Dieselmotor (2) 08.12.2009, 15:13

Zur rechnerischen Bestimmung der Motorleistung benützt man ein Druck-Weg-Diagramm. In diesem werden die sich in Wirklichkeit dauernd verändernden Drücke während des Verbrennungsprozesses auf ein einfaches Rechteck zurückgeführt.

Der Druckverlauf im Verbrennungsraum

Bild: Während der einzelnen Motor-Arbeitstakte herrschen im Zylinder unterschiedliche Druckverhältnisse. So misst man im Ottomotor beim Ansaugen des Kraftstoff-Luft-Gemisches (im ersten Takt) im Zylinderraum einen Unterdruck von -0,1 bis -0,25 bar. Im zweiten Takt, dem Verdichtungstakt, entsteht ein Überdruck, der schließlich den Verdichtungsdruck erreicht. Dieser beträgt bei Ottomotoren zwischen 12 und 20 bar, bei Dieselmotoren zwischen 30 und 55 bar.

Im dritten Takt, dem Arbeitstakt, steigt der Druck durch die Verbrennung stark an. Der Verbrennungshöchstdruck liegt bei Ottomotoren zwischen 50 und 75 bar, bei Dieselmotoren zwischen 60 und 180 bar. Beim Abwärtsgehen des Kolbens, dem eigentlichen Arbeiten, dehnen sich in diesem Motortakt die verbrannten Gase aus, sie entspannen sich. Dies ist mit einem Druckabfall auf etwa 2 bis 4 bar verbunden. Im vierten Takt schließlich, wenn die verbrannten Gase ausgestoßen werden, herrscht im Zylinderraum nur noch etwa 0,5 bar Überdruck.

So kann zum Beispiel ein Messgerät am Zylinder angeschlossen werden. Es zeichnet den Druckverlauf in einem Druck-Weg-Diagramm auf (Bild). Zieht man darin die zwischen der Verdichtungs- und Entspannungslinie liegende Fläche von der zwischen der Einlass- und Auslasslinie liegende Fläche ab, dann erhält man eine Fläche, die in ein flächengleiches Rechteck zu verwandeln ist (rote Fläche). Die waagerechte Grundlinie des Rechtecks entspricht dem Kolbenhub. Die sich ergebende Höhe des Rechtecks entspricht dem mittleren Verbrennungsdruck.

Auch auf rein rechnerischem Weg lässt sich der mittlere Verbrennungsdruck bestimmen. Dazu müsste man für die einzelnen Kolbenstellungen zwischen oberem und unterem Totpunkt die jeweiligen Gasdrücke ermitteln - ein umständliches Verfahren. Die einfachere Methode: auf einem speziellen Motorprüfstand Testwerte des zu prüfenden Motors ermitteln und daraus - ebenfalls rechnerisch - den mittleren Verbrennungsdruck bestimmen. Der mittlere Verbrennungsdruck stellt in beiden Fällen die Basis zur Ermittlung der Kolbenkraft, der Motorarbeit und der Motorleistung dar.

Siehe auch Dieselmotor (1)