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Verhältnis Drosselklappenöffnung zu anliegendem Drehmoment *EXPERTENFRAGE*
Hallo!
Ich habe heute mal ne Frage für die Vollprofis hier. Wie ist das Verhältnis von Drosselklappenöffnung zu anliegendem Drehmoment bei einer bestimmten Drehzahl?
Zur Verdeutlichung, was ich meine: Das Öffnungsverhältnis von tatsächlicher Öffnung des Ansaugkanals zu maximaler Öffnung berechne ich mir über SIN(Anstellwinkel_Drosselklappe). Ist dieser Winkel 0, ist auch der Luftdurchsatz 0, ist der Winkel 90°, Drosselklappe also senkrecht ist der Durchsatz 1.
Soweit so gut. Nun aber zu meiner Frage zurück. Ist das anliegende Drehmoment über den Luftdurchsatz proportional zum maximal möglichen Drehmoment bei der jeweiligen Drehzahl? Gehe dabei davon aus, dass Drehmomentdiagramme unter Volllast erstellt werden.
M_tatsächlich = SIN(Anstellwinkel_Drosselklappe) * M_max(Drehzahl)
M_max(Drehzahl) beschreibe hier den Funktionswert der Drehmomentkurve Drehzahl --> Drehmoment.
Ich brauche den ganzen Klump für eine Simulation, mit der ich versuche, Verbrauchswerte in Abhängigkeit von den Betriebsparametern zu erhalten.
Hoffe, die Frage ist nicht übermäßig extrem, vielleicht kann ja jemand, der mal am Prüfstand gearbeitet hat, darauf Antwort geben.
Danke schon mal ganz herzlich im Voraus!
Elessar
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9 Antworten
Hallo,
es ist nicht linear. Hilft dir vielleicht ein Motorenkennfeld weiter?
Grüße Stefan
tatsächlich nicht? hm.
ein motorkennfeld könnte mir eventuell weiterhelfen, wenn ich es auseinandergedröselt bekomme. wäre nett, wenn du es mir mal schicken könntest. danke dir!
danke für den hinweis mit der nicht-linearität! habs mal quadratisch versucht. die ergebnisse sehen jetzt viel besser aus! jetzt verbrauche ich bei 50km/h lt. rechnung nicht mehr in jedem gang gleich viel sprit, sondern mit höherem gang immer weniger! z.b. im 1.gang (5500upm) fast das doppelte wie im 3. (2000upm). ich glaube, das kann doch glatt hinkommen 
.
Ich habe kein Motorenkennfeld da, aber das sollte für deine Zwecke eigentlich Reichen. Weil Drosselklappenstellung sollte doch eigentlich egal sein. Die beeinflußt du bei neueren Autos nicht mal mehr direkt.
Grüße Stefan
Hi,
um rauszufinden, dass man bei gleicher Geschwindigkeit im niedrigeren Gang weniger Sprit braucht als im höheren Gang, brauchst du keine quadratischen Funktionen aufzustellen. Das hätte ich dir auch sagen können oder steht in jeder dritten Ausgabe von ADAC-Motorwelt unter der Überschrift "Spritsparen".
Es sei denn du stehst auf Sadomaso und tust dir die Mathematik freiwillig an... dann viel Spass beim quadrieren, differieren und integrieren... 
gruss cocker
*lol* das is jetze natürlich logisch falsch... man braucht im niedrigeren Gang natürlich MEHR Sprit... *hachjeh*
dass es es ist, weiß ich wohl . wollte es nur nochmal sehen, bin ja gelangweilter physiker 
Hallo Elessar,
Motordrehmoment und Drosselklappenöffnung(swinkel) stehen sicher in keinem linearen Zusammenhang. Allein schon der Luftdurchsatz als Funktion der Drosselklappenöffnung ist abhängig von
- Druckdifferenz vor/nach der Klappe
- Strömungswiderstand bei der Strömung durch einen Ringspalt, bei der Umströmung einer (hier) schräggestellten Klappe bzw. durch ein verengtes Rohr.
- laminare oder turbulente Strömung
- Ablösung von Grenzschichten
und und und
Noch nicht berücksichtigt ist dabei, "was der Motor drunter mit der gelieferten Strömung macht".
Insofern ist der Ansatz, darüber zu einer Verbrauchssimulation zu kommen, ungeeignet bis unmöglich.
Wenn Du eine geeignete Modellierung suchst würde ich mal versuchen, alle Fahrwiderstände und Verluste einzeln in ihrer Geschwindigkeits- oder Drehzahlabhängigkeit zu schätzen und aufzusummieren. Z.B. könnte man
- Luftwiderstand (als f(Geschwindigkeit) d.h. f(Drehzahl, Gang))
- Rollwiderstand der Reifen (dito)
- Innere Reibung des Motors (als f(Drehzahl))
- Wirkungsgrad aufgrund der Güte der Zylinderfüllung
(aus der Drehmomentkurve abschätzbar)
berücksichtigen. Vom Aspekt des Software-Engineerings hat das auch den großen Vorteil, daß man die Funktionen modular aufbauen kann und jedes Modul für sich überschaubar, testbar ausfällt und für sich realisiert werden kann.
PS: Drehmoment- und Leistungsdiagramme stellen imho Hüllkurven dar, die durch Überlagerung von Volllast, 3/4Last, 1/2Last, 1/4Last (und jeder beliebig feinen Abstufung dazwischen) ermittelt werden. Wenn es reine Volllastkurven wären würde man z.B. unter 1500 U/min einen grottenschlechten und nicht praxisgerechten Verlauf sehen, weil der Motor hier seine beste Leistungsausbeute z.B. bei 1/2Gas(Last) hat.
Hallo Stefan! Du machst mich da auf Dinge aufmerksam, an die ich zwar gedacht habe, aber sie nicht umgesetzt habe (Turbulenzen, Strömungswiderstand etc.). Ich gehe allerdings davon aus, dass ich das tun sollte, den gerade bei kleiner Öffnung der DK sind Einflüsse dieser Größen doch enorm. Ich wollte zwar nur eine Abschätzung dessen, wie man wohl am besten fährt, aber ich glaube fast, selbst das ist unmöglich in vernünftigem Maße.
Was du vorschlägst habe ich teilweise bereits umgesetzt, also Luftwiderstand, Rollwiderstand. Innerer Motorwiderstand war mir bisher nicht zugänglich.
Wirkungsgrad! Genau das war es, wonach ich suchte. Ich versuchte über die Abschätzung des Luftdurchsatzes an der Drosselklappe auf den Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Zylinderfüllung kommen. Aber wie gezeigt, ist das fast unmöglich. Was meinst du damit, dass dieser Wirkungsgrad aus der Drehmomentkurve schätzbar ist?
Aber wenn ich es mir recht überlege, wird der Rechenaufwand hier immer größer... Erinnert mich an einen Störungsrechnerischen Ansatz. Ich habe mit ner ganz groben Rechnung begonnen und verfeinere sie immer weiter, bis ich ums verrecken nicht mehr weiterkomme . Na, noch geb ich nicht auf, werd mich da also nochmal dran machen, das nach deinem Vorschlag aufzubauen.
Arbeite übrigens in Excel, ist nicht perfekt, aber es geht ganz gut damit. Auch der modulare Aufbau lässt sich somit ganz gut umsetzen.
Hallo Elessar,
nach meinen Erfahrungen mit der Strömungstechnik würde ich sagen "Genaue Strömungsberechnung selbst einer einfachen Drosselklappe erfordert schon einen unvernünftig hohen Aufwand. Ableitung daraus auf das Verhaltens des größeren Systems Motor bzw. Autos eigentlich unmöglich". Würde bestenfalls so funktionieren:
1. Man erstellt ein SW-Modell seines Objektes* so, wie man sich die Abhängigkeiten (zunächst) vorstellt
2. Man nimmt das "lebende Objekt" und misst es unter möglichst vielen Betriebsbedingungen durch
3. Man stellt je nach Bedingungen mehr oder weniger große Diskrepanzen fest
4. Man erweitert sein SW-Modell um (ev. mehrtermige) Korrekturfunktion und prüft erneut
Wobei sich i.d.R. weder die Modellabhängigkeiten noch die Korrekturen direkt aus einer physikalischen Formelsammlung entnehmen lassen (Luftwiderstand ist hier die einzige Ausnahme, die mir spontan einfällt). Insofern kann man eigentlich auch gleich lineare, quadratische, exponentielle Terme selbst zusammenbauen...
Innere Reibung von Motor, Getriebe, Achsantrieb würde ich in 1.Näherung in einen linear Anteil (Alle Wellen, Getriebe) und einen überproportional drehzahlabhängigen Anteil (Beschleunigung von Kolben, Ventilen etc) aufteilen.
Wirkungsgrad und Drehmoment des Motors, beides als f(Drehzahl) sollten weitgehend proportional sein. Maximaler Wirkungsgrad von Benzinmotoren kann man auch mit z.B. 32% abschätzen. In gewisser Näherung sollte bei einer Drehzahl, bei der 80% des Drehmoments da ist auch etwa 80% des max.Wirkungsgrades ezielbar sein.
Eventuell findet man sogar entsprechende Daten z.B. spezifischer Verbrauch (abgegebene Leistung pro chem.Energie im Benzin) zum eigenen Motor.
In welcher Einheit soll deine Simulation eigentlich rechnen?
Erforderliche Leistung oder verbrauchte Benzinmenge?
Excel war schon immer ein gutes Werkzeug für solche Fragestellungen, seit Ablösung der Makrosprache durch VBA ist es noch wesentlich besser geworden. Imho das mit Abstand vernünftigste Microsoft-Produkt.
* Objekt kann hier die Drosselklappe oder das ganze Auto sein