Probe Schmiedekolben

[Tyandriel]

ah, da war ja noch was...

der Mitteldruck ist die Grundlegende, nichtmechanische (ich nenns mal) "Sammelgröße" eines Motors, welche dessen Leistung bestimmt:

P=(peff*Vh*z*n)/1200

P = Motorleistung
peff = eff. Mitteldruck
Vh = Hubvolumen pro Zylinder
z = Anzahl Zylinder
n = Drehzahl

-- ich kürz jetzt mal ganz drastisch ab und lass sehr viel weg, es geht ja nur ums Prinzip. --

Im Motor gehts ja um den Gasdruck. Aber welchen Druck nimmt man nun ran, um irgendwas zu berechnen und damit dann was rauszufinden?

Bekannt: umso wärmer ein Gas (wie jeder Stoff*) desto mehr Volumen nimmt es ein. Jetzt ist Gas (im Gegensatz zu Flüssigkeit oder festen Stoffen) komprimierbar. Daraus folgt: erhitzt man Gas in einem festen Volumen, wird es komprimiert -> der Druck steigt.
Jetzt machen wirs ganz warm, z.B. durch die Verbrennung eines brennbaren Gemischs in einem (erstmal angenommen) festen, definierten Volumen, nämlich dem OT.

Im Motor nennt man den so entstehenden Druck den "indizierten Mitteldruck". Das ist derjenige welche im OT kurz nach Zündung, und damit auch der höchste. Da is der Kompressionsdruck allein Kindergarten dagegen.

Die Verbrennung passiert nun aber nicht in Nullzeit am OT und ist dann vorbei, sondern zieht sich (im Idealfall) von OT bis UT. Der Kolben wird vom indizierten Mitteldruck nach unten gedrückt. Und die ganze Zeit über wird weiterhin Energie freigesetzt durch die laufende Verbrennung.
Das Gas dehnt sich immer weiter aus, der Druck müsste steigen, aber der Kolben bewegt sich ja gleichzeitig nach unten. Der Druck ist nichtmehr gleich dem indizierten, sondern weniger. Und wird auch weniger, weil es immer weniger Gas gibt, das "brennt" und das Volumen nimmt immer mehr zu (Kolben geht ja runter).

Während des ganzen Taktes wurde aber thermische Arbeit in mechanische verwandelt. Leistung wurde erbracht. Und um diese zu berechnen, wird der "Durchschnittsmitteldruck" herangenommen -> das ist der effektive Mitteldruck.

Der indizierten Mitteldruck ist übrigens der entscheidende Faktor für die Motorfestigkeit.

Die Drücke selbst sind von mehreren Faktoren abhängig:
Anfangsdruck (Kompression), Hubvolumen pro Zylinder, Lambda, Treibstoffart und -menge, anfängliche Gemischtemperatur, ... weiß net, hab bestimmt was vergessen.



*jaaa, Wasser mal ausgenommen

edit:
äh, was vergessen: es heisst "Mittel"druck, weil der Druck über alle Zylinder gemittelt wird. Die Zylinder sind von den Amaßen her ja nie zu 100% identisch und dicht. Solange es theoretisch bleibt unwichtig.

edit II:
Bild zur Veranschaulichung, Powerpoint 2010 macht sogar richtig Spaß Dargestellt ist ein vereinfachter/idealer Otto-Prozess ohne Aufladung, und davon nur die Takte 2 und 3.
y-Achse ist Druck p im Arbeitsvolumen v, welches auf der x-Achse aufgetragen ist.



Linie 1-2 ist der zweite Takt, Verdichten. Es entsteht der Kompressionsdruck p_komp
Linie 2-3-4 ist der 3. Takt, Zünden. Dabei ist 2-3 der kurze Moment der Zündung selbst, es entsteht der indizierte Mitteldruck p_init (hab mich verschrieben -.-) und 3-4 geht der Kolben dann von OT nach UT.
Linie 4-1 ist der Moment, in dem die Auslassventile öffnen und der Druck wieder abfällt.

Beim Turbomotor liegt Punkt 1 höher, also bei mehr Druck, als beim Sauger. Daher und zusammen mit der höheren Gemischmenge entsteht die Mehrleistung vom Turbomotor. Der Anfangsdruck ist höher und die Linie 2-3 ist beim Turbo länger/höher als beim Sauger.

Die Fläche zwischen den vier Linien ist die Arbeit, die der Prozess leistet. Umso größer diese Fläche, desto mehr Leistung hat der Motor. Also ist alles, was diese Fläche vergrößert, Leistungssteigerung.