Verbrennungsmotor: Wirkungsgrad in Abhängigkeit von der Motortemperatur

  • Ich weiß nicht wo man am ehesten darüber diskutieren kann, daher versuche ich es mal hier.

    Mir hat mal jemand, der von sich behauptet etwas über Motoren zu wissen, gesagt, dass der haupt Effizienzvorteil von Downsizing darin liegt, dass die Motoren kleiner sind und weniger Material erhitzt werden muss, sodass weniger Energie darin verschwendet werden muss den Motorblock auf Betriebstemp. hochzuheizen. Die Vorteile wie geringere Drosselverluste + geringere innere Reibung seien ihm zur Folge zu vernachlässigen im Vergleich zu dem Hochheizen des Motorblocks.

    So, was ich nicht ganz nachvollziehen kann ist, der Motorblock erhitzt sich ja in erster Linie weil die ungewünschte Abwärme einfach vorhanden ist. D.h. es wird nicht gezielt Kraftstoff eingesetzt um den Block zu heizen, sondern es passiert einfach als ungewünschtes Nebenprodukt der Verbrennung/Gewinnung mechanischer Energie.

    Mir ist klar dass beim Kaltstart das Gemisch angefettet wird und dass dort ein kleinerer Motor einen geringen Vorteil hat weil er vermutlich schneller die Schwelle von ~30-40°C (geraten! wer hat genauere Daten zur Hand?) erreicht. Aber sobald Lambda 1 gefahren wird (angenommen ab ~40°C), wüsste ich nicht wieso die Größe des Motorblocks dann noch eine nennenswerte Rolle spielen soll? Dann braucht der größere Motor halt länger um von 40°C auf 90°C zu kommen, sollte doch für den Wirkungsgrad relativ egal sein oder nicht?


    Also noch mal, Thema Drosselverluste + innere Reibung sind klar und hier nicht das Thema, mir geht es nur um die These, dass es ab Lambda 1 immer noch einen Unterschied (hinsichtlich des effektiven Wirkungsgrades) machen soll wie viel Materialmasse auf Betriebstemp. gebracht werden "muss".

    Pauschale Aussagen wie "ein kalter Motor verbraucht mehr Sprit" bringen uns hier nicht weiter, belastbare Diagramme mit einer Lambda/Motortemp. Kennlinie und fundierte Aussagen warum es selbst ab Lambda 1 noch einen Unterschied machen soll schon eher.

  • Der Wirkungsgrad der meisten Thermodynamischen Zyklen erhöht sich wenn das delta Temp des Zyklus größer ist, da man auf die untere Temperatur keinen direkten Einfluss hat (Umgebungstemperatur, man versucht nur die Abgase so stark wie möglich auf diese Temperatur runterzukühlen kann sie aber nie untertreffen) erhöht man die obere Temperatur. Das ist auch der Grund warum viele heutige Autos unter Teillast die Kühlwassertemperatur erhöhen.

  • Ich weiß nicht ob ich dich richtig verstehe. Klar ist, dass man normalerweise bestrebt ist die Verbrennungsgase soweit zu expandieren dass sie Umgebungstemperatur erreichen (was ja eher ein theoretisches Ziel ist was praktisch nicht erreicht werden kann, man versucht sich dem aber mittels 5T Motor bzw. Atkinson Prozess zu nähern).

    Umgebungstemperatur wäre in dem Fall die Zylinderwand Temperatur, korrekt? Wenn man nun versucht mit einer Erhöhung der KüWa Temp. dieses Delta zu begünstigen, wird dann nicht die Verbrennung um ein ähnliches Maß heißer?

    D.h. als Beispiel:
    Kühlwasser = 90°C, Verbrennungstemp nach maximaler Expansion = 900°C => Delta 810K
    Kühlwasser = 120°C, Verbrennungstemp nach maximaler Expansion = 930°C => Delta 810K

    (sorry, ich habe 0 Plan von Thermodynamik :facepalm: ;( )

    Wenn ich mir nun den thermischen Wirkungsgrad des idealen Ottomotors anschaue, wird dieser Mit der Formel:
    1-1/[Verdichtung^(Cp/Cv-1)]
    beschrieben.

    Cp = spez. Wärmekapazität bei konstantem Druck
    Cv = spez. Wärmekapazität bei konstantem Volumen


    Und bei diesen beiden Größen (Cp Cv) hört es leider bei mir auf und ich komme nicht hinterher.

  • Der Motorblock erwärmt sich, weil der Wirkungsgrad von Ottomotoren einfach schlecht ist. Es wird nicht gezielt der Block erwärmt.
    Desto mehr Kühlflüssigkeit und Material desto länger dauert auch die Aufwärmphase. Allerdings steht die Menge an Kühlflüssigkeit auch im Verhältnis zum Hubraum, wiederum also mehr Wärme.
    Was man konkret auf Betriebstemperatur bringt sind Abgasbehandlungssysteme, Kat und Partikelfilter, allerdings sind mehre technische Möglichkeiten vorhanden und nicht zu pauschalisieren.

  • Doch, schon seit e39 Zeiten wird bei modernen Motoren die Ziel/regeltemperatur unter Teillastbereichen erhöht um die Effizienz zu steigern. Leider bin ich gerade im Ausland, sonst könnte ich z.B. das paper zum m62tu dazu hochladen.

  • Ich weiß, dass in meinem Motor erst ab 75 Grad Kühlwassertemperatur Lambda 1 gefahren wird.
    Das muss aber als 30 Jahre alter Motor nicht gerade repräsentativ für heutige Zeiten sein.
    Moderne Motoren schaffen das i.d.R. seeehr schnell, nach den ersten paar Sekunden habe ich mal gelesen.

    :val: :gulf: :qoi:

    '88 Mitsubishi Galant (4G37, 185tkm): Q8 F1 10W-50
    '96 Toyota Starlet (4E-FE, 190tkm): ROWE Synt. RSi 5W-40
    '03 Renault Clio (K4J, 120tkm): Shell Helix HX6 10W-40

    "Wir schaffen Institutionen, Regierungen und Schulen, um uns im Leben zu helfen, doch jede Institution entwickelt nach einer Weile die Tendenz, sich nicht mehr so zu verhalten, als sollte sie uns dienen, sondern als sollten wir ihr dienen. Das ist der Moment, wenn das Individuum mit ihnen in Konflikt gerät.“ - Miloš Forman

  • Auf der Seite deines Freundes:
    Um das ganze mit Hilfe von Motoröl zu erklären:
    Vgl. Viskosität bei 40° und bei 100°: Hier herrscht ein enormer Unterschied, der sich auch in der Reibung niederschlägt.
    Wobei auch das eher innermotorische Reibung ist.

    Auf deiner Seite:
    Was interessiert die Hersteller der Zeitraum, in dem der Motorblock aufgeheizt wird?
    Hersteller richten sich nach 110% nach den Test-Vorschriften aus. Dabei wird (zumindest im veralteten NEFZ) bei betriebswarmen Motor getestet.
    Wie sich herausgestellt hat interessiert es die Hersteller nicht, also wirklich überhaupt garnicht, wie sich die Verbräuche (und Schadstoffausstöße) in anderen Fahrzuständen verhalten.
    Wieso sollten Hersteller also Downsizing betreiben, um im Zustand eines nicht vollständig warmen Motors Kraftstoff zu sparen?
    Maximal ist es ein gern gesehener Nebeneffekt, mehr nicht.

  • Das hat wenig mit downsizing zu tun. Sondern mit Wärmeverlusten. Je weniger Wärme abgeführt werden muß, desto besser der Wirkungsgrad. Würde man den Motor bei mehreren hundert grad Block Temperatur betreiben, und dick einpacken, wäre der Energieverlust sehr gering. (Vor allem noch über das Abgas). Aber die Bauteile und das Schmiermittel würden das nicht verkraften. Aber es gab mal Versuche mit Keramik Motoren.

    Downsizing wirkt wesentlich mit innerer Reibung und Drosselverlusten. OK, über weniger Zylinder geht auch weniger Wärme verloren.

    Mazda RX8 ロータリーエンジン - Rōtarīenjin

    Motor: :ams: XL 10W-40
    Getriebe: :rav: VSG 75W-90
    Achsgetriebe: :ams: Severe Gear 75W-90

  • Ich weiß, dass in meinem Motor erst ab 75 Grad Kühlwassertemperatur Lambda 1 gefahren wird.
    Das muss aber als 30 Jahre alter Motor nicht gerade repräsentativ für heutige Zeiten sein.
    Moderne Motoren schaffen das i.d.R. seeehr schnell, nach den ersten paar Sekunden habe ich mal gelesen.

    In den Unterlagen zum VW EA888 (speziell SSP 522) ist hier von 6s die Rede, ab denen über eine im Laderflansch integrierte Lambdasonde bereits ein geregelter Betrieb gefahren wird. Zum schnellen Aufheizen wird ein ganzer Strauß von Maßnahmen angewandt:

    Geregelte Wasserpumpe (Drehschiebersteuerung)
    Im Kopf integrierter Abgaskrümmer
    Zweizonen-Kühlkonzept
    Schaltbare Kolbenkühldüsen
    Zweistufige Ölpumpe
    seit etwa Anfang 2017 Einsatz von 0W-20 Öl (50800)

    Der kalte Motor wird anfangs mit stehendem Kühlmittel, kurz danach mit Minivolumenstrom gekühlt, primär Kopf und Lader. Erst mit steigender Erwärmung wird der Block mehr und mehr einbezogen und der Ölkühler zugeschaltet. Gleichzeitig wird den Abgasen durch den integrierten Abgaskrümmer und den wassergekühlten Lader maximale Wärme entzogen. In der Praxis schafft man es damit, dass der Motor nach 500m Fahrt und einem kurzen Ampelhalt schon 90° Kühlmitteltemperatur anzeigt (ja, ich weiß, Plateaufunktion...).

    Bei Teillast wird übrigens auf 107° Kühlmittel geregelt, bei höherer Last auf 85°.

    Der Warmlauf wird anfangs durch 3fache Direkteinspritzung beschleunigt. Kurz darauf wird auf 2fache Direkteinspritzung in den Ansaug- und Kompressionstakt gewechselt, Zündung dabei etwas auf spät. Über 45° wird dann bei Teillast auf Saugrohreinspritzung gewechselt. Erst bei höherer Last wird wieder die Direkteinspritzung aktiviert. Als Vorteil der Saugrohreinspritzung im Teillastbereich wird geringere Partikelemission und Senkung von Verbrauch/CO2 angeführt. Die Kraftstoffpumpe hat hier weniger mech. Verluste durch den geringeren Systemdruck.