von 44_TR » Fr 11. Feb 2011, 21:32
Hallo,
ich versuche mal die Physik zu bemühen.
Damit das Gesamtsystem Motor ruhig läuft, muss die Gesamtheit aus Kurbelelle mit Pleuel und Kolben, sowie Schwungscheibe und Schwingungsdämpfer möglichst vibrationsarm laufen - ansonsten würde es nicht nur zu "unangenehmen" Vibrationen, sondern ggf. auch zu frühzeitigen Ermüdungsbrüchen durch Schwingungsrisse kommen. (Letztlich ist aber auch die Nckenwelle und der Ventiltrieb im Schwingungssystem mit einbezogen.)
Also sollte das Gesamtsystem "auf Null" gewuchtet werden - dies wird sicherlich aus Kostengründen nicht im Werk gemacht. Auch das auslitern der Ansaugwege und Brennräume wird kaum im Werk durchgeführt.
Prinzipbedingt muss diese Masse vorhanden sein, um den Kolben über den unteren Totpunkt zu bringen und das Krafstoff -Luft-Gemisch zu verdichten.
Ein Einzylinder ohne große Rotationsenergie würde also kaum funktionieren.
Je mehr zylinder der Motor hat, umso unbedeutender wird diese Rotationsmasse, weil die anderen Zylinder den Kolen ja über den unteren Totpunkt bringen und nach oben drücken.
Mein Standpunkt zum Erleichtern der Kurbelwelle (ganz emotionslos) - rein von der Physik her betrachtet:
Ein rotierender Zylinder - in grober Näherung die Kurbelwange (mit Pleuel und Kolben) hat ein
Massenträgheitsmoment : J = 0,5 * m *r *r (angenommen in erster Näherung ein "rotierender Vollzylinder")
Also Massenträgheit nimmt zu:
1. mit höherer Masse (der Kurbelwange),
2. mit größerem Durchmesser (der Kurbelwange)
oder mgekehrt:
Also Massenträgheit nimmt ab:
1. mit geringerer Masse (der Kurbelwange),
2. mit kleinerem Durchmesser (der Kurbelwange)
Die Rotationsenergie: E = 0,5 * J * omega * omega (angenommen in erster Näherung wieder ein "rotierender Vollzylinder")
(omega = 2 * Pi * Frequwnz), Frequenz entspricht der Drehzahl pro Sekunde
Das bedeutet dann, dass die Energie die zum Beschleunigen der Kurbelwellenmasse benötigt wird
1. proportional mit der Masse zunimmt
2. quadratisch mit der Drehzahl zunimmt.
Da der Energieerhaltungssatz (auch in Audiforen) gilt, bleibt diese Energie in der Kurbelwelle gespeichert.
Für den "Ottonormalfahrer" bedeutet die hohe Masse einer Kurbelwelle also eine gewisse (gewollte) Trägheit beim Beschleunigen und Abtouren und macht den Motor leichter "handhabbar".
Da die Drehzahl aber quadratisch Einfluss auf die Rotationsenergie hat, ist ein niedriges Massenträgheitsmoment besser.
Der Durchmesser der Kurbelwelle (entspricht Kolbenhub) ist ja gewissermaßen vorgegeben. Man beachte hier Hubraumerweiterung auf 2,5 Liter wirkt sich negativ aufs Massenträgheitsmoment aus - Radius mimmt zu)
Das Verhältnis von Bohrung zu Hub ist ja auch ein Kriterium für Drehmomentauslegung oder Drefreudigkeit.
Bei der Erleichterung von Motorteilen geht es ja um "Leistungssteigerung". Das "mehr an Leistung" wird in der Regel ja mit höheren Drehzahlen und einer Verschiebung des Drehmomentmaximums nach höheren Drehzahlen erreicht.
Wenn man sich die Punkte von oben noch mal anschaut, dann ist also bei einem "erleichterten Kurbeltrieb" weniger Energie nötig um den Motor "hochzudrehen" Ist der Motor aber auf konstanter Drehzahl, dann hat er ja eine bestimmte "Rotationsenergie" - die Rotationsenergie ist dann mit schwererer Kurbelwelle auch höher, da die Masse höher ist.
Die Energie des Benzins soll ja aber nicht verwendet werden um die Kurbelwelle rotieren zu lassen, sondern um das Fahrzeug "voranzutreiben" - ist also eher von Nachteil.
Kurbelwellenerleichterung sollte (reine Physik)
Also aus Sicht der Drehfreudigkeit ganz klar ein Plus sein,
da die benötigte Energie zum Rotieren (beschleunigen) der Kurbelwelle geringer ist. Bei Hubrauerweierung auf 2,5 Liter also quasi ein MUSS.
Wenn das Fahrzeug eine bestimmt Geschwindigkeit hat, dann steckt die höhere Rotationsenergie (der schweren Kurbelwelle) im Antriebsstrang und die Leistung steht "stabiler" an. Also ein kleiner Nachteil.
Die niedrigere Gesamtmasse, die Panschverluste - das alles spricht somit für eine Erleichterung im Zusammenhang mit Leistungssteigerung.
Für den Ottonomalfahrer dürften die Nachteile durch den "nervöseren" Motor eher von Nachteil sein.
ich nehme mich da nicht aus - ich hatte neben vielen Audis auch schon ein paar "kurzhubige" BMWs - deren Leistungsentfaltung ich nicht mag... zumindest meistens..
Wie sich das im einzelnen bei jedem Motor auswirkt - ich finde da stecken so viele weitere Faktoren drin, dass es da keine "Eindeutige" Lösung geben kann.
Meine beiden exakt baugleichen Audis haben eine total unterschiedliche Leistungscharakteristik - beide im Serienzustand...
Wenn der Materialabtrag im Bereich einer "standfesten" Lösung bleibt, die sportlichere (drehfreudigere) Charakteristik gewünscht ist, spricht aus meiner Sicht nichts dagegen.
Wenn ich mir die Kurbelwellen der 5-Zylinder so anschaue dann sind da noch etliche Reserven - trotzdem fahre ich seit 750.000km 5.Zylinder im Serientrim...
Ich hoffe ich bin jetzt niemandem auf die Füße getreten - denn ich habe ja nur meine Aufassung dargelegt.
In diesem Sinne
Gruß 44_TR
