Drehmoment
http://www.motor-talk.de/forum/drehmoment-t982890.html
Was sagt die PS-Zahl über die Leistungsfähigkeit eines Autos aus?
Drehmoment und Leistung
Leistung versus Drehmoment
http://www.mdom.de/privat/download/beschleunigung.pdf
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http://www.remmele-motorsport.com/de/tech.html
Im wesentlichen bestimmen 5 Systeme die Leistung eines Verbrennungsmotors:
- Die Ansaugseite (Luftfilter, Lufttrichter, Drosselklappe, Saugrohr, etc.)
Die Ansaugseite mit Vergaser oder Einspritzung sorgt für eine möglichst hohe Füllung des Motors mit brennfähigem Gemisch.
- Die Auspuffseite (Auspuffkrümmer, Dämpfer, etc.)
Die Auspuffseite muss die verbrannten Gase möglichst rasch und restlos aus dem Zylinder und dem Brennraum entfernen.
- Der Zylinderkopf (Ein- und Auslasskanäle, Ventilsitzringe, Ventile, Brennraumform, Verdichtung, Zündkerzenlage, etc.)
Der Zylinderkopf muss durch ein gutes Fließverhalten der Gase in den Kanälen, zwischen den Ventilsitzringen, den Ventilen und durch eine geeignete Brennraumform ermöglichen, dass die verbrannten Gase möglichst rasch und restlos aus dem Zylinder und dem Brennraum entfernt werden.
- Die Nockenwelle (Öffnungswinkel, Hub, Spreizung, Überschneidung, etc.)
Die Nockenwelle bestimmt maßgeblich die Charakteristik eines Motors.
- Der Hubraum (Bohrung, Hub und Zylinderzahl)
Der Hubraum ergibt, in Verbindung mit den erstgenannten 4 Systemen, einen drehzahlabhängigen Ansauggemisch- und Abgasmengendurchsatz.
Was macht eine Nockenwelle ?
Eine Nockenwelle bestimmt wann, wie schnell und wie hoch die Ventile im Zylinderkopf öffnen und schließen.
Warum gibt es verschiedene Nockenwellen ?
Je nach Nockenwellentyp hat ein Motor im unteren, mittleren oder oberen Drehzahlbereich sein maximales Drehmoment. (Dadurch ist die Nockenwelle auch für die Lebensdauer eines Motors mitverantwortlich. Denn bei einem Motor, der nur im oberen Drehzahlbereich seine beste Fahrbarkeit und Höchstleitung hat, ist natürlich auch der Verschleiß an allen Motorteilen höher.)
Worin unterscheidet sich eine Sport- von einer Seriennockenwelle ?
Im Vergleich zu einer Seriennockenwelle wird durch den Einbau einer Sportnockenwelle die Motorcharakteristik verändert, d.h. der Motor hat in einem anderen Drehzahlbereich sein höchstes Drehmoment und seine Höchstleitung. Je nach Einsatzzweck (Strasse, Sport, Rennsport) werden verschiedene Nockenwellentypen verwendet.
Welche Kenngrößen haben Nockenwellen ?
Eine Nockenwelle hat im wesentlichen folgende Kenngrößen : Öffnungswinkel, Hub, Spreizung und Überschneidung.
- der Öffnungswinkel, in Grad Kurbelwinkel, gibt an, wie lange ein Ventil geöffnet ist.
- Der Nockenhub gibt an, wie hoch der Stößel maximal angehoben wird. (Der Nockenhub multipliziert mit dem Übersetzungsverhältnis des Kipphebels ergibt den Ventilhub.)
- Die Spreizung wird in Grad Nockenwinkel angegeben und legt den Winkel zwischen Ein- und Auslassnockenmitte der Nocken auf der Nockenwelle fest.
- Die Überschneidung wird in Grad Kurbelwellenwinkel angegeben und bestimmt, wie lange Ein- und Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind.
Welchen Einfluss haben die Kenngrößen der Nockenwelle auf die Motorcharakteristik ?
Generell gilt: Je länger das Einlassventil geöffnet bleibt, desto mehr verschiebt sich das Drehmomentmaximum in höhere Drehzahlbereiche.
Eine kleinere Überschneidung ergibt einen breiteren Drehmomentverlauf. Eine größere Überschneidung bewirkt ein höheres maximales Drehmoment aber einen schmaleren Drehmomentverlauf.
Spreizung und Überschneidung
Wir betrachten zwei Nockenwellen mit gleichen Ein- und Auslassnocken, jedoch unterschiedlicher Spreizung. Eine Nockenwelle mit 106° Spreizung hat im Vergleich zu einer Nockenwelle mit 110° Spreizung eine größere Überschneidung und das Einlassventil schließt früher.
Im ersten Fall entwickelt der Motor mehr Drehmoment im unteren Drehzahlbereich, im zweiten Fall mehr im oberen Drehzahlbereich.
Der Öffnungswinkel
Als nächstes betrachten wir zwei Nockenwellen mit gleicher Spreizung aber unterschiedlichen Öffnungswinkeln. Eine Nockenwelle mit z.B. 296° Öffnungswinkel hat gegenüber einer Nockenwelle mit 326° Öffnungswinkel eine geringere Überschneidung und das Einlassventil schließt früher.
Ergebnis: die Nockenwelle mit 296° hat aufgrund der kleineren Überschneidung ein breiteres nutzbares Drehzahlband und das maximale Drehmoment liegt wegen des früher schließenden Einlassventils bei niedrigeren Drehzahlen.
Bei der Nockenwelle mit 326° verschiebt sich das maximale Drehmoment in höhere Drehzahlbereiche. Der nutzbare Drehzahlbereich ist etwas schmaler, dafür ist das maximale Drehmoment etwas höher. Der Motor mit der 326° Nockenwelle hat aufgrund des hohen Drehmoments bei hohen Drehzahlen eine hohe Leistung.
Der Ventilhub
Beim bisherigen Typ 4 Zylinderkopf bekommt man eine Steigerung der Füllung bis zu einem Ventilhub von ca. 12,5 mm. Beim neuen Remmele Zylinderkopf ist eine Steigerung des Füllungsgrades bis über 16 mm Ventilhub festzustellen.
Dies bedeutet, dass man einen Motor mit dem Remmele Zylinderkopf mit einer Nockenwelle mit moderaten Steuerzeiten ausrüsten kann. Den Vorteil liegt dann darin, dass der Motor schon bei niedrigen Drehzahlen zieht und aufgrund der guten Fließeigenschaften des Zylinderkopfes auch bei hohen Drehzahlen eine sehr gute Füllung des Motors ermöglicht. Ein breites nutzbares Drehzahlband und eine hohe Endleistung werden dadurch erreicht.
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Wie findet der Motorbauer die richtige Nockenwelle ?
Zuerst muss der Einsatzzweck und der Hubraum des Motors festgelegt werden. Danach werden die Motorkomponenten ausgesucht, die aufeinander abgestimmt sein müssen, um die höchste Leistung mit der gewünschten Motorcharakteristik zu bekommen. Die Eigenschaften einer Nockenwelle können also nicht vollständig isoliert von den restlichen Bauteilen betrachtet werden, sondern nur im komplexen Zusammenspiel mit den übrigen Motorkomponenten. Dies ist der Grund warum z.B. eine Schleicher Nockenwelle mit 324° in einem 2 Liter Motor eine ganz andere Motorcharakteristik ergibt, als die gleiche Nockenwelle in einem 2,8 Liter Motor. Wobei die restlichen Motorkomponenten natürlich auch einen Einfluss darauf haben (z.B. Zylinderkopfbearbeitung, größere Ventile andere Kipphebelübersetzung, geänderte Pleuellängen, Vergaser oder Einspritzung, Auspuffanlage, etc.). Der 2 Liter Motor wird tendenziell im oberen, der 2,8 Liter Motor im gesamten Drehzahlbereich stark sein.
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Gibt es außer der Nockenwelle noch andere Möglichkeiten, einen Motor in seiner Charakteristik zu verändern ?
Saugrohr- und Auspuffkrümmerlänge spielen noch eine Rolle, können jedoch wegen des begrenzt zur Verfügung stehenden Einbauraumes nur in gewissen Grenzen variiert werden.
Auch der neuentwickelte Remmele Zylinderkopf hat einen maßgeblichen Anteil an der Motorcharakteristik und der erzielbaren Leistung. Durch das, auf einer Fließbank nachgewiesene, sehr gute Fließverhalten des neuen Zylinderkopfes, wird eine deutliche Leistungssteigerung des Motors erzielt. Als Beispiel sei ein 2 Ltr Motor mit 160 PS genannt, der ohne weitere Modifikationen nach der Umrüstung auf die neuen Köpfe 186 PS auf dem Prüfstand abgab. Doch nicht nur die Leistung stieg um 26 PS, sondern der Motor reagiert auch wesentlich spontaner auf das Gasgeben, d.h. der Motor dreht deutlich schneller hoch. Auch der Standlauf ist gleichmäßiger.
Fazit
Diese kurze Einführung zeigt, wie komplex das Thema „Motor“ ist. Viele Größen, die die Motorleistung und Motorcharakteristik beeinflussen, wie beispielsweise Saugrohrlänge und Durchmesser, Drosselklappendurchmesser, Dimensionierung der Auspuffanlage, Ventilgrößen, Brennraumform, Gemischbildung, Zündung, Kühlung, Schmierung, etc. können hier in der Kürze nicht dargestellt werden.
