Vollständige Version anzeigen : Funktionsprinzip
Hallo
An die Experten von euch. Verbrennungsmotoren arbeiten alle auf dem Prinzip der
Thermodynamischen Ausdehnung von Gas. Man nennt es auch anders auf dem
P........prinzip? Kennt das Wort einer von euch ? ?(
Danke
Ozzzi
Hi Ozzi,
naja, "thermodynamische Ausdehnung von Gas" ist kein Prinzip und das Attribut "thermodinamisch" hat mit Ausdehnung nichts zu tun. Vielmehr ist mit Hilfe der Thermodynamik eine Beschreibung von isobaren/isothermen/adiabatischen/polytropen ... "Pfaden" möglich, mit der ein Gas von einem thermodynamischen Zustand in einen anderen thermodynamischen Zustand übergehen kann.
Suchst Du nach dem Begriff "Carnot" oder "Stirling" ?
Gruss
Micha
Hallo
@ Bee
Mit thermodynamische Ausdehnung von Gas meinte ich
Kalte Luft durch erhitzen zur Ausdehnung zu bringen.
Dieses heißt irgendwas mit P.....Prinzip.
Ich wusste es mal is aber aus dem Kopf.
Kann am Essen liegen.Muh :D
Gruß
Ozzzi
Hallo
Es war nicht P... sondern E.....prinzip
Ich weis es wieder es ist das Enthalpieprinzip
Auf deutsch Wärmefunktion. :tongue:
Gruß
Ozzzi
Hi,
dann heisst es nicht "thermodynamische Ausdehnung von Luft", sondern "thermische Ausdehnung von Luft". (Ich böser Besserwisser.)
"Enthalpieprinzip" - den Begriff hast Du bestimmt bei den Ingenieuren gehört (totlach....)
Die Enthalpie ist ein thermodynamisches Potential und eine Zustandsgrösse. Somit ist klar, dass wenn Du ein Gas erwärmst, dass Du die Enthalpie änderst :D
Es war also nicht schlimm, dass Du das Wort "Enthalpie-Prinzip" vergessen hast :D
Gruss
Micha
Ich hab früher auch geglaubt, daß die Ausdehnung des Sprit-Luftgemisches im Zylinder in erster Linie auf Erwärmung zurückzuführen ist, bis mich dann mein Chemielehrer eines Besseren belehrt hat. Da das aber schon ziemlich lange her ist kann ich es nur so ungefähr wiedergeben.
Demnach beruht die explosionsartige Ausdehnung des Gemisches darauf, daß sich durch die Verbrennung neue Moleküle bilden, weil ja der Sauerstoff mit dem Brennstoff (in erster Linie Methanol, oder wer fliegt schon mehr Nitro als Methanol :D ) zu neuen Molekülen reagiert. Da sich dabei aus den einzelnen Atomen mehr Moleküle bilden als ursprünglich vorhanden waren (die Anzahl der Atome bleit selbstverständlich konstant) wird mehr Platz benötigt=]explosionsartige Ausdehnung
Ich hoffe, daß war kein totaler Schwachsinn, vielleicht kann ja noch jemand was dazu schreiben, der wirklich was davon versteht.
Mfg Kleinsi
Martin Achter
29.01.2003, 12:39
@Kleinsi:
Natürlich bilden sich bei der Explosion (Reaktion) neue Moleküle, nur daß dabei erhblich an Energie freigesetzt wird. D.h. Diese Moleküle haben eine beträchtliche kinetische Energie, die letztendlich den Druck in der Brennkammer ausmachen und den Kolben bewegt. Solltest Du Deinen Motor etwa bei einer Umgebungstemperatur von 600°C betreiben wollen, so würde das nicht funktionieren, da bei diesem Funktionsprinzip das Verhältnis zwischen Umgebungstemperatur und Arbeitstemperatur von Bedeutung ist. Je höher die Differenz, desto besser funktioniert die Maschine. Letztendlich sind es ja alles Wärmekraftmaschinen (Verbrenner, Dampfmaschinen, Stirlingmotoren etc...). Das ist übrigens auch der Grund warum diese Sorte Motoren bei kühlen Umgebungstemperaturen mehr Leistung abgeben. Auf der Venus würde ein Verbrenner schon allein wegen des Prinzipes nicht funktionieren - seine Arbeitstemperatur ist durch den verwendeten Kraftstoff festgelegt, und die wird wohl kaum über der Umgebungstemperatur der Venus liegen. Ein Stirlingmotor hingegen würde "prinzipiell" laufen, da sich die Arbeitstemperatur theoretisch beliebig hoch einstellen läßt (liegt sie unter der Umgebungstemperatur, läuft er sogar rückwärts!).
Hi Martin,
leider setzt Du Explosion, Energie und kinetische Energie gleich.
Es gibt eben mehrere Prozesse, die zum Aufbau des Druckes beitragen: z.B. tatsächlich die chemische Reaktion, die durch das Schaffen der Reaktionsprodukte aus den -edukten auch ohne Berüchsichtigung der Thermodynamik dafür sogt, dass ein erhöhter Volumenbedarf besteht. Weiterhin kommt es durch die freie Enthalpie der chem. Rkt. zu einer Erwärmung des Gases. Nach p*V=n*R*T (man verzeihe mir: Der Einfachkeit halber führe ich hier die ideale Gasgleichung an. Es kommt ja nur auf das Verständnis an und nicht auf eine quantitative Erfassung) kommt es zu einer Erhöhung des Druckes. (Mikroskopisch gesehen wird Licht von FIR bis UV von den Atomen/ Molekülen absorbiert, wodurch Vibronen, angeregte elektronische Zustände und Rotationszustände angeregt werden. Nicht zu vergessen natürlich die kinetische Energie der Atome/ Moleküle. Dieser mikroskopische Vorgang drückt sich in der Gasgleichung aus.)
Im Gegensatz zum Stirlingmotor, bei dem zur Beschreibung alleine thermodynamische Potentiale nötig sind, spielt beim Ottomotor die Chemie eine wichtige Rolle. Zur Erinnerung: Ein Stirlingmotor hat ein "festes" Arbeitsgas, bei Ottomotor wird dieses periodisch ausgetauscht.
Gruss
Micha
Hallo
Ich lese schon hier bin ich mit meiner Frage
Goldrichtig hier sind Experten.Also Verbrennungsmotoren
wie Turbine. Kolbenmotor oder Raketenmotor usw.
Arbeiten alle nach dem selben Prinzip der thermischen Ausdehnung von Gas .
Nun sind ja hier schon einige begriffe gefallen wie: Enathalpie,bei der Verbrennung neue
Moleküle bilden.
Aber die Geschichte hat doch bestimmt einen Wissenschaftlichen begriff der die Sache auf den Kopf trifft :rolleyes:
Gruß
Ozzzi
@Bee
Das mit dem Enathalpieprinzip habe in der tat von
Ingenieuren gehört :D
Hi Ozzzi,
dann bin ich mal genauso gesannt, wie Du, was für einen Begriff die Ingenieure als Bezeichnung dafür missbraucht haben. D)
Gruss
Micha
Martin Achter
29.01.2003, 16:39
Hallo Micha!
Deine Ausführungen sind selbstverständlich richtig und gehen ins Detail. Ich setzte Explosion und kinetische Energie bewußt gleich - und das ist auch richtig und das tust Du unterm Strich ja auch. Explosion bedeutet: In vielen Fällen wird sie dadurch ausgelöst, daß zwei Stoffe unter Abgabe einer positiven Energiebilanz miteinander reagieren. Diese Energie wird schlagartig freigesetzt, da die Reaktionsdauer extrem kurz ist. Diese freigesetzte Energie ist zu einem hohen Prozentsatz Wärmeenergie. Das heißt letztendlich, das die Gasmoleküle (also die Edukte), eine hohe kinetische Energie besitzen - denn nichts anderes ist Wärme (ich rede hier nicht von Wärme-/Infrarotstrahlung). Mit dieser Bewegungsenergie drücken die Moleküle gegen die Kammerwände (auch den Kolben), was wiederum dem Druck entspricht.
Selbstverständlich spielen die chemischen Vorgänge (neue Dichte der Edukte, neues T/p-Diagramm etc..) auch eine nicht unerhebliche Rolle, aber wohl eher die kleinere!
Im Übrigen kenne ich sehr wohl den Unterschied zwischen Stirlingmotoren und Ottomotoren (Meine Facharbeit: http://www.stirlingmotor.com/collectors/coll_achter/coll_achter.html übrigens komplette Eigenentwicklung [!--emo&:))--][img]http://rc-heli.local/forum_101/html/emoticons/happy.gif\' border=\'0\' valign=\'absmiddle\' alt=\'happy.gif\'][!--endemo--] )
Ich wollte mich halt in meinem vorherigen Beitrag kurz fassen, und mich auf das Wesentliche konzentrieren - dafür habe ich jetzt diesen Roman runterleiern müssen ;) .
Bitte verzeih´ mir noch diese Indiskretion, Micha: In Deinem Profil ist das Berufsfeld nicht ausgefüllt - es fällt mir daher sehr schwer Dich einzuschätzen...
Ich möchte jetzt hier kein Wissenschaftliches Duell vom Zaun brechen. Sicher kann man immer mehr ins Detail gehen - aber wer liest das dann schon?!? Ich wollte mich hier lediglich möglichst allgemeinverständlich ausdrücken...
@ ozzzi:
Nun, nicht jeder Ingenieur versteht zwangsläufig was von Motoren: z.B. Bauingenieure. ;)
Im Übrigen umschreibt der Begriff Enthalpie ein sehr weites Feld (nicht nur Motoren). Der Begriff Enthalpie wird offiziell übersetzt mit "latente Wärme bzw. Wärmeinhalt". Seine Bedeutung genau zu definieren ist zwar (heute) möglich, aber nicht ganz einfach (Ludwig Boltzmann (1844 bis 1906) - der von dem die Boltzmannkonstante k kommt - hatte sich deswegen erhängt)! Von dem her umschreibt "Enthalpie" kein "Prinzip".
Hi Martin,
es gibt trotzdem noch einen kleinen Unterschied zwischen kinetischer Energie und Wärme: Die Atome in einem Kristallgitter mit der Temperatur von 100°C bewegen sich mit Sicherheit nicht so sehr und nicht so schnell, wie z.B. ein CO2-Molekül aus einem Gasvolumen mit 100°C. Das zeigt schon, wie schwierig es ist, von Wärme und Temperatur zu sprechen.
Aber wie schon gessagt: Beim Stirlingmotor hast Du immer dasselbe Volumen Arbeitsgas (immer dieselben Moleküle) und bewegst Dich nur entlang Deiner Isobaren und Isochoren im p-V-Diagramm.
Beim Ottomotor malst Du im Prinzip bei jeder Umdrehung (2.Takter) ein neues p-V-Diagramm, wobei die Energie nicht durch ein Wärmebad an das Arbeitsgas abgegeben wird, sondern in chemischer Form im Gas gespeichert ist.
Der springende Punkt ist in Deinem Beitrag aber: Du sprichst von kinetischer Energie und sagst, dass das Wärme ist. 2 Sätze später sprichst Du von Bewegungsenergie ( == kinetische Energie) und sagst, dass das nichts anderes ist als der Druck, der auf den Kolben wirkt.
Was stimmt denn nun? kinetische Energie == Druck oder kinetische Energie == Wärme?
Oder ist etwa Druck == Wärme?
Meiner Meinung ist das Problem einfach folgendes: WIE werden/sind die Moleküle angeregt? Prinzipiell sind und müssen es auch immer dieselben mikroskopischen Mechanismen sein die letztendlich zur Bewegung des Kolbens führen. Die Frage ist aber: Was war davor? Das eine mal (Explosion)relaxieren die Gasmoleküle durch Stösse untereinander und verteilen so mehr oder weniger homogen die Anregung im gesamten Arbeitsraum, schliesslich auch auf den Kolben, das andere mal (Stirling) dehnt sich ein mehr oder weniger homogenes Arbeitsgas durch Wärmezufuhr von aussen mehr oder weniger homogen aus.
Ich meine, man muss nur nah´ genug hinsehen (oder anderes Extrem: man muss nur von weit genug her hinsehen), und es sieht alles gleich aus. Soll heissen: Man kann Moleküle eben nur translatorisch, rotatorisch und vibronisch anregen (lassen wir die Elektronische Anregung und das Plasma weg). Und es können eben auch nur diese Energieformen sein, die den Kolben letztendlich bewegen.
Was den Beitrag der Photonen angeht (seien sie nun aus dem Lande "FIR" oder "UV"): Es ist eben die Fähigkeit zur telepatischen Kommunikation der Moleküle :D
Gruss
Micha, der Esotheriker
Martin Achter
29.01.2003, 22:03
Servus Micha!
Zum 1. Teil Deines Beitrages:
Druck != Wärme (ungleich)!!! Du verdrehst da meine Aussagen ganz gewaltig: die Schlußfolgerung müßte lauten, daß der Druck direkt proportional zur Temperatur ist, vorausgesetzt die Teilchenzahl ist konstant - und das wirst Du doch wohl nicht anzweifeln!?! Außerdem kann man zwei unterschiedliche Größen nicht gleichsetzen, sondern nur in ein Proportionalitätsverhältnis setzen... Um den Zusammenhang genauer zu erläutern: Wenn ein einzelnes Teilchen eine hohe kinetische Energie besitzt, so beansprucht es in einem Zeitraum delta T ein größeres Volumen (noch genauer: die zurückgelegte "Zickzackstrecke" ist länger, da bei gleichbleibender Masse, v proportional zu Ekin ist), als ein Teilchen mit vergleichsweise geringer Ekin . Oder andersherum: Ein Teilchen mit hoher Ekin stößt im selben Zeitraum wesentlich häufiger gegen die Kammerwand als ein energieärmeres Teilchen.
Zu Teil2:
Den habe ich überlesen :tongue: ...
Na, da haben sich wohl zwei Besserwisser gefunden - mal schaun was als nächstes kommt Kamerad Esotheriker ;) ...
Hi Martin,
das mit "Druck = Wärme" war provokativ gemeint. Ich habe mir eigentlich gewünscht, dass DU etwas genauer darauf eingehst :P
Die Frage ist und bleibt aber: Was treibt nun den Kolben nach unten? Ist es die rein mechanische Natur durch die neu entstehenden Moleküle oder ist es tatsächlich "nur" der Zuwachs der Moleküle an kinetischer Energie durch Erwärmung?
Vermutlich sollten wir es mal durchrechnen: Änderung des Binnendrucks und Kovolumens der Produkte und Edukte im Vergleich zu Erhöhung der kinetischen Energie durch die freiwerdende Reaktionswärme. So sehr wir (also Du und ich) versuchen, mit Beispielen die jeweilige Position plausibel zu machen: Letztendlich reicht diese qualitative Argumentation offensichtlich keinesfalls aus, die Angelegenheit zu verstehen.
Gruss
Micha
Martin Achter
30.01.2003, 17:38
Ok Micha:
Mas möchtest Du genauer haben? Wir können das ganze gerne durchrechnen. Leider habe ich momentan keine entsprechende Fachliteratur parat - zudem sind mir die Abgastemperaturen, das Verdichtungsverhältnis des Motors (Ich möchte meinen jetzt nicht ausbauen, um die Pleuellänge abzumessen um V1 und V2 zu ermitteln) unbekannt, und über die Reaktionsedukte bei Methanolmotoren weiß ich auch nicht soooo bescheid (man müßte das Öl mit einkalkulieren, welches eigentlich nicht mit verbrennen sollte - dann: welche Rolle spielt der Nitromethangehalt =] Energieinhalt?) Als nächstes benötigen wir die Gemischtemperatur vor dem Verbrennen (also unmittelbar vor der Brennkammer), da diese ja durch den endothermen Lösungsvorgang/Mischvorgang im Vergaser abkühlt können wir nicht einfach von 20°C ausgehen. Ganz wichtiger Punkt: Wie gut ist die Brennkammer mit frischem Gemisch gefüllt und wie steht es mit der Gemischverteilung in der Kammer (Strömungsverhalten) und dem Grad der Verbrennung (wieviel % haben tatsächlich reagiert)...etc etc etc...
Willst Du mir (und vor allem all den Lesern der Beiträge) das alles wirklich antun, oder reicht da nicht ne Buchempfehlung ;) ?
Um nochmal auf Deine grundlegende Frage zurückzukommen "was den Kolben nach unten bewegt": Um es ganz elementar auszudrücken: die Druckdifferenz delta p zwischen Umgebungsdruck und dem Druck innerhalb der Brennkammer unmittelbar nach der Reaktion des Gemisches (ich gehe mal davon aus, daß der Druck im Kurbelwellengehäuse ungefähr dem Umgebungsdruck entspricht). Ha, das muß man auch noch mit einkalkulieren, denn genaugenommen ist der Druck im Kurbelwellengehäuse nicht konstant, sondern verläuft antizyklisch dem der Brennkammer (natürlich sind die Drücke nicht gleich...).
Aber, Micha, wenn Du unbedingt so scharf darauf bist das Thema (welches ja nicht neu ist) umbedingt nochmal und gerade hier zu erörten: tu Dir keinen Zwang an. Allerdings schätze ich werden es nicht so viele sooo genau wissen wollen - hauptsache die Knatterkiste schraubt den Heli gen Himmel, und das möglichst zuverlässig. (Damit möchte ich nicht behaupten , daß alle anderen Forenmitglieder Ignoranten sind ;) . Aber wer sich soooooo dafür interessiert kann da seeeehr viel Zeit in das lesen von entsprechender Literatur investieren - da brauchen wir das ganze doch wohl nicht noch einmal alles hier Abdrucken - wäre ein bischen viel....
Martin
Hallo!
Ich kann mir nach wie vor nicht vorstellen, daß die explosionsartige Ausdehnung in erster Linie durch Wärme entsteht. Ich glaube immer noch an die Vermehrung der Moleküle als Hauptursache.
Versucht euch mal vorzustellen, ihr erhitzt einen Kanister mit Sprit, ohne daß dieser dabei mit Sauerstoff reagieren kann. Dann wird die Ausdehnung nicht besonders spektakulär sein. Erst wenn der Treibstoff mit Sauerstoff reagiert kommt es zur Exposion, weil sich erst dann neue Moleküle bilden können.
Mfg Kleinsi
Martin Achter
01.02.2003, 11:13
Tja Kleinsi,
Das liegt wohl daran, daß wenn Du den Kanister von außen erhitzt, das Ganze nur langsam von statten geht. Reagiert das Gemisch aber, so haben alle Teilchen auf einmal und gleichzeitig unmittelbar nach der Reaktion eine wesentlich höhere Temperatur.
Besseres Beispiel:
Nimm einen Fondue-Topf, der mit heißem Öl gefüllt ist. Dann schütte einen Centiliter (ca. ein Stamper) Wasser hinein. Was passiert?: Es gibt eine kleine Explosion, und es spritzt dabei Öl (also bitte nicht wirklich ausprobieren ;) ). Warum?: Das Wasser wird durch das kochende Öl so schnell erhitzt, daß es schlagartig Verdampft. Da der Dampf bei gleicher Teichenzahl ein größeres Volumen einnimmt, steigt der Druck schlagartig an, und es kommt zur Explosion!
Es hängt allles also nur damit zusammen, wie schnell Du ein Gas erhitzt. Je schneller, desto schneller die Druckänderung, desto eher kann man es Explosion nennen.
Hier noch eine Definition:
Verpuffung: 0,01 - 1 m/s
Explosion: 1 - 1000 m/s
Detonation: 1000 - 10000 m/s
(m/s ist die Geschwindigkeit, mit der sich die Druckwelle ausdehnt)
Hallo
Es macht Spass die Postings hier zu lesen und
ich möchte mich für die Qualifizierten Beiträge bedanken.
Habe wieder was dazu gelernt. :]
Gruß
Ozzzi
Hi Martin,
alle Parameter mit einzukalkulieren wäre heftig. Denk´ mal an die Gemischverteilung im Verbrennungsraum. Wenn wir das wirklich ausrechnen würden wären wir nur noch einen Schritt von der Optimierung weg. Dann könnten wir gleich zur Automobilindustrie gehen, wenn wir das mit unseren Mitteln hinbekämen :D
Ich hab´ über die ganze Sache nochmal nachgedacht und bin auf die Idee gekommen, die Zeitskalen mal zu betrachen: Die Relaxationszeit der Anregungsenergien in den Molekülen ist mindestens 3 Größenordungen kleiner, als die Umdrehungsgeschwindigkeit des Motors. Sprich: Die Anregungsenergien sind (im Masstab des Motors gemessen) nahezu instantan in kinetische Energie umgewandelt. :(
Tja, Martin, dann muss ich wohl klein beigeben. Du hattest tatsächlich Recht :loeblich:
Dann bleibt als wesentlicher Unterschied zwischen Stirling und Otto wirklich nur die unterschiedliche Verfahrensweise mit dem Arbeitsgas.
Was die Chemie und die Verbrennung von Methanol und Nitromethan angeht: Das ist extrem schwierig! Näherungsweise bekommst Du COx, NOx und Wasser. Das NOx ist dann übrigens das, was die Verbrennung so giftig macht und mit dem Wasser zu Salpetersäure bzw. Salpetriger Säure reagiert. Daher sind auch die Additive im Öl wichtig, damit nicht alles zusammenrostet. Ich meine, das bisschen CO verhindert zwar den Sauerstifftransport im Blut, ist aber wenigstens reversiebel.
Gruss
Micha
Hallo Ihr zwei,
Jetzt meldet sich mal ein Bautechniker zu Wort (Dipling für Arme :D ).
Bei der Verbrennung (Explosion) des Kraftsstoffes (Egal ob Benzin, Methanol oder Salatöl) entsteht im Verbrennungsraum gegenüber dem Umgebungsdruck ein Überdruck der den Kolben nach unten drückt, durch den Schwung kommt der Kolben wieder nach oben und Verdichtet das inzwischen eingeströmte Gemisch, woraufhin das wieder Explodiert usw.
Spass an. :tongue:
Übrigens das Prinzip heist bei unseren Motoren 2-Takt Prinzip. ;) :) [!--emo&:))--][img]http://rc-heli.local/forum_101/html/emoticons/happy.gif\' border=\'0\' valign=\'absmiddle\' alt=\'happy.gif\'][!--endemo--]
Spass aus.
Eure Diskussion hier ist auch für einen Laien wie mich sehr Interessant zu lesen und ich wünschte mir das sowas öfter hier passiert, speziell die Physikalischen zusammenhänge der Helisteuerung sind sehr interessant.
Weiter so und ruhig ab und zu mal was erklären, man wird nicht dummer davon.
Gruß
Stefan
Hi Stefan,
klar ist Deine Erklärung richtig! Wir haben uns nur über das genaue Zustandekommen des Druckes unterhalten, von dem auch Du gesprochen hast.
Spass an
Mensch: 2-Takt-Prinzip! Warum sind wir da nicht selber draufgekommen!!! :D :D :D ;)
Spass ende.
Gruss
Micha
P.S.: Haupsache es fliegt und dreht sich :loeblich:
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