3. Motorleistung und Mitteldruck

Motorenspezialisten unterhalten sich, so wie andere Ingenieure auch, oft über Zahlenwerte und Einheiten, ohne die physikalische Größe zu benennen. Irgendwie versteht man sich auch so. Beispielsweise fragt man nicht: „Wie ist die effektive Leistung deines Automotors?“, sondern: „Wie viel PS hat dein Automotor?“ Abgesehen davon, dass die Einheit PS schon seit 1972 gemäß den internationalen und deutschen Normen verboten ist, glaubt man irgendwie zu wissen, dass die Frage nach den PS die effektive Motorleistung meint. Gleiches gilt für die 200 g/(kWh). Irgendwie weiß man, dass damit der effektive spezifische Kraftstoffverbrauch gemeint ist. Und wenn man es ganz abkürzend formulieren möchte, dann sagt man einfach, dass der Motor „einen Verbrauch von 200 Gramm hat“.

Hinweis: In der Literatur finden sich zwei verschiedene Definitionen des Luftaufwandes. Manche Autoren verwenden im Nenner der Gleichung die Dichte der Umgebungsluft, manche die Dichte der Ladung im Saugrohr, also vor dem Zylinder. Bei einem Saugmotor (mit voll geöffneter Drosselklappe, falls er eine hat) unterscheiden sich diese zwei Dichten kaum, bei einem aufgeladenen Motor aber sehr. Wenn man den Motor als Ganzes beurteilen möchte, dann ist die erste Definition geeignet. Wenn man den Ladungswechsel beurteilen möchte, dann muss man die zweite Definition verwenden, was in dieser Arbeit auch getan wird.

Hinweis: Manchmal verwendet man auch den sogenannten Liefergrad λ_l. Dieser wird ähnlich wie der Luftaufwand berechnet. Man berücksichtigt aber nicht den Massenstrom durch den Motor, sondern den Anteil des Massenstromes, der nach dem Ladungswechsel auch im Zylinder zur Verfügung steht. Der Unterschied zwischen dem Luftaufwand und dem Liefergrad rührt daher, dass während des Ladungswechsels für kurze Zeit die Einlass- und die Auslassventile gleichzeitig geöffnet sind und dabei Frischladung direkt in den Auspuff gelangen könnte. Der Liefergrad ist also kleiner als der Luftaufwand. Weil dieses Durchspülen von Frischladung bei modernen Motoren aber meistens unerwünscht ist, unterscheiden sich die beiden Zahlenwerte kaum. Hinzu kommt, dass man die im Zylinder verbleibende Masse nicht messen kann, sondern sie mit aufwändigen Prozess-Simulationen berechnen muss. In dieser Arbeit wird deswegen nur der Luftaufwand verwendet.

Manche Autoren führen den Begriff des Gemischheizwertes ein. Darunter versteht man die Ausdrücke \( {{\left( \frac{p}{R \cdot T} \right)}_{\text{Saugrohr}}} \cdot \frac{{{H}_{\text{U}}}}{\lambda \cdot {{L}_{\min }}}\) bzw. \( {{\left( \frac{p}{R \cdot T} \right)}_{\text{Saugrohr}}} \cdot \frac{{{H}_{\text{U}}}}{\lambda \cdot {{L}_{\min }}+1}\).

Hinweis: Durch optimale Abstimmung der Saugrohrlänge beim modernen Ottomotor (mit der Drehzahl variable Saugrohrlänge) können sogar λ_a-Werte größer als 1,0 erreicht werden. Das liegt darin begründet, dass Druckschwingungen im Saugrohr ausgenutzt werden. Der mittlere Druck im Saugrohr entspricht dann immer noch etwa dem Umgebungsdruck. Während der Einlassphase ist der Druck aber höher und in der Phase des geschlossenen Einlassventils entsprechend niedriger als der mittlere Saugrohrdruck.