2001:A61:A9B:6E01:D858:1C95:710C:9E71: /* Luftaufwand */

2023-07-06T13:38:40Z

Luftaufwand

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Der '''Liefergrad''' beschreibt bei einem [[Verbrennungsmotor]] mit innermotorischer Verbrennung das Verhältnis der nach Abschluss eines [[Ladungswechsel]]s tatsächlich im Zylinder enthaltenen [[Frischladung]] zur theoretisch maximal möglichen Füllung. In der [[Betriebswirtschaftslehre]] ist der Liefergrad eine [[betriebswirtschaftliche Kennzahl]].

== Ottomotor (äußere Gemischbildung) ==
[[Datei:4-Stroke-Engine-with-airflows numbers.gif|mini|[[Viertaktmotor|Viertaktzyklus]] eines ideal-typisch langsam laufenden [[Ottomotor]]s: 1: „Ansaugen“ ➝ 2: „Verdichten“ ➝ 3: „Expandieren“ ➝ 4: „Ausschieben“ real schnell laufend bleibt nach Takt 1 der [[Einlassventil|Einlass]] über den [[Totpunkt|UT]] hinaus geöffnet, um mehr Zeit zum Einströmen der [[Frischladung]] zu lassen, während der [[Kolben (Technik)|Kolben]] bereits zum Verdichten ansetzt; das [[Auslassventil]] öffnet bereits zum Ende von Takt 3 und zwischen Takt 4 und 1 [[Ventilüberschneidung|überlappen die Öffnungszeiten]] von Auslass- und Einlassventil]]

Bei einem konventionellen [[Ottomotor]] mit [[Äußere Gemischbildung|äußerer Gemischbildung]] wird Frischgas (<math>m_{Z}</math>, meist [[Gemischbildung|Benzin-Luft-Gemisch]]) angesaugt. Das für die Füllung nötige Druckgefälle zwischen [[Hubraum|Zylinder]] und [[Ansaugrohr]] wird entweder alleine durch den Ansaughub des Kolbens ([[Saugmotor]]) erreicht oder durch einen [[Verdichter]] unterstützt ([[Aufladung (Verbrennungsmotor)|Aufladung]]). Wenn der Ladungswechsel-Vorgang unendlich langsam statt fände, würde das Volumen des angesaugten Gemischs genau dem [[Hubraum]] entsprechen, vorausgesetzt, dass die [[Einlassventil]]e genau im unteren [[Totpunkt]] (UT) schließen und die [[Auslassventil]]e während des gesamten Vorgangs verschlossen sind.

Weil ein Ottomotor aber mit Drehzahlen von ca. 600 bis zu 17.000/min läuft, bleibt sehr wenig Zeit für den [[Ladungswechsel|Einströmvorgang]], so dass die einströmende [[Frischladung]] erstens einen Strömungswiderstand überwinden und zweitens beschleunigt und wieder abgebremst werden muss. Durch im Ansaugtrakt und Zylinder pulsierende Druckwellen, ungünstige Strömungen und die [[Ventilüberschneidung]] kann auch ein Teil der schon eingebrachten Frischladung wieder abfließen. So ist das effektive Volumen der Frischladung meist kleiner als der Hubraum, kann aber durch Resonanz-Effekte bei bestimmten Drehzahlen sogar größer sein ([[Resonanzaufladung]]).

Die Frischladung ist maßgeblich für die je Arbeitstakt umgesetzte Energiemenge und beeinflusst über den [[Mitteldruck]] direkt [[Drehmoment]] und [[Motorleistung]]. Ein Motor mit hohem Liefergrad hat folglich eine hohe [[Hubraumleistung|hubraumspezifische Leistung]].

Der Liefergrad für einen Ottomotor mit [[Äußere Gemischbildung|äußerer Gemischbildung]] ist definiert:
:<math>\lambda_l = \frac{m_{Z}} {m_\text{th}} = \frac{m_\text{Luft} + m_\text{Benzin}}{m_\text{th}} = \frac{m_\text{Luft} + m_\text{Benzin}} {V_{h} \cdot \rho_\text{th} }</math>

== Dieselmotor (innere Gemischbildung) ==
[[Datei:Diesel Engine (4 cycle running).gif|mini|[[Viertaktmotor|Viertaktzyklus]] beim [[Dieselmotor]] mit [[Direkteinspritzung]] (schematisch)|400x400px]]

Bei einem [[Dieselmotor]] mit [[innere Gemischbildung|innerer Gemischbildung]] ([[Direkteinspritzung|Einspritzung]]) strömt beim [[Ladungswechsel]] nur Frischluft in den [[Brennraum]] und der [[Dieselkraftstoff]] wird erst während des Kompressionstaktes eingespritzt, so dass sich der Liefergrad nur auf die verfügbare Verbrennungsluft bezieht.
Der Liefergrad für einen Dieselmotor mit innerer Gemischbildung ist definiert:
:<math>\lambda_l = \frac{m_\text{Luft}}{m_\text{th}}</math>

Sonst gilt ähnliches wie für einen [[Ottomotor]], denn die eingespritzte Kraftstoffmenge muss auf die verfügbare Frischluftladung abgestimmt sein, um das geforderte [[Verbrennungsluftverhältnis]] zu erreichen. Während jedoch der Ottomotor überwiegend durch Drosselung des Liefergrades gesteuert wird ([[Quantitätsregelung]]), setzt man beim [[Dieselmotor]] auch ([[Qualitätsregelung]]) ein, indem die [[Luftzahl]] verändert oder die [[Frischladung]] mit [[Inertgas|inertem]] Abgas gestreckt wird ([[Abgasrückführung]]): Das ist notwendig, weil der [[Diesel-Kreisprozess]] auch in Teillast einen ausreichend hohen Kompressionsdruck erfordert, um Zündung und gleichmäßige Verbrennung des Gemischs zu gewährleisten.

== Zweitaktmotor (Spülung) ==
Bei [[Zweitaktmotor]]en sind (trotz deren scheinbar einfacheren Aufbaus) die Verhältnisse des [[Ladungswechsel#Zweitaktmotor|Ladungswechsels]] umso komplizierter, da beim stets unvollständigen Spülvorgang ein gewisser Anteil von Abgas verbleibt, der an der Verbrennung nur als inerter Ballast beteiligt ist. Prinzipiell übertragbar sind die Verhältnisse für äußere Gemischbildung beim klassischen [[Ottomotor]] bzw. für innere Gemischbildung bei Zweitaktmotoren mit [[Direkteinspritzung]] wie dem [[Zweitakt-Dieselmotor]].

== Einstellmöglichkeiten ==
Es gibt viele Möglichkeiten, den Liefergrad zu erhöhen:
* größerer '''Strömungsquerschnitt''' beim Gaswechsel (Drei-, Vier-, Fünfventiltechnik, [[Schiebermotor|Schiebersteuerung]]).
* Die Einlassventile schließen in der Regel erheblich nach dem UT, und durch die Bewegungsenergie des Gemischs strömt noch nach dem UT weiteres Gemisch ein (Nachlade-Effekt). Durch '''[[Resonanzaufladung]]''' kann die Zylinderfüllung auch bei Saugmotoren größer sein als dem Hubraum entsprechen würde.
* Mit einem [[Schaltsaugrohr]] kann die Reonanzaufladung an die Drehzahl angepasst werden, so dass der Nachlade-Effekt in einem größeren Drehzahlbereich genutzt werden kann.

Die [[Gasgleichung]] für Luft
:<math>m_\text{Luft} = \frac{p \cdot\ V}{R_L \cdot\ T}</math>
führt auf zwei weitere Verfahren, die Füllung des Brennraumes zu erhöhen:
* Die [[Motoraufladung|Aufladung]] des Motors (Turbolader, Kompressor) erhöht den Druck <math>p</math> des Frischgases.
* Die [[Ladeluftkühlung]] senkt die Temperatur <math>T</math> des Frischgases.
Beide Maßnahmen vergrößern den Wert des Bruches und damit die dem Motor zugeführte Luftmasse.

'''Anmerkung:''' laut Definition wird die theoretische Luftmasse (<math>m_\text{th}</math>) mit den gleichen Werten für Dichte, Druck und Temperatur berechnet wie die Masse der tatsächlich zugeführten Luft (<math>m_\text{Luft}</math>). Das heißt: Aufladung und Ladeluftkühlung erhöhen zwar die Zylinderfüllung, jedoch '''nicht''' den '''Liefergrad'''.

== Weitere Begriffe ==
=== Luftaufwand ===
Der [[Luftaufwand]] ist die Menge Frischgas bezogen auf die theoretisch mögliche (geometrische) Frischgasmenge, die während eines Arbeitsspiels durch den Brennraum strömt. Es werden also auch die Frischgasanteile mitgerechnet, die den Brennraum sofort wieder verlassen, ohne an der Verbrennung mitgewirkt zu haben. Das kann während der Ventilüberschneidung passieren (gleichzeitiges Öffnen von Einlass- und Auslassventil) oder auch durch Zurückströmen von Gemisch in das Ansaugrohr.

=== Fanggrad ===
Das Verhältnis von tatsächlich im Brennraum verbleibendem Frischgas und Luftaufwand nennt man [[Fanggrad]], weil der Anteil des Frischgases „eingefangen“ wurde.

=== Spülgrad ===
[[Datei:Revers Scavenging.gif|mini|Ladungswechsel beim Zweitaktmotor (hier mit [[Umkehrspülung]])]]

Der [[Spülgrad]] hingegen gibt an, wie das Verhältnis von Frischgas zur Ladung (Frischgas und Restgas, das nicht ausströmen konnte) ist. Die Vorstellung, dass das Restgas (das ist das, was bei der Verbrennung am Ende übrig bleibt) nach der Verbrennung vollständig durch das Auslassventil entweicht, ist eine Idealvorstellung, die nicht ganz korrekt ist. Daher die Bezeichnung des Spülgrads.

Fanggrad und Spülgrad sind vor allem bei [[Zweitaktmotor]]en wichtige Größen, weil bei dieser Motorart der Auslass nahezu immer offen ist, wenn auch der Einlass offen ist. Es ist daher kaum zu vermeiden, dass Frischgas gleich wieder durch den Auslass entweicht ([[Kurzschlussspülung]]). Entwicklungsziel ist immer, diesen [[Spülverlust]] klein zu halten.

== Betriebswirtschaftslehre ==
Der Liefergrad ({{enS|customer service level}}) ist in der Betriebswirtschaftslehre der Quotient aus der Anzahl zeit- und bestellungsgerechter [[Lieferung]]en und der Anzahl der [[Bestellung]]en oder [[Auftrag|Aufträge]].<ref>[https://books.google.de/books?id=x-ofBAAAQBAJ&pg=PA182&dq=service+level+liefergrad&hl=de&sa=X&ved=0ahUKEwjb0JDcpJDfAhVEyqQKHVqWAgwQ6AEIKDAA#v=onepage&q=service%20level%20liefergrad&f=false Michael Hompel/Volker Heidenblut, ''Taschenlexikon Logistik'', 2011, S. 182]</ref>
:<math>\text{Liefergrad} = \frac{\text{Lieferungen}}{\text{Anzahl der Bestellungen}}</math>.
Der Liefergrad verbessert sich, wenn mehr Lieferungen bei gegebenen Bestellungen erfolgen und umgekehrt. Ein nahezu bei 100 % liegender Liefergrad erfordert jedoch hohe [[Sicherheitsbestand|Sicherheitsbestände]], erhöht die [[Lagerkosten]] und damit das [[Lagerrisiko]]. Kundenseitig ist mit hohem Liefergrad hohe [[Lieferbereitschaft]], gute [[Lieferqualität]] und damit eine günstige [[Lieferantenbewertung]] verbunden.

== Literatur ==
* Karl-Heinz Dietsche, Thomas Jäger, Robert Bosch GmbH: ''Kraftfahrtechnisches Taschenbuch.'' 25. Auflage, Friedr. Vieweg & Sohn Verlag, Wiesbaden, 2003, ISBN 3-528-23876-3
* Max Bohner, Richard Fischer, Rolf Gscheidle: ''Fachkunde Kraftfahrzeugtechnik.'' 27. Auflage, Verlag Europa-Lehrmittel, Haan-Gruiten, 2001, ISBN 3-8085-2067-1
* Peter A. Wellers, Hermann Strobel, Erich Auch-Schwelk: ''Fachkunde Fahrzeugtechnik''. 5. Auflage, Holland+Josenhans Verlag, Stuttgart, 1997, ISBN 3-7782-3520-6

== Einzelnachweise ==
<references />
[[Kategorie:Logistik]]
[[Kategorie:Distributionslogistik]]
[[Kategorie:Ansaugtrakt]]
[[Kategorie:Gemischbildung]]
[[Kategorie:Motorsteuerung]]

Liefergrad - Versionsgeschichte

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