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Wie viel Luft verbraucht (m)ein Motor?
Liebe Freunde,
Ich habe mir letzthin mal überlegt, wie viel Luft eigentlich ein Motor so verbraucht/verbrennt.
Dabei bin ich auf zwei Ansätze gestossen, die aber sehr unterschiedliche Werte ergeben.
Könnt ihr mir hier mal weiterhelfen und den Knopf in meinem Kopf lösen?
Also ganz konkrete Werte:
Motor: 4-Takt, 4-Zylinder mit 1261ccm
Fahrstrecke: 210km
Benzinverbrauch (laut Zapfsäule): 11.35 Liter
Mittlere Drehzahl: 2500U/min
Fahrzeit: 4 Stunden.
Nun habe ich einmal mit dem Verbrennungsluftverhältnis gerechnet:
1kg Benzin braucht bei Lambda=1 stöchiometrisch gerechnet 14.7kg Luft zur Verbrennung.
Benzin hat eine Dichte von 0.75kg/l, also sind die Verbrannten 11.35 Liter = 8.5125kg
Diese 8.5125kg haben also 125.13375 kg Luft benötigt, um verbrannt zu werden.
Luft hat eine Dichte von 1.224 kg/m3 bei 20°C (was es auch etwa war).
Die 125.13375kg Luft würden also 102.233m3 oder 102'233 Litern entsprechend.
Wenn ich aber mit dem Hubraum und der Drehzahl rechne:
4 Stunden = 240 Minuten * 2500 U/min = 600'000 U der Kurbelwelle.
Weil 4 Takt: Geteilt durch 2. Also 300'000 mal den Motor komplett geflutet.
300'000 x 1261ccm = 378'300 Liter.
Wäre es eine Abweichung von von mir aus 25% oder so würde ich sagen okay, was solls.
Aber hier geht es um den Faktor 3!
Das Benzin läuft ja nicht unverbrannt hinten aus dem Auspuff, also muss es vollständig verbrannt worden sein und die Menge Sauerstoff und somit die Menge Luft, die dazu nötig ist, kann man berechnen (eben 14.7kg Luft/kg Benzin). Und andererseits hat der Motor auch so oft gedreht, wie er halt gedreht hat und wurde auch so oft geflutet. Auch das lässt sich nicht wegdiskutieren.
Ich wäre froh, wenn mir jemand erklären könnte, warum es zu so einem grossen Unterschied in den beiden Rechnungen kommt, resp. wie es denn richtig wäre.
Vielen Dank und Gruss
Christoph
Beste Antwort im Thema
Quatsch, ist doch ganz einfach: Deine Überlegung mit dem Hubraum basiert auf der Annahme, dass die Zylinder jeweils komplett mit Luft bei Umgebungsdruck (also ohne Aufladung) gefüllt werden. Das würde aber bedeuten, dass der Motor permanent auf Volllast laufen würde (Drosselklappe komplett geöffnet). Das wird bei einer Durchschnittsgeschwindigkeit von 52,5 km/h sicherlich nicht der Fall sein.
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61 Antworten
Die Berechnung nach Hubraum/Drehzahl kannst so komplett knicken.
Und das nach Lambdaverhältniss ist im Prinzip recht genau weil es eben einfach aussagt, das du für Benzinmenge x Luftmenge y brauchst, fertig.
Dabei wird halt in keiner Form berücksichtigt was für einen Motor du da wie betreibst, da Verluste gleich welcher Form nicht mit einbezogen werden - somit ein rein theoretischer Wert.
Du könntest jetzt mit deinem Auto 10kg Sprit (ca 13l) verfahren und dann annehmen, es hätte dabei 147kg Luft benötigt, aber das ist dann nur sehr näherungsweise.
Ich würde nicht genauer/ungenauer sagen.
Aber eben einfacher und daher weniger fehleranfällig.
Zitat:
@MrFleetwood schrieb am 12. April 2020 um 01:29:48 Uhr:
Das Luft/Benzinverhältniss ist schon klar, aber hierbei wird halt von einem labormäßigem Gasgemisch (Luft) ausgegangen und vollständiger Kraftstoffverbrennung - beides schon mal praktisch nicht gegeben.
Die tatsächliche Zusammensetzung von Luft ist schon hinreichend genau bekannt. Und der Anteil, der nicht zu H2O und CO2 verbrennt (also die restlichen Schadstoffe) liegen irgendwo im Promille-Bereich.
Zitat:
Und am schwerwiegensten bleibt die - auch von Anderen erkannte- nicht vollständige Zylinderfüllung.
Es wird bei der Berechnung simpel der Hubraum - Achtung, Steuerhubraum und geometrischer Hubraum sind auch schon wieder unterschiedlich :-) - und die Drehzahl angesetzt, dazu die Drehzahl noch als Konstante.
Im Prinzip müsste auch der Luftdruck Beachtung finden, da das Gewicht der Luft, bzw deren Masse vom Druck abhängt.
Das ist keine Berechnung sondern eine äußerst wage Schätzung Aufgrund fehlerhafter Daten.
Die Methode ist immerhin genau genug, um in Motorsteuerungen Anwendung zu finden - von mir vor vielen Jahren mal für einen Hersteller umgesetzt.
Zitat:
Welche Drücke im Zylinder herrschen? Über den MAP Sensor weiß man, das die so um 03-0,9bar liegen, also selbst bei hoher Last/geöffneter Drosselklappe hast nicht den Umgebungsdruck und somit nicht ansatzweise den geometrischen Hubraum an Luft im Zylinder, dazu noch Restgase...
Restgase werden im Modell selbstverständlich berücksichtigt.
Zitat:
@Rael_Imperial schrieb am 12. April 2020 um 11:42:18 Uhr:
Zitat:
Und am schwerwiegensten bleibt die - auch von Anderen erkannte- nicht vollständige Zylinderfüllung.
Es wird bei der Berechnung simpel der Hubraum - Achtung, Steuerhubraum und geometrischer Hubraum sind auch schon wieder unterschiedlich :-) - und die Drehzahl angesetzt, dazu die Drehzahl noch als Konstante.
Im Prinzip müsste auch der Luftdruck Beachtung finden, da das Gewicht der Luft, bzw deren Masse vom Druck abhängt.
Das ist keine Berechnung sondern eine äußerst wage Schätzung Aufgrund fehlerhafter Daten.
Die Methode ist immerhin genau genug, um in Motorsteuerungen Anwendung zu finden - von mir vor vielen Jahren mal für einen Hersteller umgesetzt.
Ja, mit genauer Kenntnis der Geometrie des Motors.
Mit Informationen zum optionalen Turbo.
Mit riesigen Daten in Kennfeldern.
Aber mach das mal in einer schnellen Berechnung so nebenbei.
PS. Autokorrektur hat zugeschlagen.
Es sollte den optionalen und nicht der optimale Turbo sein.
Im Prinzip hast Du natürlich Recht. Aber der TE hat (unbewusst) eine überschlägige Rechnung zur Volllast gemacht, mit der sichtbar wird, dass die andere Rechnung über die Kraftstoffmasse und Lambda plausibel ist. Also funktioniert auch die schnelle Rechnung nebenbei!
@rchr
Lern nochmal die Funktion der Drosselklappe. Und den Unterschied zwischen Teillast und Vollast eines Motors bei einer spezifischen Drehzahl.
@Grasoman
Das lief jetzt nach dem Motto: Man lese den ersten Beitrag, ignoriere den Rest und haue dann ein Bashing gegen den Fragesteller raus im Sinne von "Du hast nichts begriffen - lern es halt gefälligst!"
Ja, das nennt man dann wohl konstruktive und aufbauende Unterstützung :rolleyes:
Ich glaube nicht, dass das im Sinne des Erfinders ist, denn wenn die Antwort nur lautet "geh halt lernen" (und schau selbst, wo du welche Erklärung her bekommst und wie du daraus schlau wirst) ist das Forum per Definition überflüssig.
Allen anderen, die mein Anliegen ernst genommen und mit Fach- und Sachkunde abschliessend erklärt haben, sei hier ein grosses, herzliches Dankeschön ausgesprochen!
Ach wenn ihr wüsstet, aus welcher Schnapsidee diese Frage überhaupt entstanden ist.... :D
Liebe Grüsse und frohe Ostern
Christoph
Zitat:
Nun habe ich einmal mit dem Verbrennungsluftverhältnis gerechnet:
1kg Benzin braucht bei Lambda=1 stöchiometrisch gerechnet 14.7kg Luft zur Verbrennung.
100% Lamda 1 wird kein Motor auf Dauer laufen daher ist der Denkansatz falsch. In der Realität schwanken die werte.
Zitat:
Wenn ich aber mit dem Hubraum und der Drehzahl rechne:
Man nicht damit rechnen dass 100% des Zylindervolumens auch genutzt werden, da hat die Nockenwelle und auch der Zylinderkopf Kanal ein wort mitzureden. Dazu haben wir ja auch noch eine Drosselklappe die bei Teillast nicht vollständig geöffnet ist.
Zitat:
wie es denn richtig wäre.
Richtiger Ansatz wäre über einen Luftmassenmesser die Werte abzulesen.
Eine 2te variante wäre möglich wenn man wüsste welche Leistung der Motor bei 2500rpm bringt.
@Anarchie-99
Ich hatte oben ja schon geschrieben, dass ich mir bewusst bin, dass das keine Messung sondern nur eine allergröbste Schätzung ist. Meine Frage war eigentlich, warum gibt die Berechnung nach Drehzahl andere Werte als die Berechnung nach Verbrauch und das wurde beantwortet (weil der Motor halt nicht den vollen Hubraum an Luft ansaugt).
Dass man es Messen muss, wenn man es genau wissen will, ist mir auch klar. Die Fragestellung entstand aus einer doofen Idee beim Benzingespräch zwischen zwei Kollegen. Mehr nicht.
Falls es dich aber interessiert: Die Leistung bei 2500 rpm ist 32 hp net. nach SAE.
Gruss
Christoph
Zitat:
@Anarchie-99 schrieb am 12. April 2020 um 13:17:16 Uhr:
...
Zitat:
wie es denn richtig wäre.
Richtiger Ansatz wäre über einen Luftmassenmesser die Werte abzulesen.
Eine 2te variante wäre möglich wenn man wüsste welche Leistung der Motor bei 2500rpm bringt.
Stimmt den LMM hatten wir noch nicht. Das ist in dem Sinn aber keine Berechnung.
Die Leistung des Motors bei einer bestimmten Drehzahl ist ja auch von Volllast/Teillast abhängig.
Und das Thema hatten wir auch schon. Bis hin zu vielen Daten in Kennfeldern.
Zitat:
Eine 2te variante wäre möglich wenn man wüsste welche Leistung der Motor bei 2500rpm bringt.
Das würde jetzt aber auch nicht weiterhelfen.
Lass ihn, gehe mal von einem Saugmotor aus, da max. zw. 35 und 40 PS leisten.
Aber bei einer Durchnittsgeschw. (über Land) von etwas über 50km/h werden davon im Schnitt vielleicht 8 bis 10PS abgerufen.
Also wenn schon über die Leistung, dann jene, die auch genutzt wird und nicht jene, die bei 2500rpm max. zur Verfügung steht.
Zitat:
@Anarchie-99 schrieb am 12. April 2020 um 13:17:16 Uhr:
Zitat:
Nun habe ich einmal mit dem Verbrennungsluftverhältnis gerechnet:
1kg Benzin braucht bei Lambda=1 stöchiometrisch gerechnet 14.7kg Luft zur Verbrennung.
100% Lamda 1 wird kein Motor auf Dauer laufen daher ist der Denkansatz falsch. In der Realität schwanken die werte.
Nö - der Denkansatz ist von allen eigentlich der geschickteste.
Sofern er nicht dauernd im Kaltstartkennfeld läuft weil das Thermostat hin ist oder dauervollgas mit Anreicherung auf lambda~0.8 ist der Lambdawert sehr, sehr genau. Er mag momentan mal auf 0.95 oder auf 1.05 rauf oder runter gehen (kurzer Klopfer, starke Gasänderung, etc.) aber die Lambdaregelung regelt ja nicht nur 'P' sondern auch 'I' - nutzt somit das Cer(IV)-oxid im Katalysator. Das heisst, dass im zeitlichen Mittel der Wert verdammt gut getroffen wird. Das ist ja gerade der Witz daran!!!
Zitat:
Eine 2te variante wäre möglich wenn man wüsste welche Leistung der Motor bei 2500rpm bringt
Niemals, denn diese Leistung schwankt extrem. 2500rpm den Berg runter und 2500rpm den Berg rauf ist eben was anderes.....
Das geht nur wenn du wieder den MAP Sensor mit rein nimmst und über den Unterdruck die Last "bestimmst". Diese Open-loop Geschichten bringen gar nichts wenn du nicht die ganzen Tensoren mit ihren tausenden von Werten hast mitsamt einer schnellen Abtastung der Sensordaten
Ja, man dreht sich im Kreis :-)
Die näherungsweise Berechung über 14,7:1 ist schon gefunden, alles Andere bringt nur wieder Fantasiewerte. Diverse, nicht sicher bekannte Werte müssten verknüpft werden um ein Ergebnis zu erlangen das nicht stimmen muss ohne es nachprüfen zu können.
Zumal- wie will man über die Leistung, die ein Motor bei 2500U/min bringt, den Luftverbrauch errechnen? Am Ende doch nur wieder über den Treibstoffverbrauch, mit dem Nachteil das Ergebnis durch Wirkungsgrad, Verluste hier und da usw noch zu verwässern.
Denn nur weil ein Motor bei Drehzahl x die Leitung y produziert, bedeutet das ja noch lange nicht, das er dabei Treibstoffmenge z und somit Luftmenge L verbraucht....