Was begrenzt eigentlich die maximale Drehzahl?
Kann mir hier jemand mit Fachwissen (Ingenieure vor) erläutern, was genau die Drehzahl eines Motors begrenzt und weshalb diese maximalen Drehzahlen von Fahrzeug zu Fahrzeug unterschiedlich sind? Insbesondere, weshalb ist die maximale Drehzahl beim Diesel so viel niedriger und weshalb bei F1-Motoren oder Motorrädern so extrem hoch?
Danke im Voraus 🙂
Beste Antwort im Thema
Seid Ihr jetzt mit dem Schwanzvergleich fertig?
Da ist ein Forum kaum besser wie mancher Fachausschuß. Die Profs prügeln sich um Begriffe und deren Definitionen, den Rest tangiert das äußerst periphär. Und die Physik schonmal gar nicht. Also bitte weiter aufeinander rumhacken, das sah mit den Excel Sheets beinahe langweilig sachlich aus. Wenn man jetzt noch die Ordinate auf n/n_max normiert hätte, wäre die Skalierung nicht so "kaputt".
231 Antworten
Och mann, man kann das ja nicht mit ansehen, welches technische unverständnis hier herrscht ( Soxx83 mal ausgenommen):
- die Leistung eines Motors ist dem Hubraum, dem Mitteldruck und der Drehzahl proportional
- hat ein Motor nur die Hälfte des Hubraumes, muß er bei gleichem Mitteldruck doppelt so hoch drehen, weil er die Hälfte des Drehmomentes hat.
- weil aber die Gaswechselverluste mit der Gaswechselgeschwindigkeit quadratisch ansteigen, kann der höherdrehende Motor nicht den gleichen Mitteldruck halten, weshalb er noch etwas höher drehen muß.
- Kolben und Kolbenringe sind für ca. 60% der mechanischen Verluste von Verbrennungsmotoren verantwortlich. Dabei ist die spezifische Reibleistung pro Umfangslängeneinheit im wesentlichen konstant. (Miiteldruckeinfluß, weil Mitteldruck = konstant kann man hier vernachlässigen)
- Weil aber bei gleichem Hub/Kolbendurchmesser-Verhältnis und gleicher Zylinderzahl der Hubraum mit dem Kolbendurchmesser kubisch zunimmt (Fläche quadratisch mal Hub linear), der Umfang aber nur linear, ist die Reibkraft beim kleinen Motor immer noch 1/wurzel(2), also ca. 70% der Reibkraft des Motors mit dem doppelten Hubraum.
- die Reibleistung ist aber Reibkraft mal Drehzahl proportional, weshalb der halb so große Motor bei gleicher Leistung (und deshalb doppelter Drehzahl) einen ca. 40% höheren mechanischen Verlust aufweist.
Und deshalb hat ein Motor mit größerem Hubraum die besseren Voraussetzungen die gleiche Leistung bei höherem Wirkungsgrad zu liefern als ein kleiner Motor.
Im Augenblick wird der Kunde von Politik und Herstellern dahingehend verarscht, daß sehr kleine Motoren gebaut werden, die im Rahmen des vorgeschriebenen Messzyklus (durch lahmste Beschleunigungszyklen und eine lächerliche Höchstgeschwindigkeit gekennzeichnet) wenig verbrauchen, aber beim einfordern der nominellen Leistung mehr saufen wie ein hubraumstarker Sportwagen bei derselben Leistungsanforderung.
Und noch ein kleiner Hinweis für die "Turbos steigern immer den Wirkungsgrad"-Nachplapperer: sobald ein Ladeluftkühler ins Spiel kommt steigert der Turbo nicht mehr den Wirkungsgrad, sondern nur noch die Leistung. Warum ? --> einfache Thermodynamik 😉
Gruß SRAM
Danke SRAM, das ist wohl mehr als richtig formuliert, jedenfalls für dieses Forum.
ich nutze mal gerade noch die Gelegenheit..
Zitat:
Original geschrieben von Rael_Imperial
In der einen Kiste sitzt der Actros-Motor und treibt direkt die Abtriebswelle an, in der anderen Kiste der M5-Motor mit einem einstufigen Getriebe mit der Untersetzung 4,33.Damit erhalten wir (an der Abtriebswelle der Black-box):
635 1/min Actros ?? Nm, M5 1801 Nm
1000 1/min Actros 2400 Nm, M5 2044 Nm
1400 1/min Atros 2195 Nm, M5 2252 Nm
1800 1/min Actros 1989 Nm, M5 1987 Nm
erstmal..
http://www.bimmertoday.de/.../damit wir über Fakten reden, denn das Prospekt mit der Kurve hatte ich die Tage schon in der Hand, und habe Dir gesagt, das deine Werte großzügig für den M5 gerechnet waren, aber es ja nur um den Zusammenhang geht und mich das nicht störe.
Da Du meinst, ich erzähle Schwachsinn und erfinde..
jetzt mal etwas genauer!
1.Wert 2750U/min 410Nm x 4,33..1775 ...dein Wert.. 1801
2.Wert 4333U/min 460Nm x 4,33..1992 ... 2044
3.Wert 6062U/min 520Nm x 4,33..2252 ... 2252
4.Wert 7794U/min 440Nm x 4,33..1905 ... 1987
Die Actroswerte checke ich jetzt mal nicht, denn das ist nichtmehr wichtig, kannst Du ja machen, aber merkst Du was???
auser im maximalen Drehmomentpunkt kommt der M5 selbst mit deiner Untersetzung nicht über 2000Nm.. der Actros ist mit 2 Werten in jedem Fall drüber, deswegen meine tiefgestapelten 200Nm Überlegenheit, in mindestens der Hälfte des Drehzahlbandes.
jetzt das Achsgetriebe, mit der Untersetzung 4,83.. und schon sind am Rad mindestens 1000Nm mehr beim Actros, egal wie man es wendet oder dreht.
Würde man jetzt noch das Getriebe hinzurechnen, den Wirkungsgrad im Antriebsstrang und das Schaltintervall genauer ermitteln, wo der Actros definitiv den Vorteil hat, wird klar..
warum Du eben deine Emotionen rausgelassen hast..
weil Du nicht zugeben willst, was selbstverständlich ist, und jeder Fahrzeugtechniker mit in die Wiege bekommt!😉
LG
"- die Reibleistung ist aber Reibkraft mal Drehzahl proportional, weshalb der halb so große Motor bei gleicher Leistung (und deshalb doppelter Drehzahl) einen ca. 40% höheren mechanischen Verlust aufweist."
Und hier kommt der Turbo ins Spiel. Dieser kann bei einem Ladedruck - der hypothetisch den Mitteldruck effektiv verdoppelt - die gleiche Drehzahl wie der große haben, aber dafür weniger Reibverluste. Und fertig ist das Verbrauchswunder. Vor allem wenn man den Motor im ECE Zyklus nicht ausdreht.
Das ist kein Widerspruch um der Diskussion die (sinnlose) Schärfe zu nehmen.
Was du jetzt vergisst ist der Fakt das es um MOTORLEISTUNG ging.
Das heißt das Grundsätzliche Problem war, das ein 500PS 2l Motor weniger "kraft" hat als ein 500PS 10l Motor.
die "PS" werden nach den Verlusten gemessen an der Kurbewelle, deshalb sind die Verluste für die die "Kraft" egal.
Klar sind die größeren Motoren wenn Leistung abgefragt wird effizenter bei der umwandlung der im sprit gebundene Energie, nur war das die die Frage.
Und hier kamm man jetzt auch sagen das der Turbogeladene Motor geringere Verlustleistungen hat als der Hochdrehzahlmotor, denn das Prinzip ist das selbe.
Aber um den Wirkungsgrad ging es beim "Kraftvergleich" nicht.
Zum LLK, wir nutzen immer noch Energie um Frischluft einfacher zuzuführen, die aus heißer Abgase entstehen.
Der LLK sorgt legentlich für eine abkühlung des Frischgases nach dem komprimieren, das dürfte am Prinzip nichts ändern, gebe aber zu das ich das bisher nicht nachgerechnet habe.
PS: Mist GaryK war schneller
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Zitat:
Dieser kann bei einem Ladedruck - der hypothetisch den Mitteldruck effektiv verdoppelt - die gleiche Drehzahl wie der große haben, aber dafür weniger Reibverluste.
.....und verschlechtert im selben Maße die Expansionszahl (die ja geometrisch festgelegt ist) und damit den Wirkungsgrad 😉
Rechens mal zu Ende durch. Du kannst dir beim Kolbenmotor nunmal das Expansionsverhältnis nicht aussuchen. Nicht umsonst ist ein leichter Drosselmotor (d.h. Füllung ca. 70 bis 80% der theoretischen 1 bar Füllung) der mit dem höchsten Wirkungsgrad.
Gruß SRAM
Vielleicht bin ich vom Kunstflug gerade noch etwas durcheinander - aber eine Verständnisfrage...
Ein Fülldruck des Saugers von 0.6 bar zum Zeitpunkt "Einlassventil zu" und 10:1 Verdichtung geht obenrum auf 6 bar und expandiert gegen 1 bar. Der Turbo möge 1.2 bar reindrücken, würde auf 12 bar verdichten (wenn der Kraftstoff es erlauben würde) und gegen 1 bar expandieren.
Wenn du bei doppeltem Fülldruck des Turbos zugleich die Verdichtung runternimmst um den Spitzendruck konstant zu halten verstehe ich den Einwand. Ansonsten klemmt grad was. Aber noch mal ein paar gerissene Rollen und Rückenflug hält mein Magen nicht aus 😉
Mal vereinfacht:
Sauger:
- Füllung 60% (= 0,6 bar rückgerechnet)
- Verdichtung geometrisch: 1:10, da adiabatisch wird das Gas heiß und dadurch ist der Enddruck nun höher als 6 bar (formel findest du überall, bin grad zu faul zum rechnen), sagen wir 10 bar.
- nun hauen wir nochmals Wärme durch Verbrennung rein, Druck steige dadurch auf 20 bar
- nun Entspannung mit Verhältnis 1:10 geometrisch und wir landen bei einem Auslaßdruck von 1,2 bar (das Gas wird ja gleichzeitig überproportional kälter wegen Arbeitsleistung)
Turbo:
- Füllung 120% (= 1,2 bar rückgerechnet)
- Verdichtung geometrisch: 1:10 geht jetzt nicht, das das Gas sonst zu heiß wird, also nur 1:8, da adiabatisch wird das Gas heiß und dadurch ist der Enddruck nun wieder höher als 6 bar, sagen wir wieder 10 bar.
- nun hauen wir nochmals Wärme durch Verbrennung rein, Druck steige dadurch auf 20 bar
- nun Entspannung mit Verhältnis 1:8 geometrisch und wir landen bei einem Auslaßdruck von deutlich über 2,2 bar. Es wird also spezifisch weniger Arbeitsleistung am Motor abgegeben. Da hilft auch nicht, daß die 2 bar in der Turbine des ATL noch weiter expandiert werden.
Und ein LLK verbessert zwar die Füllung und damit die Leistung, aber gleichzeitig wird unnötig Energie in Form von Wärme an die Umgebung abgegeben, die dann wieder durch Verbrennung zugeführt werden muß.
Frag dich einfach mal wieso eine GT nach dem verdichter KEINEN Kühler für die komprimierte Luft zur Brennkammer verwendet 😉
Gruß SRAM
Moment du rechnest nur mit der Geometrieschen Verdichtung, sehe ich das korrekt? Damit fehlt dir die dynamische Verdichtung, die ja der positive Unterschied beim Turbo ist.
Dazu kommt jetzt das die dynamische Verdichtung höher möglich ist als die geometrische ohne das es zu klopfen kommt.
Damit liegt die gesamte Verdichtung hinterher über dem Wert der Geometrisch machbar wäre.
Mit dem LLK hast du recht das ein Teil der Energie vernichtet wird, aber trotz LLK liegt der Wirkungsgrad noch über dem einen Fahrzeuges ohne Turbolader.
Zum GT: Ehrliche antwort? Weil VW Kosten sparen wollte und da das Fahrzeug ja den Turbolader wieder Massentauglich machen sollte, daher war es wichtig möglichst kein "Turbolag" zu haben.
Lag nicht zu verwechsel mit "loch" ...
Turbo Lag heißt verzögertes ansprechen auf Gasbefehle, da erst der LLK befüllt werden muss, bis die Mehrleistung am Motor erzeugt wird.
Turboloch hingegen ist einfach der Bereich wo der Turbolader einfach nicht genug Abgase bekommt um hochdrehen zu können.
Fahrzeuge ohne LLK gab es das letzte mal vor 30 Jahren, darmals aus kostengründen.
GT = Gasturbine.....
......ansonsten: Thermodynamik büffeln.
Gruß SRAM
Ok, bei reduzierter Verdichtung leuchtet es ein. Adiabate Zustandsänderungen nach der Poission'schen Gleichung sind bekannt. Frage ist nur, in welchem Verhältnis der Wirkungsgradgewinn durch geringere Reibung eines kleinen Motors durch Expansionsverlust durch geringere Kompression kompensiert wird. Angesichts des Downsizing-Trends ist die Vermutung "es lohnt sich trotzdem" valide.
Zitat:
Original geschrieben von Soxx83
... das in deiner Black Box kein Getriebe ist, sondern nur der Motor weißt Du also schon noch, oder.. also wieso sollte ich nicht sagen, das anschliesend noch die Achsübersetzung folgt..
Das bestätigt meine Vermutung, dass Du mein Gedankenexperiment tatsächlich nicht mal im Ansatz verstanden hast!
Zitat:
Original geschrieben von Rael_Imperial
In der einen Kiste sitzt der Actros-Motor und treibt direkt die Abtriebswelle an, in der anderen Kiste der M5-Motor mit einem einstufigen Getriebe mit der Untersetzung 4,33.
Zitat:
Original geschrieben von Rael_Imperial
Das bestätigt meine Vermutung, dass Du mein Gedankenexperiment tatsächlich nicht mal im Ansatz verstanden hast!
Du meinst also ich kann einen Actrosmotor nicht von einem M5 Motor mit einer einstufigen Untersetzung im Verhältnis 1:4,33 unterscheiden.
Sage mir eins, wie habe ich deine Werte verbessert ausgerechnet? Wieso kannst Du nicht normal auf meine Argumentation eingehen, sondern fägst gleich an zu pöbeln?
Das beste an der Sache ist jedoch, das das Experiment garnicht von Dir ist, sondern ich das genauso angedacht habe, und nun Du meinst das ich es nicht verstehe.
Ah, jetzt weiß ich, Du willst von den genauen Werten, die ich errechnet habe ablenken, weil es keine gute Grundlage für deine Argumentation und dein Verhalten mehr gibt.
Das ist schade, denn sonst hätte man das Experiment doch mal vertiefen können, z.B. 2oder3 Gänge ausrechnen können und deren mögliche Geschwindigkeitsbereiche oder so..
P.S. Du solltest an deinen Umgangsformen arbeiten, denn diese Beitragseite ohne Dich war wesentlich entspannter und interessanter.
Zitat:
Original geschrieben von Soxx83
damit wir über Fakten reden, denn das Prospekt mit der Kurve hatte ich die Tage schon in der Hand, und habe Dir gesagt, das deine Werte großzügig für den M5 gerechnet waren, aber es ja nur um den Zusammenhang geht und mich das nicht störe.
Da Du meinst, ich erzähle Schwachsinn und erfinde..
jetzt mal etwas genauer!
1.Wert 2750U/min 410Nm x 4,33..1775 ...dein Wert.. 1801
Wow, 1,5 % Abweichung. Welten 😁
Zitat:
2.Wert 4333U/min 460Nm x 4,33..1992 ... 2044
2,6 %
Zitat:
3.Wert 6062U/min 520Nm x 4,33..2252 ... 2252
4.Wert 7794U/min 440Nm x 4,33..1905 ... 1987
507 PS bei 7750 1/min (aus Deinem Beitrag entnommen) ergibt 459,3 Nm. Und selbst im Diagramm sind die 440 Nm deutlich erst bei 8000 1/min zu erkennen.
Zitat:
Die Actroswerte checke ich jetzt mal nicht, denn das ist nichtmehr wichtig, kannst Du ja machen
Nicht nötig, habe ich alle aus Deinem Beitrag entnommen.
Zitat:
aber merkst Du was???
auser im maximalen Drehmomentpunkt kommt der M5 selbst mit deiner Untersetzung nicht über 2000Nm..
3.Wert 6062U/min 520Nm x 4,33..
2252... 2252
Soso, nie über 2000 Nm, aha.......
2000 Nm /4,33 = 462 Nm. Drehzahlbereich 4300 bis 7700 1/min. /4,33 -> 993 bis 1778 1/min.
Du möchtest in der Tat ablenken nicht wahr..
Du solltest aber richtig lesen, und nicht so hastig Antworten, denn das ändert auch nix daran, das es bei dem Actros nicht um die 2000Nm geht, sondern um 2400Nm.
aber rechnen kannste.. nur den Weg findest du irgendwie nicht, wie Du anscheinent das Achsgetriebe mit dem Faktor 4,83 auch noch nicht gefunden hast, macht nämlich aus deinen 2,6%..
fette 11%..
..mal wieder..
Hoa!!
Zitat:
Original geschrieben von Soxx83
Du möchtest in der Tat ablenken nicht wahr..
Du solltest aber richtig lesen, und nicht so hastig Antworten, denn das ändert auch nix daran, das es bei dem Actros nicht um die 2000Nm geht, sondern um 2400Nm.
aber rechnen kannste.. nur den Weg findest du irgendwie nicht, wie Du anscheinent das Achsgetriebe mit dem Faktor 4,83 auch noch nicht gefunden hast, macht nämlich aus deinen 2,6%..
fette 11%..
..mal wieder..Hoa!!
Jetzt willst
DUmir auch noch Mathe-Nachhilfe geben???
2044 zu 1992 Nm: 2044/1992 = 1,026 -> +2,6 %
Mit Achsgetriebe 4,83: 9872,52 zu 9621,36 Nm: 9872,52/9621,36 = 1,026 -> +2,6 %
Auf die Idee, prozentuale Werte mit einem Achsübersetzungsverhältnis zu multiplizieren, kannst auch nur Du kommen.
Aber läster Du mal weiter über Ingenieure 😁