Warum der effizienteste Bereich bei dieser Drehzahl liegt?

folatciel (33)in #technik • 6 years ago (edited)

In einem Motor spielen bei der Effizienz mehrere Faktoren eine Rolle. Die Kombination aller Faktoren ergeben den effizienten Bereich. Die Reibung hat einen großen Einfluss und je öfter der Kolben sich hoch und runter bewegt, desto mehr Weg legt er zurück und desto mehr Energie ist dafür nötig (KraftWeg = Arbeit → Fs = Ws). Bei steigender Drehzahl erhöht sich somit auch die Reibung.
Auch die Strömung hat einen Einfluss, da die ein und Auslässe nicht auf alle Lastzustände optimiert werden können ist sie nur an wenigen Lastpunkten sehr gut, an denen der Zylinder einen guten Füllungs- und Entleerungsgrad erreicht. Je besser die Abgase durch Frischluft ersetzt werden desto mehr Drehmoment wird bei einem Verbrennungsvorgang generiert und desto seltener muss der Kolben für eine Energieeinheit hoch und runter fahren.
Ein weiterer Faktor ist die Thermodynamik, bei geringer Drehzahl wird ein größerer Teil der Wärme des verbrannten Kraftstoffes an den gekühlten Zylinderwänden abgeleitet und verringert dadurch den Druck im Kolben zusätzlich. Das wiederum verringert die Kraft auf den Kolben und damit das erzeugte Drehmoment.
Die Auslegung des Motors spielt hier eine große Rolle. Ein Zylinder hat immer einen Durchmesser und eine Höhe. Diese werden als Bohrung und Hub bezeichnet. Ist der Durchmesser größer als der Hub, ist der Motor (ohne Turboaufladung) tendenziell drehwillig und seine effizienteste Drehzahl liegt näher an den 3500 Umdrehungen pro Minute. Ist der Hub größer als der Durchmesser (ohne Turboaufladung) liegt die effizienteste Drehzahl näher an den 1500 Umdrehungen.
Im Zuge des „Downsizing“ (Verkleinerung des Hubraums) sind inzwischen Motoren mit Turboaufladung die Regel. Turbomotoren haben generell einen geringeren Hub (Zylinderhöhe), wodurch sie einen Teil des Verdichtungsvorgangs in den Turbolader auslagern. Das hat den Vorteil, dass der Hub und damit auch der Hubraum verringert werden kann. Neben steuerlichen Vorteilen bietet das auch einen besseren Füllungsgrad des Kolbens mit Frischluft bei geringer Drehzahl, da der Turbolader für einen gleichmäßigen Druck der Frischluft sorgt. Normalerweise führt ein Turbolader zu einer Leistungssteigerung im Vergleich zu einem Motor ohne Turbolader mit gleichem Hubraum. Zudem verschiebt sich der effiziente Bereich in niedrigere Drehzahlen.