Mitteldruck

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Schematisches p-v-Diagramm des idealisierten Ottoprozesses.
Der Mitteldruck entspricht der durchschnittlichen Höhe der blauen Fläche.

Der Mitteldruck ist eine Rechengröße, um den Wirkungsgrad und den Ladungswechsel von Hubkolbenmotoren unabhängig von Hubraum oder Größe des Motors zu beurteilen. Vereinfacht kann das Fahrpedal im Fahrzeug als Stellglied für den Mitteldruck betrachtet werden.

Man unterscheidet zwei Mitteldruck-Formen:

  • Der effektive Mitteldruck lässt sich errechnen aus dem abgegebenen Drehmoment bzw. der bei einem vollständigen Arbeitsspiel abgegebenen Arbeit an der Kurbelwelle:
( ist die Anzahl der Arbeitsspiele pro Umdrehung: 1 bei Zweitaktmotoren und Wankelmotoren, 0,5 bei Viertaktmotoren)
Bei langsamlaufenden Motoren (Dampfmaschinen) konnte man an das Indikatordiagramm ein schreibendes Messgerät anschließen und den Inhalt der vom Druckverlauf umschriebenen positiven Fläche planimetrieren, um so die Größe der indizierten Arbeit zu ermitteln. Heutzutage werden zur Ermittlung des indizierten Mitteldrucks elektronische Messgeräte verwendet.

Der Quotient der beiden vorgenannten Mitteldrücke heisst mechanischer Wirkungsgrad und steht als dimensionsloses Maß für alle mechanischen Verluste:

Luftverhältnis und Mitteldruck[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Mitteldruck und spezifischer Verbrauch[1]
Diagramm für den Ottomotor
Gemisch unten links "mager", oben rechts "fett"

Ottomotor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Ottomotoren werden bei einem Luftverhältnis um λ = 1 betrieben. Dies ermöglicht die Abgasreinigung mit dem Drei-Wege-Katalysator. Eine Lambdasonde vor dem Katalysator misst den Sauerstoffgehalt im Abgas und gibt Signale an die Steuereinheit des Gemischreglers weiter. Der Gemischregler hat die Aufgabe, durch die Einspritzmenge das Luftverhältnis in der Nähe von λ = 1 zu halten. Der effizienteste Betrieb stellt sich bei leicht magerem Gemisch von ca. λ = 1,1 ein. Das höchste Drehmoment (Mitteldruck) wird bei fettem Gemisch von ca. λ = 0,85 erreicht. Dort stellt sich auch die höchste Zündgeschwindigkeit bzw. Reaktionsgeschwindigkeit des Benzingemisches ein. Jenseits der Zündgrenzen (0,6 < λ < 1,6 für Ottomotoren) ist eine regelmäßige Verbrennung nicht mehr gewährleistet (Verbrennungsaussetzer).

Dieselmotor[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Dieselmotoren arbeiten dagegen mit einem mageren Gemisch von λ = 1,4. Das höchste Drehmoment (Mitteldruck) wird bei fettem Gemisch von ca. λ = 1,0 wegen der Rußgrenze nur kurzzeitig erreicht. Im Teillastbereich sind auch Luftzahlen von wesentlich mehr als 1.4 bei gutem Rundlauf möglich.

Typische Werte für den Mitteldruck
Motorart bis zu... Bemerkung
Serienmotoren 2T-Diesel Turbomotor Schiffsdiesel 20 bar z. B. MAN 5G45ME
Dieselmotor Turbomotor PKW 32 bar
Dieselmotor Saugmotor 11 bar
Ottomotor Turbomotor 29 bar z. B. AMG A45 (Bj. 2015): 28,4 bar
Saugmotor Ventile pro Zylinder 13 bar
2 Ventile pro Zylinder 11 bar
Rennmotoren Ottomotor Turbomotor Honda F1 (1987) 57 bar Maximaler Mitteldruck[2]
Formel-3-Motor
2,0 l Vierzylinder
mit Kat und Dämpfer
16 bar nur in sehr engem Drehzahlbereich
Saugmotor Formel-1-Motor
3,0 l Zehnzylinder
15 bar

Trägt man den effektiven Mitteldruck über dem spezifischen Kraftstoffverbrauch in Abhängigkeit von der Luftzahl des Motors auf, so erhält man bei Ottomotoren die Fischhakenkurve.

Siehe auch[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  1. Technikhomepage.de - Die Thermodynamik der Verbrennungskraftmaschine
  2. Honda Power Curves. GrandPrixEngines.co.uk, abgerufen am 2. Dezember 2015 (PDF; 999 kB, englisch).

Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]

  • Richard van Basshuysen, Fred Schäfer: Handbuch Verbrennungsmotor Grundlagen, Komponenten, Systeme, Perspektiven. 3. Auflage, Friedrich Vieweg & Sohn Verlag/GWV Fachverlage GmbH, Wiesbaden, 2005, ISBN 3-528-23933-6
  • Wolfgang Beitz, K.-H. Küttner (Hrsg.): Taschenbuch für den Maschinenbau/Dubbel 15. Auflage, Springer Verlag, Berlin, Heidelberg, New York, 1983, ISBN 3-540-12418-7