Wirkungsgrad Verdichtungsverhältnis Liefergrad Lehrveranstaltung Kraftfahrzeugtechnik Institut für Arbeitslehre / Technik Stefanie Meistring & Martin Rempke

Der Wirkungsgrad

Definition des Wirkungsgrades Der Wirkungsgrad ist allgemein das Verhältnis von Nutzen zu Aufwand, bei einer Maschine beispielsweise das Verhältnis von abgegebener zu zugeführter Leistung. Der Wirkungsgrad wird mit η (Eta) bezeichnet und hat einen Wert zwischen 0 und kleiner 1 oder in Prozent ausgedrückt, zwischen 0 und weniger als 100.

Definition des Wirkungsgrades Pab = abgegebene Leistung (mechanisch oder elektrisch) Pauf = aufgenommene Leistung (mechanisch oder elektrisch) Die ungenutzte Energie wird umgangssprachlich auch als Energieverlust bezeichnet.

Definition des Wirkungsgrades Der theoretisch mögliche Wert von 1 bzw. 100 % kann in der Praxis nicht erreicht werden, weil bei allen Vorgängen Energie durch Wärme oder Reibung in thermische Energie umgewandelt wird. Ein Wirkungsgrad größer als 1 entspräche einem Perpetuum Mobile erster Art, was gegen den Energieerhaltungssatz verstoßen würde.

Beispiele für Wirkungsgrade Dieselmotor: Aufgewandte Energie : chemisch Nutzenergie : mechanisch Wirkungsgrad / % : Nebenbrennraum 15-40 Direkteinspritzer bis 45 Ottomotor: Wirkungsgrad / % : indirekte Einspritzung 25 - 35 Direkteinspritzung bis 37

Beispiele für Wirkungsgrade Elektromotor Aufgewandte Energie : elektrisch Nutzenergie : mechanisch Wirkungsgrad / % : 20-99,5 Brennstoffzelle Aufgewandte Energie : chemisch Nutzenergie : elektrisch Wirkungsgrad / % : 20-70

Pi Indizierte Leistung Pzu Zugeführte Leistung Pe Effektive Leistung Pab Abgeführte Leistung Eta =>Wirkungsgrad

Das Verdichtungsverhältnis

Definition Verdichtungsverhältnis Das Verdichtungsverhältnis ist das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung (Hubraum + Verdichtungsraum) zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung (Verdichtungsraum).

Vh + Vc = Vc Vh Vc = - 1 Vh = Vc · ( - 1) Vh Hubraum eines Zylinders Vc Verdichtungsraum eines Zylinders Verdichtungsverhältnis

Das Verdichtungsverhältnis kann erhöht werden durch ... Werkstoffabnahme am Zylinderkopf (Planen), dünnere Kopfdichtung, mehr Kompressionshöhe am Kolben, längere Pleuelstangen.

s Hub  neu Verdichtung (neu) h Höhendifferenz  alt Verdichtung (alt)

Der Liefergrad

Definition des Liefergrades Der Liefergrad ist bei einem Verbrennungsmotor der Art Hubkolbenmotor das Verhältnis von tatsächlicher Frischladung zu theoretisch möglicher Frischladung bei gegebenem Hubraum.

Liefergrad bei Otto Motoren Bei einem konventionellen Ottomotor wird frische Luft angesaugt. Im Saugrohr wird der angesaugten Luft Benzin beigemischt. Dieses Gemisch wird vom Kolben durch das Einlassventil oder die Einlassventile in den Brennraum angesogen. Wenn der Vorgang unendlich langsam stattfände, würde genau soviel Gemisch angesaugt, wie Brennraum und Hubraum Volumen haben. Weil ein Otto-Motor aber mit Drehzahlen von ca. 600 bis 17000 U/min läuft, bleibt sehr wenig Zeit für den Einströmvorgang. Die Folge ist, dass nicht so viel Gemisch in den Zylinder strömen kann, wie möglich wäre. Die Zylinderladung ist jedoch maßgeblich für das Drehmoment und damit indirekt auch für die Leistung des Motors. Ein Motor mit hohem Liefergrad hat folglich eine hohe hubraumspezifische Leistung.

Liefergrad bei Otto Motoren Der Liefergrad für einen Ottomotor ist definiert:

Liefergrad bei Dieselmotoren Bei einem Dieselmotor strömt nur Frischluft in den Brennraum. Der Diesel wird erst nach Abschluss des Ansaugtakts während des Kompressionstakts eingespritzt und hat damit keinen Einfluss auf den Liefergrad. Für einen Dieselmotor gilt dasselbe wie für einen Ottomotor. Um viel Drehmoment zu entwickeln, muss im Brennraum viel Luft vorhanden sein, damit viel Kraftstoff ausreichend Luftsauerstoff zur Verbrennung zur Verfügung hat.

Liefergrad bei Dieselmotoren Der Liefergrad für einen Dieselmotor ist definiert:

Es gibt viele Möglichkeiten den Liefergrad zu erhöhen: Mehr Einlassventile geben mehr Strömungsquerschnitt frei (Dreiventil-, Vierventil-, Fünfventiltechnik) Mit einem Schaltsaugrohr kann die Gasdynamik im Ansaugbereich positiv beeinflusst werden, so dass bei öffnendem Einlassventil die Ansaugluftströmung schon in Richtung Brennraum verläuft Mit einer Motoraufladung (Turbolader, Kompressor) wird der Druck des Frischgases erhöht, dadurch erhöht sich die Strömungsgeschwindigkeit in den Brennraum Ladeluftkühlung kühlt das Frischgas, das dadurch an Volumen abnimmt, so dass bei gleichem angesaugten Volumen mehr Masse angesaugt wird Gemischkühlung durch Lachgaseinspritzung oder flüssigen Wasserstoff; durch die Phasenumwandlung dieser Gase, die flüssig eingespritzt werden, wird das Gemisch gekühlt, das Volumen nimmt ab, die Massenkonzentration nimmt zu

Berechnung des Liefergrades mzu Zugeführte Luftmasse Liefergrad  L mth Theor. benötigte Luftmasse

Quellen: www.wikipedia .de www.reisner-gmbh.de www.kfztech.de http://www.ie.ruhr-uni-bochum.de/ Gemeinschaftlabor/VersuchH_Verbrennungsmotor.pdf. www.kfz-tech.de