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Verhältnis Hubraum zur Anzahl an Zylindern
Hallo,
Wie im subject ersichtlich interessiere ich mich für das Verhältnis von Hubraum zur Anzahl an Zylindern bei Verbrennungsmotoren. Habe in einem Thread im E90-Forum beiläufig gelesen, dass man als Faustformel sagen kann, dass eine optimale Verbrennung scheinbar bei 0,5l Hubraum pro Zylinder stattfindet. Jetzt würde mich interessieren, warum das so ist. Spielt es eine Rolle, ob Benziner oder Diesel? Habe mit der Suchfunktion leider nichts in dieser Richtung gefunden und hoffe, dass mir der ein oder andere diese Frage beantworten kann.
Liebe Grüße
Beste Antwort im Thema
Zitat:
Original geschrieben von marcel301619
Zitat:
Dann nenn mir doch mal einen Pkw-Saug-Motor, bei dem das nicht der Fall ist! Modellmotoren und Formel 1 ist wieder ne andere Welt! In der paktischen Anwendung bei Pkw-Motoren ist meine Aussage richtig, da steh ich auch dahinter!
Alle Serien-Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung haben um die 0,5l pro Zylinder:
e90 M3 -> 4l - 8Zyl. - 105PS/l
B7 RS4 -> 4,2l - 8Zyl. - 100PS/l
e60 M5 -> 5l - 10 Zyl. - 101PS/l
aktueller Civic Type R -> 2l - 4Zyl - 100Ps/l
S2000 -> 2l - 4Zyl. - 120Ps/l
.
.
.
Die Liste könnte beliebig verlängert werden.
Also gut, jetzt muß ich wohl doch ausführlicher werden: Daß im Automobilbau viele Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung um die 0,5l pro Zylinder haben, ist ja durchaus richtig. Dennoch ist es so, daß die erreichbare Literleistung umso größer ist, je kleiner die Einzelhubräume sind.
Woher kommt dieser, nur scheinbare, Widerspruch?
Die o.g. Motoren haben, da sie zumeist die Spitzenmotorisierung einer Baureihe darstellen, im absoluten Hubraum natürlich auch an meisten.
Da z.B. ein 550i 4,8l hat, würde ein M5 mit weniger Hubraum modellpolitisch seltsam aussehen. Außerdem hätte er dann, da ja nicht aufgeladen, weniger Drehmoment untenherum als das zweitgrößte Modell.
Dies verbietet kleine Einzelhubräume.
Ein E60 M5 mit beispielsweise 0,3l/Zylinder hätte ein Gesamthubraum von „nur“ 3,0l. Selbst wenn wegen der kleinen Einzelhubräume 115PS/l erreichbar wären, wäre die Gesamtleistung dann mit 345 PS geringer als die des 550i. Würde keinen Sinn machen.
Weshalb nun steigt die realisierbare Literleistung mit kleiner werdenden Einzelhubräumen, oder im Umkehrschluß: weshalb fällt sie bei größeren?
Man denke sich einen beliebigen Zylinder und konstruiere gedanklich seinen großen Bruder, der in allen Abmessungen um den Faktor doppelt so großer sei.
Was wären die Folgen?
Der Hubraum würde sich verachtfachen (dritte Potenz). Die Saugrohr-, Ventil und Kanalquerschnittsflächen als leistungsbestimmende Komponenten würden sich lediglich vervierfachen (zweite Potenz). Also nur halb so stark steigen.
Der Hub wäre doppelt so hoch, das heißt die kritische Kolbengeschwindigkeit wäre bei der halben Drehzahl erreicht.
Somit hat bei gleicher Bauart –rechnerisch- der Motor mit dem 8x so großen Hubraum die halbe Literleistung bei der halben Drehzahl.
Daß man bei den oben zitierten Autos diesen Weg nicht extrem weitergeht hat 2 Gründe:
1. Marketing. Z.B. ein M5 mit Zwölfzylinder könnte bei gleichem Hubraum noch etwas mehr Leistung (Dritte Wurzel aus dem Unterschied an Größe der Einzelhubräume, also etwas über 6%) als der verwendete Zehnzylinder entwickeln. Aber Zwölfer soll es nur für den 7er geben.
2. Technik. Das Drehzahlband würde sich immer weiter nach oben verschieben. Das ist irgendwann nicht mehr sinnvoll.
Gruß,
Thomas
P.S.: Ich persönlich halte das Hochdrehzahlkonzept ohnehin für einen Irrweg und bevorzuge eine moderate Aufladung in Verbindung mit größeren Einzelhubräumen für eine starke Kraft von untenraus.
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20 Antworten
ob das was mit der verbrennung zu tun hat, bezweifle ich.
wenn du nur die geometrischen faktoren, die die verbrennung beeinflussen, betrachten willst, dann macht es sinn, wenn man das verhältnis zwischen hub und bohrung sich anschaut.
dieses beeinflusst die entstehung von rohemissionen, die flammengeschwindigkeit, klopfneigung, im guten maße die drehzahlgrenze uvm.
man kann an dieser stelle ein fass ohne boden öffnen. ich denke, BMW macht das ganz gut.
Wie mein Vorredner schon sagte, bei diesem Thema könnte man endlos werden.
Deshalb nur das Allernötigste:
Ein, wie auch immer definiertes, "optimales" Zylindervolumen (Volumen pro Zylinder, nicht Gesamthubraum) läßt sich nicht pauschal beantworten. Wenn man bedenkt, daß Mopeds 50ccm in ihrem Einzylinder haben, Modellbaumotoren bis unter 1(!) ccm und große Schiffsmotoren mehrere Liter/Zylinder, sieht man, daß die Bandbreite riesig ist.
Aufs Auto bezogen spielt auch die Anzahl der Zylinder eine Rolle und weisen alle eine relativ typische Laufcharakteristik auf.
Des weiteren spielt die Ventilzahl und -größe, deren Hub, die Steuerzeiten, die Brennraumform, die Auslegung der Ansaug- und Auspuffkanäle, die Art der Gemischaufbereitung, das Bohrung-/Hubverhältnis, die vorhandenen Maßnahmen zur Abgasreinigung und die Verdichtung eine Rolle.
Bei aufgeladenen Motoren spielt natürlich die Art der Aufladung, der Ladedruck, dessen Verlauf über das Drehzahlband und die Güte der Ladeluftkühlung eine Rolle.
Die Kunst ist nun, alle Parameter so aufeinander abzustimmen, daß man die gewünschte Motorcharakteristik erhält.
Gruß,
Thomas
Kann es sein, dass diese "Gleichmacherei" bei BMW überwiegend wirtschaftliche Gründe hat? Alle 500cm³ das heißt Kolben, Motorblock, Pleuel, Motorblock, Kurbelwelle, ... alles gleich für 5 verschiedene Autos. Schaut man sich mal bei den verschiedenen Herstellern um, dann scheint es zumindest ein gutes Maß 4Zylindern 2Liter und 6Zylindern 3Liter zu verpassen. Ansonsten gibt es da sicher "Toleranzen", 400 oder 600cm³ sind genauso richtig oder falsch.
Zitat:
Original geschrieben von ronmann
Kann es sein, dass diese "Gleichmacherei" bei BMW überwiegend wirtschaftliche Gründe hat? Alle 500cm³ das heißt Kolben, Motorblock, Pleuel, Motorblock, Kurbelwelle, ... alles gleich für 5 verschiedene Autos.
...das könnte auch u.a. daran liegen, dass BMW in verschiedene Autos die gleichen Motoren einbaut. 
Das hat mit Sicherheit auch wirtschaftliche Gründe. Wäre ja doof, 5 verschiedene 3-Liter-6-Zylinder für 3er, 5er, 6er, X3 und 7er zu entwickeln...
Man sagt, dass bei einem Hubraum von 0,5l pro Zylinder die höchste Literleistung erzielt werden kann. Kann man auch in der Literatur nachlesen... Weiß aber leider nicht mehr wo ich das gelesen hab.
Beispiel: Honda S2000 höchste Literleistung aus einem Serien-Saug-Motor
240PS@8300min^-1 aus 1997cm^3 Hubraum.
Natürlich wird es auch Ausnahmen geben, aber Saugmotoren mit hoher Literleistung (z.B. S52,S54), werden immer so um die 0,5l Hubraum pro Zylinder liegen.
Zitat:
Original geschrieben von marcel301619
Man sagt, dass bei einem Hubraum von 0,5l pro Zylinder die höchste Literleistung erzielt werden kann. Kann man auch in der Literatur nachlesen... Weiß aber leider nicht mehr wo ich das gelesen hab.
Das stimmt definitiv nicht.
Je kleiner der Einzelhubraum, desto höher die mögliche Literleistung.
Grund: die möglichen freien Ventilquerschnitte sind im Verhältnis zum Hubraum umso größer, je kleiner der Einzelhubraum, die limitierenden Kolbengeschwindigkeiten umso kleiner. Modellmotoren beispielsweise können bis über 20.000 U/min drehen.
Gruß,
Thomas
Formel1-Motoren haben doch auch "nur" 3 Liter Hubraum und 10 Zylinder... Da kommt dann ne Literleistung von 300 PS raus, die auch über die Drehzahl erreicht wird. Interessant wäre natürlich, wie viel Leistung aus nem 6-Zylinder mit 3 Litern wirklich machbar wäre... Da kenn ich mich leider überhaupt nicht aus... Klingt aber logisch, dass je weniger Hub, desto weniger Weg, desto höher die mögliche Drehzahl...
Gruß
Jan
PS: interessant wäre für mich noch die Erklärung, wo das Drehmoment herkommt...
Das Drehmoment kommt eher vom langen Hub, die Drehfreudigkeit eher vom kurzen Hub. Wenn man unbedingt viel Drehzahl und Leistung aus dem Standart6Zylinderblock rauskitzeln will, dann kommtsowas wie der letzte M3 raus. Langhubig (weil der Kolbendurchmesser nicht mehr wachsen konnte, kein Platz) und damit gegen die normalen "Sportmotorenregeln" und trotzdem war der drehwillig, hohe Literleistung, ... Deshalb denke ich man hat da wirklich viel Spielraum in alle Richtungen, man muss eben nur das Gesamtkonzept optimieren.
Zitat:
Original geschrieben von thoelz
Zitat:
Original geschrieben von marcel301619
Man sagt, dass bei einem Hubraum von 0,5l pro Zylinder die höchste Literleistung erzielt werden kann. Kann man auch in der Literatur nachlesen... Weiß aber leider nicht mehr wo ich das gelesen hab.
Das stimmt definitiv nicht.
Je kleiner der Einzelhubraum, desto höher die mögliche Literleistung.
Grund: die möglichen freien Ventilquerschnitte sind im Verhältnis zum Hubraum umso größer, je kleiner der Einzelhubraum, die limitierenden Kolbengeschwindigkeiten umso kleiner. Modellmotoren beispielsweise können bis über 20.000 U/min drehen.
Gruß,
Thomas
Dann nenn mir doch mal einen Pkw-Saug-Motor, bei dem das nicht der Fall ist! Modellmotoren und Formel 1 ist wieder ne andere Welt! In der paktischen Anwendung bei Pkw-Motoren ist meine Aussage richtig, da steh ich auch dahinter!
Alle Serien-Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung haben um die 0,5l pro Zylinder:
e90 M3 -> 4l - 8Zyl. - 105PS/l
B7 RS4 -> 4,2l - 8Zyl. - 100PS/l
e60 M5 -> 5l - 10 Zyl. - 101PS/l
aktueller Civic Type R -> 2l - 4Zyl - 100Ps/l
S2000 -> 2l - 4Zyl. - 120Ps/l
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Die Liste könnte beliebig verlängert werden.
Zitat:
Original geschrieben von marcel301619
Zitat:
Dann nenn mir doch mal einen Pkw-Saug-Motor, bei dem das nicht der Fall ist! Modellmotoren und Formel 1 ist wieder ne andere Welt! In der paktischen Anwendung bei Pkw-Motoren ist meine Aussage richtig, da steh ich auch dahinter!
Alle Serien-Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung haben um die 0,5l pro Zylinder:
e90 M3 -> 4l - 8Zyl. - 105PS/l
B7 RS4 -> 4,2l - 8Zyl. - 100PS/l
e60 M5 -> 5l - 10 Zyl. - 101PS/l
aktueller Civic Type R -> 2l - 4Zyl - 100Ps/l
S2000 -> 2l - 4Zyl. - 120Ps/l
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Die Liste könnte beliebig verlängert werden.
Also gut, jetzt muß ich wohl doch ausführlicher werden: Daß im Automobilbau viele Sportmotoren mit Hochdrehzahlkonzept/hoher Literleistung um die 0,5l pro Zylinder haben, ist ja durchaus richtig. Dennoch ist es so, daß die erreichbare Literleistung umso größer ist, je kleiner die Einzelhubräume sind.
Woher kommt dieser, nur scheinbare, Widerspruch?
Die o.g. Motoren haben, da sie zumeist die Spitzenmotorisierung einer Baureihe darstellen, im absoluten Hubraum natürlich auch an meisten.
Da z.B. ein 550i 4,8l hat, würde ein M5 mit weniger Hubraum modellpolitisch seltsam aussehen. Außerdem hätte er dann, da ja nicht aufgeladen, weniger Drehmoment untenherum als das zweitgrößte Modell.
Dies verbietet kleine Einzelhubräume.
Ein E60 M5 mit beispielsweise 0,3l/Zylinder hätte ein Gesamthubraum von „nur“ 3,0l. Selbst wenn wegen der kleinen Einzelhubräume 115PS/l erreichbar wären, wäre die Gesamtleistung dann mit 345 PS geringer als die des 550i. Würde keinen Sinn machen.
Weshalb nun steigt die realisierbare Literleistung mit kleiner werdenden Einzelhubräumen, oder im Umkehrschluß: weshalb fällt sie bei größeren?
Man denke sich einen beliebigen Zylinder und konstruiere gedanklich seinen großen Bruder, der in allen Abmessungen um den Faktor doppelt so großer sei.
Was wären die Folgen?
Der Hubraum würde sich verachtfachen (dritte Potenz). Die Saugrohr-, Ventil und Kanalquerschnittsflächen als leistungsbestimmende Komponenten würden sich lediglich vervierfachen (zweite Potenz). Also nur halb so stark steigen.
Der Hub wäre doppelt so hoch, das heißt die kritische Kolbengeschwindigkeit wäre bei der halben Drehzahl erreicht.
Somit hat bei gleicher Bauart –rechnerisch- der Motor mit dem 8x so großen Hubraum die halbe Literleistung bei der halben Drehzahl.
Daß man bei den oben zitierten Autos diesen Weg nicht extrem weitergeht hat 2 Gründe:
1. Marketing. Z.B. ein M5 mit Zwölfzylinder könnte bei gleichem Hubraum noch etwas mehr Leistung (Dritte Wurzel aus dem Unterschied an Größe der Einzelhubräume, also etwas über 6%) als der verwendete Zehnzylinder entwickeln. Aber Zwölfer soll es nur für den 7er geben.
2. Technik. Das Drehzahlband würde sich immer weiter nach oben verschieben. Das ist irgendwann nicht mehr sinnvoll.
Gruß,
Thomas
P.S.: Ich persönlich halte das Hochdrehzahlkonzept ohnehin für einen Irrweg und bevorzuge eine moderate Aufladung in Verbindung mit größeren Einzelhubräumen für eine starke Kraft von untenraus.
Also waren der 3Liter-8Zylinder und der 2Liter-6Zylinder der Vergangenheit theoretisch gar nicht so dumm. Seinerzeit bekam man aus 2Litern 133PS bei Mercedes (4Zylinder) und ..., bei BMW gab´s 150. Leider hatte jeweils der kleinste 4-6-8Zylinder den gleichen Verbauch wie des nächstgrößeren, bei logischerweise weniger Leistung. Ist das eigentlich besser geworden als vor 10...20Jahren. Nicht wirklich, oder?
Habe ich einen Beispiel-Zylinder mit einer Grundfläche von z.B. 20 cm² und einen Hub von 20 cm habe ich ein Hubraum von 400 cm³.
Verdopple ich die Grundfläche auf 40 cm² und verdopple ich den Hub auf 40 cm ist der Hubraum nun 1600 cm³. Also den Vierfachen Hubraum ????
Hi Hölz schick mir mal ne Mail damit ich deine E-Mailadresse habe !!!!
Gruss Thomas
thoelz:
Ich sag ja nicht dass du unrecht hast, wir reden glaub etwas aneinander vorbei.
ABER: In der Praxis hat sich das ganze eben so durchgesetzt! Die 0,5l werden wohl auch einen Kompromiss aus mehreren Zielfaktoren darstellen! (Wirtschaftlichkeit, Drehmomentverlauf, Emissionen,...)
Firmenpolitisch dürfts ja beispielsweise bei der S2000 keine Probleme gegeben haben, da es sie ja nur mit der einen Motorisierung gibt.
Und wie schon von dir erwähnt ein Motor mit vielen kleinen, leichteren Kolben und weniger Hub könnte zwar höher drehen und somit evtl. auch eine höhere Leistung erzielen, aber die Fahrbarkeit muss bei einem Serien-Fahrzeug eben auch gegeben sein!
Gruß Marcel
Zitat:
Original geschrieben von ronmann
Also waren der 3Liter-8Zylinder und der 2Liter-6Zylinder der Vergangenheit theoretisch gar nicht so dumm. Seinerzeit bekam man aus 2Litern 133PS bei Mercedes (4Zylinder) und ..., bei BMW gab´s 150. Leider hatte jeweils der kleinste 4-6-8Zylinder den gleichen Verbauch wie des nächstgrößeren, bei logischerweise weniger Leistung. Ist das eigentlich besser geworden als vor 10...20Jahren. Nicht wirklich, oder?
Ja, aber nur theoretisch.
Das Problem der jeweils hubraumschwächsten Versionen einer Motorfamilie war und ist, daß sie auf dem gleichen Block wie die hubraumgrößeren Versionen basieren. Somit haben sie annähernd die gleichen Verluste (Reibleistung, Nebenaggregate etc.) wie die größeren Versionen. Wegen des kleineren Hubraums leidet die Durchzugskraft. Deshalb muß das Übersetzungsverhältnis angepaßt werde, weshalb das Drehzahlniveau steigt. Dies führt, wie Du schon gesagt hast, dazu, daß der Verbrauch trotz Minderleistung, üblicherweise auf demselben Niveau liegt.
Um den Verbrauch zu senken, kann man auf einen komplett kleineren Motorblock zurückgreifen.
VW führt das zur Zeit schrittweise ein. Um nur ein Beispiel von vielen zu nennen: So wird z.B. der olle 1,6l Saufkopf, der auf dem großen EA 827-Block basiert, durch einen aufgeladenen, kleineren Motor ersetzt, der auf dem EA 801/811 Block basiert.
Gruß,
Thomas