit Viertakt - Ottomotor ohne Drehzahlbegrenzer. Wenn man bei dem auf dem Gas bleibt, regelt sich die Drehzahl von selbst ab, bei über 10.000 U/min. (ist ein 50 cm³ - Motor). Wenn sie Ventile flattern, hat man eben starke Füllungsverluste.
Zitat:
Original geschrieben von flatfour
Da gibt es sogar Wettbewerbe von Motorenbauern in den USA.
Wie länge hält ein Motor im Leerlauf unter Vollgas.
Der Sieger hatte mal 12Min gebraucht, dann flog er auseinader. Andere brauchen deutlich weniger bis hin zu einer Minute, dann war's das.
Sehe ich das richtig? Es werden Wettbewerbe gefahren, wie lange ein Motor ohne Drehzahlbegrenzer aushält? Wird dabei die Kühlung berücksichtigt (z.B. indem ein Gebläse installiert wird)?
Zitat:
Original geschrieben von meehster
Maximales Drehmoment bei 4600/min ist ein guter Wert. Besonders für einen Diesel :)
Sicher, dass in dieser Aussage kein Wurm drinnen steckt?
Zitat:
Original geschrieben von bbbbbbbbbbbb
Zitat:
Original geschrieben von meehster
Maximales Drehmoment bei 4600/min ist ein guter Wert. Besonders für einen Diesel :)
Sicher, dass in dieser Aussage kein Wurm drinnen steckt?
Sicher. Der Dreiliterdiesel mit 100 kW in dem Mercedes S124 hat sein Drehmomentmaximum offiziell von 2100 bis 4600/min und die Nenndrehzahl ist 5000/min.
Zitat:
VW Bus T2 fällt mir da ein, da war das über ein Fliehgewicht im Verteilerfinger geregelt, der ab einer gewissen Drehzahl die Zündung kurzgeschlossen hat.
mfg
Hatten die ganzen luftgekühlten VWs nicht auch noch ne spezielle zweigeteilte Drosselklappe? Die war in der Mitte geteilt und federbelastet. Bei zu hoher Drehzahl und somit zu hoher Luftgeschwindigkeit im Ansaugtrakt klappte die eine Hälfte rum und drosselte so den Motor wieder herunter.
Gruß Tobias
@spezialwidde : nein, hatten die nicht
@bbbbbbbbb : die Motoren kommen im Einbauzustand, also mit Kühlung ect. allein an einem Ständer angeflanscht, bzw. auf einem Bock gelegt(bei Boxermotoren geht das) in eine Plexiglashaube.
Zitat:
Original geschrieben von Spezialwidde
Zitat:
VW Bus T2 fällt mir da ein, da war das über ein Fliehgewicht im Verteilerfinger geregelt, der ab einer gewissen Drehzahl die Zündung kurzgeschlossen hat.
mfg
Hatten die ganzen luftgekühlten VWs nicht auch noch ne spezielle zweigeteilte Drosselklappe? Die war in der Mitte geteilt und federbelastet. Bei zu hoher Drehzahl und somit zu hoher Luftgeschwindigkeit im Ansaugtrakt klappte die eine Hälfte rum und drosselte so den Motor wieder herunter.
Gruß Tobias
Die Käfermotoren mit Vergaser hatten nie einen Drehzahlbegrenzer.
Der hat sich durch das lange Ansauggeweih wohl selbst begrenzt.
Die Nennleistung lag bei ca. 4500 - 4800 U/min. und ab 6000 U/min wurde das sehr zäh und hörte sich auch überhaupt nicht mehr gesund an, daher habe ich das auch nie weiter getrieben.
Gruß
Raymund
Zitat:
die Motoren kommen im Einbauzustand, also mit Kühlung ect. allein an einem Ständer angeflanscht, bzw. auf einem Bock gelegt(bei Boxermotoren geht das) in eine Plexiglashaube.
Also mit Drehzahlbegrenzer (Einbauzustand)? Und die gehen echt nach wenigen Minuten kaputt?
Selbst ohne Drehzahlbegrenzer. Wo liegt der Sinn? Bzw. wer gewinnt? Ich verstehe es auch nicht!
Einfach Luftzufuhr drosseln und der läuft paar Tage/Wochen durch:confused::confused::confused:
Nein, ohne Drz-begrenzer, sonst macht es ja keinen Spaß:D
Es ist ein Wettbewerb auf Treffen unter Motorenbauern, der anscheinend immer Leute anlockt = Werbung. Es geht ursächlich darum, welcher Motor am Längsten aushält, dessen Erbauer man besondere Fähigkeiten einen haltbaren Motor zu bauen, zuspricht.
Ob die das heute noch machen...??? Vor 10 oder 20 jahren sicher.
Über Sinn oder Unsinn kann man trefflich streiten, mit mir aber nicht. Es lohnt nicht.