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Bei dem Verdichtungsverhältnis handelt es sich um ein Volumenverhältnis, welches Auskunft darüber gibt, von welchem Ausgangsvolumen das Gemisch im Verbrennungsmotor in ein Endvolumen verdichtet wird. Unterschieden wird zwischen geometrischem Verdichtungsverhältnis und effektiven Verdichtungsverhältnis.
Durch eine Erhöhung des Verdichtungsverhältnisses wird der thermische Wirkungsgrad in einem Motor verbessert.
Inhaltsverzeichnis
Geometrisches Verdichtungsverhältnis
Als Geometisches Verdichtungsverhältnis εg bezeichnet man bei Verbrennungsmotoren das Verhältnis des gesamten Zylinderraumes vor der Verdichtung (Gesamtvolumen, Der Kolben steht im unteren Totpunkt ) zum verbliebenen Raum nach der Verdichtung (Restvolumen, der Kolbensteht im oberen Totpunkt)
Formel für εg
Das geometrische Verdichtungsverhältnis kann auch als Formel wieder gegeben werden:
εg = (Vh + Vk) / Vk
- Hubvolumen = Vh
- Kompressionsvolumen (Restvolumen) = Vk oder Vc
- Gesamtvolumen = Vh + Vk
Effektives Verdichtungsverhältnis
Das Effektive Verdichtungsverhältnis εe berücksichtigt beim Volumenverhältnis die Auslasssteuerzeit. Es wird nicht das Hubvolumen Vh, also das gesamte Hubvolumen des Zylinders einkalkuliert, sondern nur der effektive Hub bzw. der Verdichtungshub. Denn die Verdichtung kann grob betrachtet erst dann einsetzten, wenn die Oberkante des Auslasses durch den Kolben verschlossen wird.
Formel für εe
Das effektive Verdichtungsverhältnis kann auch als Formel wieder gegeben werden:
εe = (Vhe + Vk) / Vk
- Effektives Hubvolumen = Vhe
- Kompressionsvolumen (Restvolumen) = Vk oder Vc
- Gesamtvolumen = Vhe + Vk
Um das effektive Hubvolumen zu erhalten, misst man zunächst die Strecke h zwischen Auslassoberkante und OT in mm. Diesen Wert setzt man nun in die Formel zur Errechnung des Zylindervolumens ein, wobei r der Radius des Zylinders ist (Bohrung geteilt durch 2):
Vhe = Π * r2 * h
Einflüsse auf das Verdichtungsverhältnis
Bei den Einflüssen auf das Verdichtungsverhältnis ist darauf zu achten, dass es im geometrischen als auch effektiven Verdichtungsverhältnis nicht zugleich zu einer Veränderung führen kann.
Brennraumkuppel
In Bearbeitung.
Quetschkante
Die Quetschkante kann für geringfügige Veränderungen des Verdichtungsverhältnisses verändert werden. Ein Abplanen der Dichtfläche und somit eine Verkleinerung der Quetschkante bewirkt eine Vergrößerung sowohl des geometrischen als auch effektiven Verdichtungsverhältnisses.
Eine Vergrößerung der Quetschkante durch Hinzufügen einer Kopf- oder Fußdichtung bewirkt eine Verkleinerung sowohl des geometrischen als auch effektiven Verdichtungsverhältnisses.
Bei hochverdichteten Motoren ist das Einhalten eines bestimmten Quetschkantenmaßes wichtig, da die Quetschkante unter Anderem dafür sorgt, dass sich keine irregulären Verbrennungsabläufe bilden.
Auslassgeometrie und Position
Durch das Erweitern des Auslasses in Richtung OT wird der effektive Hub und somit die effektive Verdichtung verringert. Das geometrische Verdichtungsverhältnis hingegen verändert sich nicht.
Eine Verbreiterung des Auslasses in Richtung Zylinderstehbolzen verringert die effektive Verdichtung nicht, erzeugt aber wesentlich mehr Auslassfläche bzw. Vorauslassfläche.
Ein Abdrehen des Zylinders am Zylinderfuß und eine gleichzeitige Hinzufügung einer Kopfdichtung entsprechend dem Abdrehmaß bewirkt eine Erhöhung der effektiven Verdichtung. Das geometrische Verdichtungsverhältnis hingegen verändert sich nicht.
Ein Höhersetzten des Zylinders durch eine entsprechende Fußdichtung bewirkt, dass die effektive Verdichtung reduziert wird. Wird der Zylinder an der Zylinderoberkante nun um das Maß der Fußdichtung abgedreht, verändert sich das effektive Verdichtungsverhältnis nicht. Das geometrische Verdichtungsverhältnis hingegen verändert sich nicht.
Hubraumerweiterungen
Kurbelwellen können einen Einfluss auf das Verdichtungsverhältnis haben. Wird der Hubraum mit Verwendung des gleichen Zylinderkopfes durch eine Langhubwelle erweitert, wird das geometrische Verdichtungsverhältnis erhöht. Das effektive Verdichtungsverhältnis ist hierbei abhängig von der Art den mehrhubbedingten Ausgleichsdichtungen am Zylinder. Kopfdichtungen als Ausgleich vergrößern das effektive Verdichtungsverhältnis. Wird zum Ausgleich nur eine Fußdichtung verwendet, ändert sich das effektive Verdichtungsverhältnis nicht. Das geometrische Verdichtungsverhältnis wird größer.
Sonderfälle
Zweifelsohne gibt es auch Veränderungen am Motorsetup, welche nicht das Verdichtungsverhältnis verändern (sowohl geometrisch als auch effektiv). Das Verdichtungsverhältnis insgesamt bleibt gleich, doch durch die Veränderungen können irreguläre Verbrennungsabläufe hervorgerufen werden.
Auspuffanlagen
Durch den Einsatz von (Resonanz-)Auspuffanlagen kann sich der Füllungsgrad auf Grund von zusätzlichem Kraftstoffgemisch im Zylinder erhöhen und somit der thermische Wirkungsgrad in bestimmten Drehzahlbereichen. Das Verdichtungsverhältnis wird zwar nicht verändert, jedoch können Spitzendrücke durch das Mehr an umgesetzter chemischer Energie entstehen, die im Zylinder zu irregulären Verbrennungsabläufen führen.
Zündzeitpunkt
In Bearbeitung.