Verbrennungsmotor (2): Drehmoment- und Leistungsverlauf 28.12.2009, 14:29
Die Qualität eines Verbrennungsmotors lässt sich verständlich beschreiben, wenn man seinen Drehmomentverlauf ermittelt und daraus die Leistungskurve berechnet. Beide Kurven erreichen ihre Höchstwerte bei unterschiedlichen Drehzahlen. Warum dies?
Drehmoment- und Leistungsverlauf bei Verbrennungsmotoren
Um sich ein Bild über die Leistungsabgabe bei von Verbrennungsmotoren angetriebenen Maschinen zu machen, stellt man den Pkw, den Traktor usw. auf einen Prüfstand. Dieser erlaubt es, zwei Größen zu messen: die Reifendrehzahl n und die bei der jeweiligen Drehzahl abgegebene Umfangskraft F. Multipliziert man die Kraft mit dem Reifenradius, erhält man das Drehmoment M (auch Durchzugsmoment): M = F • r (in Nm). M trägt man in Abhängigkeit von n in einem Schaubild auf.
Gefühlsmäßig würde man davon ausgehen, dass M mit zunehmender Drehzahl n gleichmäßig ansteigt, etwa wie es die rot eingezeichnete, strichpunktierte Linie zeigt. Es gibt einen verständlichen Grund dafür, warum das Drehmoment nicht ewig weitersteigen kann: Bei zunehmender Drehzahl, die eine Folge zunehmender Kolbengeschwindigkeit im Verbrennungsmotor ist, bekommt der Motor Füllungsprobleme, d. h. er arbeitet mit Luftmangel: Wegen Sauerstoffmangels verbrennt der Kraftstoff nicht mehr optimal. Dann bleibt auch die auf den Kolben wirkende Kraft zurück. Eine Maßnahme, den Füllungsgrad zu verbessern, ist die (aufwendige) Motoraufladung.
Um die Leistungskurve zu erhalten, ist eine Rechnung erforderlich. Die Formel dafür heißt:
P = M · n : 9550 (in kW); M in Nm, n in 1/min.
Die Umrechnungszahl 9550 kommt dadurch zustande, dass man mehrere Konstanten wie π, 2, die Umrechnung von Watt in Kilowatt, von mm in cm und von Sekunden in Minuten zusammenfasst.
Nun legt man mehrere Punkte auf der M-Kurve fest und setzt die so erhaltenen Drehmomente und Drehzahlen in die Leistungsformel ein. Legt man einen P-Maßstab über der n-Achse an, dann entsteht eine Leistungskurve wie im nächsten Bild. (Hier wurden andere Werte als im Beispiel oben gewählt). Dass das P-Maximum gegenüber dem M-Maximum verschoben ist, hat damit zu tun, dass die Leistung auch die Zeit berücksichtigt. Insofern kann man die P-Kurve kaum praktisch erklären.
Das Interessante an der P-Kurve: Ihr Maximum und das Maximum der M-Kurve liegen bei unterschiedlichen Drehzahlen, genauer: P erreicht sein Maximum deutlich später als M. Das hat speziell in der Landtechnik einen nützlichen Effekt. Beispiel: Gerät ein Landwirt beim Pflügen in schweren Boden oder muss er einen Anstieg überwinden, dann würde (bei gleich bleibender Gaspedalstellung) die Motordrehzahl absinken. Dies ist kein Problem - im Gegenteil: Mit sinkender Motordrehzahl steigt das Drehmoment und damit die Durchzugskraft an den Reifen an.
Eine Übungsaufgabe dazu ist im Beitrag Mechanische Leistung zu finden.
Siehe auch Verbrennungsmotor (1)
