ansaugweg - drehmoment

Diskutiere ansaugweg - drehmoment im Technische Erklärungen Forum im Bereich Technik; hallo leute.... mich interessiert der zusammenhang zwischen langen/kurzen ansaugwegen (wie kommen die zustande etc) und dem drehmoment sowie der...

  1. #1 Nightvision, 07.08.2003
    Nightvision

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    hallo leute....
    mich interessiert der zusammenhang zwischen langen/kurzen ansaugwegen (wie kommen die zustande etc) und dem drehmoment sowie der drehzahl.
    wie verhält sich das ganze?`
    wie ist ein typischer benziner ausgelegt? wie ein cdi?
     
  2. tomS

    tomS Crack

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    keinen mercedes ;-/
    @Nightvision

    Da so ein Kolbenmotor eine periodisch arbeitende Maschine ist, Luft nur phasenweise und ruckartig ansaugt (und ausstößt), wird die Luftsäule (in den Ansaugwegen) immer wieder beschleunigt (angesaugt) und abgebremst (prallt gegen das schließende Einlaß-Ventil).
    Damit muß man auch die Eigendynamik der Luftsäule berücksichtigen, ihre Masse und ihr Strömungswiderstand.
    Ganz grob: eine lange Luftsäule ist gut bei niedrigen Drehzahlen, einmal in Bewegung gebracht, schiebt sie sich von selbst in den Zylinder hinein (hat auch Zeit dazu).
    Hohe Drehzahlen brauchen kurze Ansaugwege (wenig Reibung, schnelle Reaktion der Luftsäule).

    Der Benziner braucht ein genau abgestimmtes Benzin/Luftgemisch, sonst zündet es nicht. Da muß man also sorgfältig konstruieren um optimale Füllung über einen großen Drehzahlbereich zu erhalten. Mittlerweile gibt es auch verstellbare Rohre oder Umschalter zwischen verschieden langen.

    Beim CDI ist sowieso noch ein Turbo dabei, der die Luft mit Überdruck in den Zylinder preßt. Außerdem sind Diesel unkritisch gegenüber der Luftmenge, es zündet immer. Ansaugwege hier relativ wurscht.

    MfG

    Thomas
     
  3. #3 Matthias, 07.08.2003
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    Hi,

    @nightvision:
    ein typischer MB-Benziner (M112 V6/ 113 V8) hat Schaltsaugrohre :rolleyes: .

    Wenn ich mich nicht irre, haben alle aufgeladenen MB-Motoren (M271neue 4-Zyl., M275V12-Biturbo, M285V12-Biturbo, M113.99x V8-Kompressor, M112.96x V6 Kompressor, CDIs) feste Ansaugweglängen und keine Schaltsaugrohre.
     
  4. #4 Otfried, 10.08.2003
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    Hallo Nightvision,

    das Thema, welches Du ansprichst muß in mehre Punkte unterteilt werden, da die Ansaugwege alleine nicht für Drehzahl und Drehmoment verantwortlich sind.
    Die Erklärung von Thomas hat schon einen wichtigen teil angesprochen, den Gaswechsel, auf welchen ich noch einmal eingehen möchte.

    Alle Erklärungen richten sich momentan auf Motoren mit Zündkerzenzündung, welche ein zündfähiges Gemisch „ansaugen“ i.e. damit befüllt werden, also das, was als „Saugmotor“ bezeichnet wird. In wieweit die Gemischbildung hier nun über Vergaser- oder Einspritzung erfolgt lasse ich ebenso wie das Abgas außer Acht.

    Beginnen möchte ich jedoch mit der Erklärung des Drehmoments i.e. der Motorleistung.

    Grundsätzlich ist die Motorleistung {kw/PS} ein Produkt aus Drehmoment und Drehzahl.

    Das Drehmoment ist die Kraft {F}, mit welcher sich der Verbrennungsdruck auf die Pleuelstange auswirkt und schließlich die Kurbelwelle in Drehbewegung versetzt. Die Maßeinheit für diese Kraft ist Newton {N}. Für die Größenzahl des auf diese Weise erzeugten Drehmoments ist die Länge des Hebelarmes {L}, gemessen in Metern, zwischen der Kurbelwellenachse und dem Kurbelzapfen entscheidend. Grob gesagt entspricht diese Zahl dem „Hub" des Motors. Das Drehmoment {M} selbst ist also ein Produkt aus der ausgeübten Kraft und der Länge dieses Hebelarmes, daher wird die Maßeinheit Newtonmeter genannt.

    Wie wir sehen, stellt der Verbrennungsdruck auf den Kolben einen entschiedenen Faktor dar. Nun greife ich auf die schon gegeben Erklärung der Luftsäulen zurück. Wie beschrieben ist ein Kolbenmotor eine periodisch arbeitende Maschine, welche über Luft Ein- und Auslässe – ich bleibe hier beim Viertaktmotor – also über Ventile gesteuert wird.

    Für ein gutes Ansprechverhalten – Drehmoment – im unteren Drehzahlbereich, d.h. beim anfahren und „normalem“ fahren ist nun eine „lange“ Luftsäule und kleiner Einlassventildurchmesser/Ventilhubhöhe sehr vorteilhaft, nötig. Aus diesem Grund waren bis etwa Mitte der 80iger Jahre der Großteil der PKW Motoren nach diesem System aufgebaut. Erst die voranschreitende Motorelektronik ermöglichte Kompromisslösungen, welche die Problematik lösen konnten.
    Hier bot sich einmal der variable Ventilhub an, welcher über eine verstellbare, d.h. Drehzahlabhängig gesteuerte Einlassnockenwelle gesteuert wird. Dieses System bietet jedoch keine Veränderung der anliegenden Luftsäulen. Daimler Benz führte die verstellbare Einlassnockenwelle mit dem M 104 ein, welcher jedoch immer als Durchzugsschwach gegenüber seinem „Halbbruder“ M 103 galt. Erst bei hohen Drehzahlen, war er Aufgrund seines bessern „Luftwechsels“ agiler.
    Da mit dem Wechsel der Doppelnockenwellenmotoren der Baureihen M 104/M 119 auf die Motoren der Baureihen M 112/113 die Einlaß- und Auslassnockenwelle wegfiel und die Motoren nur noch eine Nockenwelle je Zylinderbank aufweisen, wurde die Länge der „Luftsäule“ und damit der optimale Drehmomentverlauf durch verstellbare Saugrohre verändert. Hierbei verschieben sich über Unterdruck gesteuerte Klappen im „V“ der Motoren und verkürzen ab einer Drehzahl von 3.500 - 3.700 U7min die Länge der Saugrohre, d.h. es wird von „langen“ auf „kurze“ Saugrohre umgeschaltet.

    Wichtig ist hierbei immer der optimale Lastwechsel des Motors, weswegen bei zunehmender Motordrehzahl die Ansaugrohre immer kürzer werden.

    Da in dem Drehmoment jedoch auch die Hublänge ein Faktor darstellt, bekommen die Motorenhersteller das Problem mit der Kolbengeschwindigkeit. Bei hohen Kolbengeschwindigkeiten ist der Verschleiß {Kolbenringe/Kolbenlaufbahnen} als auch die Belastung des Motoröles ungleich höher, weswegen hier der Hub reduzier wird: Wir müssen also das Verhältnis Bohrung/Hub beachten und wie der Motor ausgelegt ist. Hier möchte ich als Beispiel einmal 3 Saugmotoren der 3.2 Liter Klasse aufführen:
    Ich beginne mit dem aktuellen und bekannten M 112.949 {M 112 E 32}E 320.
    Hier handelt es sich um einen V 6-90° mit 3 Ventilen je Zylinder und variablen Ansaugrohren.
    Bohrung: 89.9 mm; Hub: 84.0 mm; Hubraum 3.199 cm³; Verdichtung: 10.0:1
    Bei 5.600 U/min leistet dieser Motor 224 PS und bietet ein maximales Drehmoment von 315 Nm bei 3.000 U/min. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nennleistungsdrehzahl beträgt 15.68 m/s.

    Nun der M 103.980 3.2
    [​IMG]
    Hier handelt es sich um einen „Tuner-Motor“ auf Basis des bekannten „300 E“.
    Ein Reihensechszylinder mit vergrößerten Lufteinlässen, polierten Ein- und Auslasskanälen, vergrößerter Ventilhub, jedoch „starrer“ Motorgeometrie.
    Bohrung: 90.0 mm; Hub: 84.0 mm; Hubraum 3.205 cm³; Verdichtung: 10.0:1
    Bei 5.750 U/min leistet dieser Motor 245 PS und bietet ein maximales Drehmoment von 324 Nm, allerdings erst bei 4.500 U/min. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nennleistungsdrehzahl beträgt 16.10 m/s.

    Der F 105 C
    [​IMG]
    Hier handelt es sich um einen hochdrehenden auf Leistung ausgelegten Motor in starrem mechanischen Aufbau. Um die bewegten masse je Zylindereinheit klein zu halten ist er in 8 Zylinder V-90° Bauart ausgelegt.
    Bohrung: 83.0 mm; Hub: 73.6 mm; Hubraum 3.185 cm³; Verdichtung: 9.8:1
    Bei 7.000 U/min leistet dieser Motor 270 PS und bietet ein maximales Drehmoment von 304 Nm bei 5.500 U/min. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nennleistungsdrehzahl beträgt 17,17 m/s.

    Anhand dieses Beispiels erkennen wir schon das verschieben des Drehmomentes und der Nennleistung zu höheren Drehzahlen mit zunehmender Veränderung des Motoraufbaues in Bezug auf Luftzufuhr und Abgasabführung.


    Anzumerken bliebe noch die Lösung, die Saugrohre elektrisch verstellbar zu gestalten:
     
  5. #5 Otfried, 10.08.2003
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    Aus diesem Grund ist es schwierig, einen typischen Saugbenzinmotor zu charakterisieren.
    Ich möchte einmal hier einige Beispiele aufführen, welche genau Hubraumgleich sind und noch ohne Technik auskommen. Hier erkennt man am besten die Auslegung:
    Zu seiner Zeit der Luxusmotor für den „Chauffeurswagen“: Der M 188.920
    Dieser Motor wurde in Limousinen, Coupésund Roadstern eingebaut. Bohrung: 85.0 mm; Hub: 88.0 mm, Hubraum 2.996 cm³, Verdichtung 7.8:1. Gemischbildung durch 3 Solex 40 PBJC Fallstromvergaser. 150 PS/5.000 U/min – 235 Nm/3.800 U/min. Dieser Motor verfügte über lange Ansaugrohre und wurde nach oben hin zäh im Drehen. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl betrug 14.66 m/s.

    [​IMG]
    M 198.980 {M 198 DE 30}

    Zu selben Zeit baute Daimler Benz den sehr ähnlichen M 198.980, welcher mit Sportnockenwelle ein reiner Sportmotor war.
    Bohrung: 85.0 mm; Hub: 88.0 mm, Hubraum 2.996 cm³, Verdichtung 8.55:1. Gemischbildung durch direkte Boschbenzineinspritzung. 240 PS/6.100 U/min – 300 Nm/4.800 U/min. Hier wurde mit langen Ventilöffnungszeiten, frühem Zündzeitpunkt und geraden saugrohren wie bei den Formel 1-/Sportwagenmotoren gearbeitet. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl betrug 17.90 m/s.

    Andere Hersteller gingen auf Sicher, reduzierten die bewegten Massen und bauten Motoren mit einem kürzeren Hub. Die Gemischbildung hatte damals keine Ansaugrohre. Die anliegende Luftsäule wurde somit gering gehalten.

    [​IMG]
    Tipo 128 – „die“ Legende!
    Etwa bei zur gleichen Zeit gebauten Tipo 128 – hier leider ein 128 F von 1961:
    Bohrung: 73.0 mm; Hub: 58.8 mm, Hubraum 2.953 cm³, Verdichtung 9 ½:1. Gemischbildung durch 3 Weber 40 DCL/6 Doppelvergaser: 280 PS/7.500 U/min – 300 Nm/5.500 U/min. Die Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl betrug 14.70 m/s, lag also auf dem Niveau einer Mercedes-Limousine. Fairerweise sei angemerkt, das die „B“ Versionen von 1954/55 etwa 230 – 250 PS bei 7.500 U/min leisteten, legendär wurden jedoch die „C“ & „LM“ Versionen sowie der aus diesen Entwickelte „168“.

    [​IMG]
    Optisch sahen solche Motoren dann oftmals wie dieser Tipo 213 C aus, auf Luftfilter wurde verzichtet.

    Wie Diffizil das Thema ist, zeigt eigentlich sehr schön der so genannte „Dino“ V 6 Formel 1 Motor mit 1 ½ Litern Hubraum.
    {bei Interesse stelle ich einen Artikel aus einem anderen Forum hierzu auszugsweise ein.}
     
  6. #6 Otfried, 10.08.2003
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    Es gilt also bei einem quadratisch ausgelegten Motor folgendes: Lange Ansaugwege, kleine Ventileeinläße, lange Abgasanlage = optimales Drehmoment durch die drückenden/saugenden Luft- und Abgassäulen, allerdings dreht dieser Motor nicht sehr hoch.

    Kurze Ansaugwege und eine kurze Abgasanlage = schnell hochdrehender Motor, welcher auch bei hohen Drehzahlen zieht, gibt seine Nennleistung bei hoher Drehzahl ab und hat im Gegenzug weniger Drehmoment.

    Bei aufgeladenen Motoren ist der Ansaugweg von untergeordneter Bedeutung, da hinter dem mL/ATL ein „Überdruck“ im System vorliegt. Es gilt jedoch auch hier, auf einen sauberen Verwirbelungsfreien Luft-/Gaslauf zu achten.

    Für Diesel gilt Grundsätzlich dieselbe Aussage. Der OM 612.990 {30 CDI} wirkt wesentlich spontaner und agiler als ein Motor mit einem kürzeren Hub.
     
  7. #7 Nightvision, 13.08.2003
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    sollte öfters mal hier reinschauen:) da tut sich ja doch was:)

    danke ihr 3....
    otfried das ist einem echt peinlich, wenn du so lange postings verfasst.... man hat dann immer das gefühl, dir wieder den halben tag geklaut zu haben.... dank dir:)
     
  8. #8 Otfried, 13.08.2003
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    Hallo Nightvision,

    die Fragen sind überhaupt kein Problem, lediglich kann ich aus Zeitgründen oder nicht Anwesenheit manchmal erst verspätet antworten.
    Bei Gelegenheit folgt nun die „Geschichte der Benzindirekteinspritzung - Teil III".
     
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ansaugweg - drehmoment

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