Kolbengeschwindigkeit
Die Kolbengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit , mit der der Kolben eines Hubkolbenmotors den Weg vom oberen Totpunkt (OT) zum unteren Totpunkt (UT) oder umgekehrt, zurĂŒcklegt.
Berechnete Kolbengeschwindigkeit
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Mithilfe der zeitlichen Ableitung lÀsst sich in AbhÀngigkeit vom Kurbelwinkel aus der Bewegungsgleichung des Kurbeltriebs zusammen mit der Winkelgeschwindigkeit die Kolbengeschwindigkeit berechnen:
Man erkennt, dass die lineare Bewegung des Kolbens an die rotierende Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt ist. Deswegen ergibt sich abhĂ€ngig vom PleuelverhĂ€ltnis ein ungefĂ€hr sinusförmiger Verlauf der Kolbengeschwindigkeit bei jedem Hub. Die Bewegung weicht von einer reinen Sinuskurve ab, da sie mit weiteren Bewegungen mit jeweils der doppelten Frequenz ĂŒberlagert wird. Nun lĂ€sst sich die Kolbengeschwindigkeit ungefĂ€hr annĂ€hern:
mit
- : Kolbengeschwindigkeit
- : Kolbenhub
- : Kurbelwinkel
- : Kurbelwellendrehzahl
- : Winkelgeschwindigkeit der Kurbelwelle
- : PleuelverhÀltnis
- : Kurbelradius
Um verschiedene Triebwerke miteinander vergleichen zu können, wird in der Regel nicht die Kolbengeschwindigkeit, sondern die VergleichsgröĂe mittlere Kolbengeschwindigkeit herangezogen.[1]
Berechnete mittlere Kolbengeschwindigkeit
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Die gerechnete mittlere Kolbengeschwindigkeit unterstellt eine ĂŒber den Hub konstante Geschwindigkeit, sie ist daher nur ein Vergleichskriterium und berechnet sich im Internationalen Einheitensystem wie folgt:
oder in ĂŒblichen Einheiten:
mit
- = Motordrehzahl in 1/min
- = Kolbenhub in mm
Berechnete maximale Kolbengeschwindigkeit
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]Das Maximum der gerechneten Kolbengeschwindigkeit wird z. B. fĂŒr bei einem Kurbelwinkel von etwa 76° erreicht und betrĂ€gt etwa 1,6-mal die mittlere Kolbengeschwindigkeit.[2] Die maximale Kolbengeschwindigkeit lĂ€sst sich fĂŒr eine unendlich lange Pleuelstange (fĂŒr betrĂ€gt ) vereinfacht durch die Formel annĂ€hern. Die PleuelstangenlĂ€nge ist jedoch begrenzt, weshalb ein Korrekturfaktor berĂŒcksichtigt werden muss.[1] Er steigt mit gröĂer werdendem PleuelverhĂ€ltnis. FĂŒr betrĂ€gt .[3] Mit dem Korrekturfaktor errechnet sich die maximale Kolbengeschwindigkeit mit .
Gemessene Kolbengeschwindigkeit
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In der Praxis gilt die mittlere Kolbengeschwindigkeit wie oben angegeben fĂŒr alle Kolbenmotoren. Die GröĂe dieser Zahl ist bei Langhuber-Motoren Ă€hnlich wie bei Kurzhuber-Motoren. Ebenfalls kaum Unterschiede gibt es zwischen Zweitakt- und Viertaktmotoren wie auch bei Otto- und Dieselmotoren. Sogar die kleinen Benzin-, Methanol- und Nitromethanmotoren in Modellflugzeugen weisen Ă€hnliche Kolbengeschwindigkeiten auf wie groĂe Dieselmotoren. Der Standardwert fĂŒr die mittlere Kolbengeschwindigkeit (höchstes Drehmoment) liegt bei GroĂserienmotoren zwischen 10 und 15 m/s.
In der Praxis wird die maximale Kolbengeschwindigkeit (höchste Leistung) im Wesentlichen begrenzt durch das Schmieröl, die Werkstoffpaarung von Kolben und Zylinder und die thermische Belastung von Kolben und Zylinder (Leistung), weshalb die Kolbengeschwindigkeit nur bei Rennsportmotoren â zu Lasten der Lebensdauer â 20 m/s ĂŒberschreitet.
Literatur
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- Wilfried Staudt: Handbuch Fahrzeugtechnik Band 2. 1. Auflage, Bildungsverlag EINS, Troisdorf, 2005, ISBN 3-427-04522-6.
- Peter Gerigk, Detlev Bruhn, Dietmar Danner: Kraftfahrzeugtechnik. 3. Auflage, Westermann Schulbuchverlag GmbH, Braunschweig, 2000, ISBN 3-14-221500-X.
- Jan Trommelmans: Das Auto und seine Technik. 1. Auflage, Motorbuchverlag, Stuttgart, 1992, ISBN 3-613-01288-X.
Einzelnachweise
[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]- 1 2 Ulrich Spicher: Kapitel 3 · KenngröĂen â 3.3 Drehzahl und Kolbengeschwindigkeit, in Richard van Basshuysen, Fred SchĂ€fer (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor â Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven, 8. Auflage, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI:10.1007/978-3-658-10902-8 3, S. 21
- â Motorengrundlagen, Fragen und Berechnungen
- â Ulrich Spicher: Kapitel 3 · KenngröĂen â Abbildung 3.6, in Richard van Basshuysen, Fred SchĂ€fer (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor â Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven, 8. Auflage, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI:10.1007/978-3-658-10902-8 3, S. 22
- â Ulrich Spicher: Kapitel 3 · KenngröĂen â Abbildung 3.5: Maximale Drehzahl und mittlere Kolbengeschwindigkeit bei Nenndrehzahl heutiger Motoren, in Richard van Basshuysen, Fred SchĂ€fer (Hrsg.): Handbuch Verbrennungsmotor â Grundlagen · Komponenten · Systeme · Perspektiven, 8. Auflage, Springer, Wiesbaden 2017, ISBN 978-3-658-10901-1, DOI:10.1007/978-3-658-10902-8_3, S. 22