Leistungsteigerung durch Kolbenerleichterung

[Bertl]

Servus,

Ich versuch grad auszurechnen wieviel Leistung es braucht, um den Kolben hin und her zu bewegen, bzw. wieviel Leistung es bringt, wenn man den Kolben erleichtert. Aber irgendwie hab ich da nen Fehler im Denkansatz.

Also, der Kolben wird pro Umdrehung zwei mal beschleunigt und zwei mal abgebremst. Insgesamt wird demnach vier mal diesselb Arbeit/Energie fällig. Mit E = 0,5*m*v²*4 kann man die Energie ausrechnen. Für v hab ich dabei die maximale Kolbengeschwindigkeit eingesetzt, die abhängig von der Drehzahl ist. Teilt man die Sache durch die Zeit pro Umdrehung, dann hat man doch die Leistung, die für die Kolbenbewegung gebraucht wird.

Bsp.: Kolbenerleichterung = 10g; max. Kolbengeschwindigkeit bei 10.000 U/min = 60 m/s

E=0,5*0,01kg*(60m/s)²*4=72 [kg*m²/s²] (Joule)

P=E/t

t=1/167 s (Zeit für eine Umdrehung bei 10.000 U/min)

=> P=72 kg*m²/s² * 167 1/s = 12024 kg*m²/s³ (Watt) = 12 kW

Wenn ich den Kolben also um 10 Gramm leichter mach, hätt ich nach meiner Rechnung 12 kW mehr Leistung bei 10.000 U/min. Die Leistungssteigerung steigt quadratisch mit der Drehzahl. D.h. bei z.B. 6000 U/min. beträgt der Leistungszuwachs 2,5 kW.

Hört sich ja ganz gut an, aber ich denke nicht, dass meine Rechnung stimmt. Wo liegt der Fehler?

Bin kurz davor meinen Kolben zu zerfräsen.

[Dokma]

Ein Hauptschwachpunkt liegt in der schwindenen Stabilität des Kolbens...

[PMS]

Servus,

Wenn ich den Kolben also um 10 Gramm leichter mach..

Hört sich ja ganz gut an, aber ich denke nicht, dass meine Rechnung stimmt. Wo liegt der Fehler?

Bin kurz davor meinen Kolben zu zerfräsen.

mach nicht zu viel material am kolben weg...das kann auch nach hinten losgehen..

schau dir mal den kolbenbolzen an..da geht einiges ..im gegenzug musst da ganz schön viel alu abtragen.

vorteil ist auf jeden fall das schnellere ansprechen des motors..weniger lager belastung.

aber schau auch zu das deine welle dazu einen massenausgleich bekommt..dann läuft der motor richtig schön ruhig!

gruß

tom

Bearbeitet 7. Januar 2006 von PMS

[Klingelkasper]

Wie PMS schon sagt, Erleichterung reduziert die Massenkräfte und damit die Belastung des Kubeltriebs, ansonsten sollte man nicht vergessen, das z.B. im Verdichtungstakt Energie vom Kolben an den Brennrauminhalt abgegeben wird, was durchaus erwünscht ist, also mit den +12kw wird´s nicht ganz klappen. Bei Energiebilanzen müssen immer alle "Anwesenden" im Bilanzraum berücksichtigt werden, was schonmal recht kompliziert werden kann, wenn man ins Detail geht.

Bei einem Mercedes Gruppe-C(?) Motor wurde vor mittlerweile etlichen Jahren mal satt Mehrleistung erzielt, indem die Kolbenbolzen von Stahl auf leichte Siliziumnitridkeramik umgestellt wurden. Soweit ich mich da noch richtig erinnere, war die Mehrleistung aber Resultat der erhöhten Drehzahlfestigkeit des Motors aufgrund der geringeren Massenkräfte.

[Zebo]

mal eine kleine gadankliche überlegung, durch Kolbenerleichtern gewinnt man doch nicht an leistung (= arbeit pro zeit) ??? man spürt dóch nur dass nach F = m*a die beschleunigung besser wird weil mann weniger masse beschleunigen muss. mich würd die überlegung interessieren wie mann von masse auf kilowatt kommt

[Bertl]

Der Kolben bewegt sich translativ, also linear nach oben und unten. Bei dieser Bewegung ist nichts los mit Schwung. Es muss jedesmal Arbeit aufgewendet werden um den Kolben aufwärts zu beschleunigen, aufwärts wieder abzubremsen, dann wieder abwärts zu beschleunigen und wieder abwärts abzubremsen. Bis hierher spricht man noch von Arbeit oder Energie. Wie ich die nötige Energie berechnet habe, steht ja schon oben (Um die maximal Kolbengeschwindigkeit auszurechnen braucht man den Wendepunkt der Ableitung der Funktion Kurbelwinkel Kolbenstrecke). Wenn man nun zur Leistung kommen will, muss man eine best. Arbeit/Energie in einer best. Zeit verrichten. Welche Arbeit/Energie für eine Umdrehung aufgewendet werden muss ist bereits klar. Wenn ich diese Arbeit nun in einer best. Zeit verrichte (nämlich der Zeit die für eine Umdrehung benötigt wird, was abhängig von der Drehzahl ist), dann habe ich etwas geleistet.

Anders verhält sich die Sache bei rein rotatorischen Bewegungen, wie z.B Polrad, komplettes Getriebe, Räder. Die Arbeit oder Leistung die hier investiert wird um sie anzutreiben, bleibt erhalten, wenn man von Reibungsverlusten absieht. Eine Verringerung der rotatorischen Massen verringert zwar auch das Trägheitsmoment und erhöht somit das Drehmoment über das gesamte Drehzalband, was auch eine Leistungsteigerung bringt, erhöht aber z.B nicht die max. Drehzahl.

Komplett abgefahren wirds, wenn man sich die Bewegung des Pleuls anschaut. Das bewegt sich am Hubzapfen rotatorisch und zum Kolben hin immer mehr translatorisch.

Ob das jetzt alles so stimmt, kann ich nicht sagen, weil ichs mir selbst überlegt hab. Ist aber eigentlich ne rein mathematische und physikalische Sache und sollte überprüfbar sein.

[Zebo]

dass der kolben ja ständig beschleunigt und abgebremst wird hatte ich nicht bedacht, hab mal beim worbel gelesen, dass der kolbenbolzen vom großen polini wesentlich leichter ist als der vom malossi, da wär mal ein prüfstanddiagramm interesant wieviel der leichtere bolzen ausmacht

[DieHappy]

dein gedankenansatz ist leider falsch den die energie "wandert" dauernt zwischen oszilierenden kolben und rotierenden Schwungmassen (kurbelwelle, schwung, ....) hin und her. Sprich beim verbrennen treibt der kolben den schwung an und beim verdichten umgekehrt. die energie unterscheid wäre somit in einem idealen system gleich null.

real statisch betrachtet erhältst du aber durch die geringeren massen, geringe kräfte in den bauteilen und in den lagern und somit geringere reibungskräfte. Doch ob man die wircklich berechnen kann stell ich in frage. zumindest überschlagswertig könnte man die verringerten reibungskräfte in den KW-Lager berechnen.

ob man real dynamisch leistung gewinnen kann (vgl. leichterer Schwung,....) weiß ich (noch) nicht.

[blabla]

real statisch betrachtet erhältst du aber durch die geringeren massen, geringe kräfte in den bauteilen und in den lagern und somit geringere reibungskräfte.

Zusätzlich würde man auch Arbeit /Leistung verlieren, weil durch den geringere Masse am Kolben weniger Schwung an die KW übertragen wird, dann benötigt man aber auch wieder weniger Energie denn Kolben zu OT zu treiben...

Andererseits würde man auch wieder weniger Energie benötigen um den Kolben anzutreiben...(Massenträgheit)

Glaube sinnvoll berechnen kann man das nicht.

Experimentiell bestimmen und dann interpretieren! ;)

Bearbeitet 9. Januar 2006 von blabla

[da Huber is]

12 KW bei 10g sind auch etwas übertrieben

[Klingelkasper]

12 KW bei 10g sind auch etwas übertrieben

Wie gesagt....

[Bertl]

Ich glaub DieHappy hat recht. Die Energie oszilliert hin und her. Bei der Überlegung spielt die Verdichtung und Verbrennung aber nicht mal eine Rolle. Die Verdichtungsenergie, die bis OT verbraucht wird, wird nach OT wieder freigesetzt. Abgesehen von thermodynamische Verlusten durch Abkühlung über den Zylinderkopf,etc. also ne Nullrunde. Die Verbrennungsenergie interessiert in dem Fall nicht, weil sie von außen zugeführt wird.

Die Sache läuft so ab: Von UT bis ca. 90° wird der Kolben beschleunigt. Dabei wird Energie von der Welle auf den Kolben übertragen. Bei 90° hat der Kolben also ordentlich Speed. Ab 90° wird der Kolben vom Pleul wieder abgebremst. Da der Kolben aber vorher auf eine best. Geschwindigkeit beschleunigt wurde und er aufgrund seiner Trägheit mit dieser Geschwindigkeit weiter "fliehen" möchte, zieht er ab dem Moment wo er abgebremst wird am Pleul und überträgt somit die seine Energie wieder an die Welle. Das gleiche Spiel läuft dann von OT bis UT nochmal ab. Die Energie schwingt also zwei mal pro Umdrehung zwischen Kolben und Welle hin und her.

D.h. also die Kolbenträgheit müsste sich irgendwie in ein Äquivalent für das Trägheitmoment rotierender Massen umrechnen lassen. Weiss aber nicht wie. Denke aber, dass die Option "Kolben erleichtern" verglichen mit z.B "Polrad abdrehn" vergleichsweise mäßig bis beschissen ausfällt.

Schade eigentlich. +12 kW hätten mir schon Spass gemacht.