Verhältnis Hubraum zur Anzahl an Zylindern
Hallo,
Wie im subject ersichtlich interessiere ich mich für das Verhältnis von Hubraum zur Anzahl an Zylindern bei Verbrennungsmotoren. Habe in einem Thread im E90-Forum beiläufig gelesen, dass man als Faustformel sagen kann, dass eine optimale Verbrennung scheinbar bei 0,5l Hubraum pro Zylinder stattfindet. Jetzt würde mich interessieren, warum das so ist. Spielt es eine Rolle, ob Benziner oder Diesel? Habe mit der Suchfunktion leider nichts in dieser Richtung gefunden und hoffe, dass mir der ein oder andere diese Frage beantworten kann.
Liebe Grüße
Beste Antwort im Thema
Zitat:
Original geschrieben von marcel301619
Dann nenn mir doch mal einen Pkw-Saug-Motor, bei dem das nicht der Fall ist! Modellmotoren und Formel 1 ist wieder ne andere Welt! In der paktischen Anwendung bei Pkw-Motoren ist meine Aussage richtig, da steh ich auch dahinter!Zitat:
Alle Serien-Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung haben um die 0,5l pro Zylinder:
e90 M3 -> 4l - 8Zyl. - 105PS/l
B7 RS4 -> 4,2l - 8Zyl. - 100PS/l
e60 M5 -> 5l - 10 Zyl. - 101PS/l
aktueller Civic Type R -> 2l - 4Zyl - 100Ps/l
S2000 -> 2l - 4Zyl. - 120Ps/l
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Die Liste könnte beliebig verlängert werden.
Also gut, jetzt muß ich wohl doch ausführlicher werden: Daß im Automobilbau viele Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung um die 0,5l pro Zylinder haben, ist ja durchaus richtig. Dennoch ist es so, daß die erreichbare Literleistung umso größer ist, je kleiner die Einzelhubräume sind.
Woher kommt dieser, nur scheinbare, Widerspruch?
Die o.g. Motoren haben, da sie zumeist die Spitzenmotorisierung einer Baureihe darstellen, im absoluten Hubraum natürlich auch an meisten.
Da z.B. ein 550i 4,8l hat, würde ein M5 mit weniger Hubraum modellpolitisch seltsam aussehen. Außerdem hätte er dann, da ja nicht aufgeladen, weniger Drehmoment untenherum als das zweitgrößte Modell.
Dies verbietet kleine Einzelhubräume.
Ein E60 M5 mit beispielsweise 0,3l/Zylinder hätte ein Gesamthubraum von „nur“ 3,0l. Selbst wenn wegen der kleinen Einzelhubräume 115PS/l erreichbar wären, wäre die Gesamtleistung dann mit 345 PS geringer als die des 550i. Würde keinen Sinn machen.
Weshalb nun steigt die realisierbare Literleistung mit kleiner werdenden Einzelhubräumen, oder im Umkehrschluß: weshalb fällt sie bei größeren?
Man denke sich einen beliebigen Zylinder und konstruiere gedanklich seinen großen Bruder, der in allen Abmessungen um den Faktor doppelt so großer sei.
Was wären die Folgen?
Der Hubraum würde sich verachtfachen (dritte Potenz). Die Saugrohr-, Ventil und Kanalquerschnittsflächen als leistungsbestimmende Komponenten würden sich lediglich vervierfachen (zweite Potenz). Also nur halb so stark steigen.
Der Hub wäre doppelt so hoch, das heißt die kritische Kolbengeschwindigkeit wäre bei der halben Drehzahl erreicht.
Somit hat bei gleicher Bauart –rechnerisch- der Motor mit dem 8x so großen Hubraum die halbe Literleistung bei der halben Drehzahl.
Daß man bei den oben zitierten Autos diesen Weg nicht extrem weitergeht hat 2 Gründe:
1. Marketing. Z.B. ein M5 mit Zwölfzylinder könnte bei gleichem Hubraum noch etwas mehr Leistung (Dritte Wurzel aus dem Unterschied an Größe der Einzelhubräume, also etwas über 6%) als der verwendete Zehnzylinder entwickeln. Aber Zwölfer soll es nur für den 7er geben.
2. Technik. Das Drehzahlband würde sich immer weiter nach oben verschieben. Das ist irgendwann nicht mehr sinnvoll.
Gruß,
Thomas
P.S.: Ich persönlich halte das Hochdrehzahlkonzept ohnehin für einen Irrweg und bevorzuge eine moderate Aufladung in Verbindung mit größeren Einzelhubräumen für eine starke Kraft von untenraus.
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Zitat:
Original geschrieben von Sete
Habe ich einen Beispiel-Zylinder mit einer Grundfläche von z.B. 20 cm² und einen Hub von 20 cm habe ich ein Hubraum von 400 cm³.
Verdopple ich die Grundfläche auf 40 cm² und verdopple ich den Hub auf 40 cm ist der Hubraum nun 1600 cm³. Also den Vierfachen Hubraum ????Hi Hölz schick mir mal ne Mail damit ich deine E-Mailadresse habe !!!!
Gruss Thomas
Ich schrieb: „Man denke sich einen beliebigen Zylinder und konstruiere gedanklich seinen großen Bruder, der in allen Abmessungen doppelt so groß sei.“
Nehmen wir z.B. 5 cm Bohrung und 5 cm Hub.
Dann haben wir eine Grundfläche von der Bohrung ins Quadrat x Pi/4 also 5 x 5 x 3,1415 / 4 = ca. 19,63 cm2.
Multipliziert mit dem Hub ergibt ca. 98,17 cm3 Hubraum.
Vergrößert man den Zylinder um den Faktor zwei, hat man die vierfache Zylindergrundfläche und den achtfachen Hubraum.
Gruß,
Thomas
P.S.: Ne, oder? Da warste wohl noch nicht richtig wach.😕 Diese basics sind doch eigentlich mindestens zwei Stufen unter Deinem Level.😉
Meine e-mail hast Du doch auch. Aber ich hab Dir meine Adresse noch mal zugeschickt…
So issses Thomas !
Habe Umfang und Fläche verwechselt !
Nur gut das ich Dich kenne
Gruss Thomas
Das die 500ccm³ pro Einzelzylinder nun ausgerechnet eine hohe Literleistung ergeben sollen mag ja für einige Paradebeispiele im Motorenbau zutreffen, wobei einige der genannten Motoren mit Utopischen Kolbengeschwindigkeiten aufwarten.
Und wenn wir schon über hochdrehende Saugmotoren sprechen, die 4Takt Motorradmotoren von vor 30 Jahren arbeiten in etwa auf dem gleichen Drehzahlniveau der genannten Automotoren, und gelten aus heutiger Sicht als mitunter sehr sparsame Bauernmotoren die selbst mit dem einfachsten Öl Utopische Laufleistungen erreichen......teilweise sogar noch als 2 Ventiler mit Luftkühlung
Gruß Markus
es gibt ein verhältnis für 4 zyl , 6 zyl usw welches beschreibt mit wieviel ccm hubraum der motor am optimalsten kontruiert ist.......... hab ich damal auf der akademie gelernt ......... ist aber schon langeeeeeee her.
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Dass es da keine eindeutigen Meinungen dazu gibt zeigt der Vergleich vor 15 Jahren in der 3 Liter Klasse:
da gab es 8 Zylinder BMW, 6 Zylinder Daimler und auch einen 4 Zylinder Porsche.
Alle Konzepte hatten Vor- und Nachteile: hohes Drehvermögen und Laufkultur oder gutes Drehmoment unten raus und niedriger Verbrauch.
Der ideale Kompromiss lieg wie so oft in der Mitte (der aber hier nicht Daimler heißt).
Beim Verbrauch allerdings stellt man fest: die Anzahl der Zylinder hat mehr Einfluß als der Hubraum. Große Vierzylinder sind meist relativ sparsam, kleine Vielzylinder sind Säufer...
laut meiner gesamten buchsammlung an fachbüchern über hochleistungsviertakter , deren tuning und diverse erfahrungen im bau von sport / rennmotoren ergibt sich grob über den daumen gepeilt .
- der beste wirkungsgrad beim viertakter über alles ( auslegung ist maximal leistung bei minimal verbrauch ) ist so zwischen 270 -330 ccm pro zylindereinheit . da kämen wir dann auf die in der formel 1 üblichen motoren .
- das problem der abdichtung und des ölverbrauches steigt mit der größe der bohrung
- der wirksame ventildurchmesser steigt proportional im verhältnis kurzhubig / langhubig ...
soweit ist das alles logischer krams der sich aus den geometrischen begebenheiten ergibt .
was gegen einen größeren einzelhubraum spricht ist schlicht ....
- die masse die bewegt werden muss , hier is kernthema das gewicht , die masshaltigkeit , die verformung bei wärme , die trägheit der gassäule , die innere gemischbildung , die schichtladung , die zündfahigkeit , die reibung über die kolben und ringe und die temperaturverteilung .
da kommen formeln raus die hier vermutlich die maximale beitragslänge sprengen würden .
kurz und knapp .....
kleinere einzelhubräume arbeiten im schnitt etwas effektiver , was beim 4 zylinder so 12-1400 ccm sind ...rein von der effektivität. würde das prinzip auf mehrzylinder ( also 6 zylinder oder mehr ) extrem angewendet werden ( sagen wir nen 3 liter v 12 wie in den alten ferraris ) der dazu auch noch leistung abgibt , ja .....dann würde irgendwann die verlust an reibung alles auffressen ! ....ausnahme sind hier von mir aus f1 motoren , wo aber lebensdauer an zweiter stelle steht und auch toleranzen und materialien alles andere als serie sind .
größere einzelhubräume haben meist ein kleines problem mit der verschleppung von öl / benzin ( porsche 3 liter 4 zyl im 968 z.b. ) und auch meist ein problem mit der drehzahlfestigkeit .
der fast schon " ideale " kompromis bewegt sich dann im bereich 4-600 ccm bei " gebrauchsmotoren " ...450 bei den vw familien ( 827 ) 500 beim guten rest ( ford , opel, honda , renault ...whatever )
die daraus entstehenden derivate sind dann z.b. ( 827 ) die 5 zylinder mit 2.3 liter , 5 zylinder mit 2.5 liter ( ford , volvo ) oder eben die 6 zylinder in reihe ( alte opel 2.0 und 3.0 8 / 12 v ) .
dann kommt dann noch das marketing dazu und etwas nostalgie und tradition ....
und schon haben die alten 320er nen 6 zylinder wo die konkurrenz " nur " 4 zylinder hatte ....da is das argument mit 2 mehr zylindern schwerer als der technische sinn , der trotzdem nich so weit weg ist vom ideal .
nur dumm das bei dem ganzen die kostenrechner auch noch was zu jammern haben .
mehr teile , mehr aufwand , mehr kosten = weniger gewinn = wird bald abgeschafft ....zumindest in den volumenmodellen durchaus nachzuvollziehen ...
und zu guter letzt kommt noch der bestehende " baukasten " .......
so kommt es dann das auch bei den " kleineren" hubräumen ( weil der block auch woanders im grunde verwendet wird ) mit " falschen " ventildurchmessern gefahren wird ....bla bla bla
alles in allem sind moderne motoren im massenbereich immer ein kompromiss aus kosten ,leistung , verbrauch , verfügbarkeit ...etc
die eierlegende wollmilchsau ist mir im autobereich auch noch nicht übern weg gelaufen ( im zweiradbereich aber auch nicht ) .
vermutlich ist die bei nem hubkolben motor sowie nicht drin , wenn man alle wünsche die man an nen motor haben kann berücksichtigt