Motorbremskraft

Reibung usw.

Denken Sie an all die beweglichen Teile in einem Motor: Es kostet bereits Kraft, Kolben, Ventile, Wellen und Riemen durch Reibung zu bewegen. Die Abhängigkeit zwischen Drehzahl und dieser Leistung ist nicht linear, erhöht man die Drehzahl um den Faktor 2, steigt die Leistung meist um einen Faktor größer 2. Die Aggregate verbrauchen auch Strom, und es heißt auch, dass der Getriebezug 10 stiehlt -20 % der Motorleistung.

Wenn also der Motor keinen Kraftstoff verbrennt, bremst dies alles das Auto.

Ich habe weder Zahlen noch Schätzungen der durch diese Effekte verursachten Bremsleistung. Es hängt auch stark von der Konstruktion und dem Design des gesamten Motors und des Antriebsstrangs ab.

Bremsleistung eines Benzinmotors

Ich würde sagen, Sie können die Bremsleistung aufgrund der Kompression abschätzen:

Nehmen wir an, im Ansaugkrümmer eines Benzinmotors herrscht absolutes Vakuum und sehen, was während der vier Takte passiert:

1. (Einlass) Der Kolben bewegt sich nach unten und arbeitet gegen den Umgebungsluftdruck im Kurbelgehäuse. Das kostet eine gewisse Energie.
2. (Kompression) Der Kolben bewegt sich nach oben, und da der Umgebungsdruck von unten drückt, gewinnt der Motor Energie zurück.
3. (Verbrennung) Dies ist das Gegenteil des zweiten Schlags, also hebt es den Energiegewinn aus diesem Schlag auf.
4. (Auspuff) Während sich der Kolben in der unteren Position befindet, öffnet das Auslassventil und Luft strömt aus dem Auspuffsystem ein. Während sich der Kolben nach oben bewegt, wird diese Luft wieder ausgestoßen. Der Druckunterschied über und unter dem Kolben ist jedoch nicht so hoch, sodass kein nennenswerter Energieverlust oder -gewinn entsteht.

Die gesamte "verlorene" Energie ist also die Energie, die benötigt wird, um den Kolben einmal gegen den Umgebungsdruck nach unten zu bewegen.

Diese Energie ist genau E=p*Vdort, wo p der Umgebungsdruck und V das verdrängte Volumen ist. Bei 1000 U/min macht ein Motor 16,6 Umdrehungen pro Sekunde oder 8,3 Ansaughübe (pro Zylinder)

Ein 1-Liter-Motor würde also 8,3 * 1013 hPa * 1 l = 1688 J pro Sekunde oder 1688 Watt oder 2,2 PS in die Kompression investieren. Bei 6000 U/min wären es 13,2 PS. Dies ist die "Bremskraft" aufgrund der Kompression.

Dies ist die geschätzte Obergrenze der Bremsleistung: In Wirklichkeit gibt es kein absolutes Vakuum, da die Drosselklappe nicht vollständig geschlossen ist. Dadurch wurde die Bremsleistung stark reduziert. Außerdem: Wenn ich mehr Informationen über den Druck im Zylinder während des ersten Hubs hätte, könnte ich eine bessere Einschätzung vornehmen.

Bremsleistung eines Dieselmotors

Was ich oben über die Kompression geschrieben habe, gilt nicht für einen Diesel, da er keine Drossel hat, sodass im ersten Hub immer Umgebungsdruck im Zylinder vorhanden ist. Die Energiebilanz ist Null.

Lkw haben jedoch spezielle Motorbremsen:

Auspuffbremsen verengen das Auspuffrohr, sodass der Motor Energie aufwenden muss, um den Auspuff gegen den Druck auszublasen, der sich im Auspuff aufbaut. Die Mathematik ist ungefähr die gleiche wie oben, man muss nur den Druck durch den durchschnittlichen Druck im Auspuff ersetzen. Wenn der Druck das Fünffache des Umgebungsdrucks beträgt, beträgt die Bremsleistung ebenfalls das Fünffache des oben berechneten Werts. Da ich den Druck nicht kenne, kann ich ihn nicht berechnen.

Jake-Bremsen bauen den Druck im Zylinder nach dem zweiten Hub ab, indem sie ein Ventil öffnen. Der Motor gewinnt also nicht die Energie zurück, die er zuvor in die Verdichtung investiert hat. Aus physikalischer Sicht gibt es zwei Formeln, um dies zu beschreiben:

• Adiabatischer Prozess:
  Wenn Sie Luft komprimieren, wird sie heiß, und heiße Luft erzeugt mehr Druck. Dies macht die Formel zur Berechnung der für die Kompression aufgewendeten (und durch Entlüftung verlorenen) Energie etwas komplex:
  E=p1*V1/(K-1) * (1- ( V1/V2)^(K-1))
p1ist Umgebungsdruck, V1ist das Volumen vor der Kompression (oder nur die Verdrängung), V2das Volumen nach der Kompression (in der Größenordnung von 1/20 to 1/30 von V1) und Kist eine Konstante von etwa 1,3. Nehmen wir 1/30 und den 1-l-Motor bei 1000 U / min, und die Leistung beträgt ungefähr 5000 W oder 6,1 PS.

• Isothermer Prozess: Angenommen, die beim Verdichten entstehende Wärme wird an Zylinder und Kolben abgeführt, sodass die Temperatur konstant bleibt. In diesem Fall ist die Formel weniger komplex, mit der gleichen Bedeutung der Parameter wie oben:
  E=p1*V1*ln(V1/V2)Unter Verwendung der gleichen Bedingungen wie oben ergibt dies 2860 W oder 3,8 PS.

In Wirklichkeit leitet die Luft im Zylinder einen Teil der Wärme ab, sodass die Wahrheit irgendwo zwischen den beiden Formeln liegt.

Ich liebe Motorbremsen, aber es war mir immer ein Rätsel, wie es funktioniert. Liest man sich das durch, sieht es so aus:

1. Wenn Sie den Gashebel schließen (Gas loslassen), schließt dies offensichtlich die Drosselklappe und unterbricht die Luftzufuhr zum Motor
2. Durch die unterbrochene Luftzufuhr entsteht ein kleiner Unterdruck
3. Die Einlassventile des Motors öffnen immer noch, wenn sie es sollen, also kämpfen die Kolben jetzt gegen dieses Vakuum, um ihre Bewegung fortzusetzen
4. Der Kampf gegen das Vakuum verlangsamt die Kolben, danach verlangsamt sich alles (Kurbelwelle, Getriebe, dann Räder)

Auf dieser Grundlage klingt es also so, als wären zwei Dinge für eine effektive Motorbremsung von zentraler Bedeutung:

1. Wie gut dichtet deine Drosselklappe im geschlossenen Zustand?
2. Wie gut dichten Ihre Kolbenringe gegen jede Zylinderwand ab?

Mir ist keine solche Formel bekannt. Der größte Einflussfaktor ist die Motordrehzahl, aber es gibt unzählige kleine Dinge, die die innere Reibung des Motors beeinflussen, und Ingenieure arbeiten seit Jahrzehnten daran, diese Reibung um winzige Beträge zu reduzieren. Jeder "Bremskoeffizient" oder was auch immer müsste eine empirisch gemessene Zahl sein.

Wenn der Gashebel geschlossen ist (und das Auto einen Gang eingelegt und die Kupplung eingerückt ist), zwingen die Räder des Autos den Motor zum Drehen, anstatt dass der Motor die Räder zum Drehen bringt. Bei geöffneter Drosselklappe dreht sich der Motor aufgrund kontrollierter Explosionen von Luft + Benzin in den Zylindern. Drosselklappe geschlossen bedeutet keine Luft, bedeutet keine Explosionen, bedeutet, dass alle Metallteile, die sich gegen Metallteile im Motor bewegen (Kolben kratzen an Zylinderwänden, auf der Kurbelwelle rotierende Kolbenenden, sich im Motorblock drehende Kurbelwelle usw. usw.), gedreht werden müssen durch die Räder des Autos, was die Räder (und das Auto) verlangsamt.

Die mechanische Reibung ist ein bedeutenderer Faktor als die Kompression und Expansion der Luft in den Zylindern. In modernen Motoren werden die Ventile, wenn die Zylinder für maximale Kraftstoffeffizienz deaktiviert werden, in einer geschlossenen Position gehalten, um die Reibung zu vermeiden, die durch das Ansaugen und Ausstoßen von Luft durch die Ventile ("Pumpverluste") verursacht würde. Mit anderen Worten, es wird viel Technik in die Entkopplung der Ventile vom Ventiltrieb gesteckt, damit sie geschlossen gehalten werden können, um die Effizienz zu verbessern.

„Indem die Einlass- und Auslassventile geschlossen gehalten werden, entsteht eine „Luftfeder“ in der Verbrennungskammer … [die Luft wird] während des Aufwärtshubs des Kolbens komprimiert und drückt den Kolben während seines Abwärtshubs nach unten. Die Kompression und Dekompression des eingeschlossene Abgase wirken ausgleichend – insgesamt entsteht praktisch keine Mehrbelastung des Motors.“

https://en.wikipedia.org/wiki/Variable_displacement