Was ist der elastische Bereich beim Motor? – Aufklärung

Elastischer Bereich von Verbrennungsmotoren

Der elastische Bereich eines Verbrennungsmotors ist der Drehzahlbereich vom maximalen Motordrehmoment zur maximalen Motorleistung.

Begriffliche Definitionen

Um den Begriff des elastischen Bereiches eines Motors zu verstehen, müssen die damit verbundenen Größen erklärt und definiert werden. Es sind dies das Motordrehmoment M (in Nm), die Motordrehzahl n (in ¹/_min.) und die Motorleistung P (in KW).

Beschreibung Drehmoment

Zu einem Drehmoment gehört immer ein Hebelarm und eine senkrecht auf diesem Hebelarm wirkende Kraft. Das entstehende Drehmoment (Nm) setzt sich nun zusammen aus dem Produkt Kraft (N) mal Hebelarm (m). Dabei ist von entscheidender Bedeutung, dass die Richtung dieser Kraft immer senkrecht auf den zur Verfügung stehenden Hebelarm zeigt.

Besonderheit Motordrehmoment

Beim Verbrennungsmotor wird die oszillierende Bewegung des Kolbens über die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen. Dadurch ist der Winkel von Pleuelstange zum Kurbelwellenradius eine Funktion der Winkelstellung der Kurbelwelle und daher durch deren Rotation ständig veränderlich. Die Kraft, welche durch die Pleuelstange auf die Kurbelwelle übertragen wird, muss daher in Komponenten zerlegt werden. Nur die Kraftkomponente, die senkrecht auf den Kurbelwellenradius wirkt, erzeugt das Motordrehmoment.

Motordrehzahl

Die Motordrehzahl (in ¹/_min.) ist die Anzahl an Umdrehungen, welche die Kurbelwelle in einer Minute zurücklegt.

Definition Motorleistung

Motorleistung, Motordrehmoment und Motordrehzahl stehen in folgender Beziehung zueinander:

Motorleistung = Motordrehmoment * Motordrehzahl * ¹/₉₅₅₀

P = M * n * ¹/₉₅₅₀

P in KW
M in Nm
n in ¹/_min.

Motorkennlinien

Eine Motorkennlinie ist eine graphische Aufzeichnung von Motorleistung und Motordrehmoment über den gesamten Drehzahlbereich des Motors. Auf der Abszisse dieser Aufzeichnung ist die Motordrehzahl n in ¹/_min. angegeben. Auf der Ordinate werden das Motordrehmoment M in Nm und die Motorleistung P in KW aufgetragen.

Kennlinie des Motordrehmomentes

Bei Verbrennungsmotoren ist die Kennlinie des Drehmomentes eine flach ansteigende Kurve, die im unteren Drehzahlbereich bei etwa 1000 ¹/_min. beginnt und dort den niedrigsten Wert an Motorleistung einnimmt. Mit steigender Motordrehzahl steigt diese Kennlinie leicht degressiv an, erreicht im mittleren Drehzahlbereich bei etwa 2500 ¹/_min. ihr Maximum und fällt bei weiterer Drehzahlsteigerung wieder ab.

Kennlinie der Motorleistung

Die Kennlinie der Motorleistung beginnt ebenfalls im unteren Drehzahlbereich bei etwa 1500 ¹/_min., hat jedoch dort einen wesentlich niedrigeren Wert an Motorleistung als die Kennlinie des Motordrehmomentes. Die Leistungskennlinie steigt ebenfalls degressiv an, verläuft allerdings wesentlich steiler als die Drehmomentkennlinie. In einem verhältnismäßig hohen Drehzahlbereich von etwa 5000 bis 5500 ¹/_min. erreicht die Kennlinie der Motorleistung ihr Maximum und fällt dann bei weiterer Steigerung der Motordrehzahl wieder ab.

Zahlenmäßige Definition des elastischen Bereiches

Der elastische Bereich von Verbrennungsmotoren ist von zahlreichen Bauartparametern abhängig. Zwei wichtige Parameter sind der Hubraum und das Verdichtungsverhältnis. Zahlenmäßig liegt der elastische Bereich eines Verbrennungsmotors in einem Drehzahlbereich von etwa 2500 bis 5500 ¹/_min..

Fazit

Der wesentlich steilere Anstieg der Leistungskennlinie im Vergleich zur Drehmomentkennlinie ist durch die Definition der Motorleistung begründet. In dieser Definition kommen das Motordrehmoment und die Motordrehzahl vor, welche beide als Faktoren miteinander multipliziert werden. Es ist leicht einzusehen, dass alleine eine Steigerung der Motordrehzahl schon zu einem nahezu proportionalen Anstieg der Motorleistung führt. Dies ist selbst dann der Fall, wenn das Motordrehmoment annähernd gleich bleibt.

Der elastische Bereich eines Verbrennungsmotors wird in der Praxis auch noch als das nutzbare Drehzahlband bezeichnet. Es handelt sich um denjenigen Drehzahlbereich, bei welchem der Motor ein möglichst großes Drehmoment erzeugt. Durch Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses kann der elastische Bereich eines Verbrennungsmotors vergrößert werden.

In der Praxis enthält ein Kennlinien-Diagramm von Motorkennlinien meist noch eine weitere Kennlinie, welche den spezifischen Kraftstoffverbrauch in ^g/_kWh beschreibt.