Verstehen und Berechnen von Pumpverlusten bei Verbrennungsmotoren

Pumpverluste sind ein wesentlicher Faktor, der die Effizienz von Verbrennungsmotoren beeinflusst. Sie entstehen durch die Arbeit, die erforderlich ist, um Luft während des Ansaug- und Auspufftaktes in die und aus den Motorzylindern zu bewegen.

Was sind Pumpverluste?

Pumpverluste beziehen sich auf den Energieverbrauch des Motors zum Ansaugen von Frischluft und zum Austreiben von Abgasen, die durch die Motorkonstruktion, die Eigenschaften der Ansaug- und Auspuffanlage sowie die Betriebsbedingungen beeinflusst werden und bei Teillasten am stärksten ausgeprägt sind, wenn der Motor härter arbeitet, um den Luftstrom aufrechtzuerhalten.

Faktoren, die Pumpverluste beeinflussen

Mehrere Faktoren beeinflussen die Größe der Pumpverluste:

• Einlass- und Auslassventil-Timing: Optimiertes Timing reduziert den Widerstand während des Luftstroms.
• Motorgeschwindigkeit: Höhere Geschwindigkeiten können die Verluste je nach Design erhöhen oder verringern.
• Einlass-Manifold-Design: Glatte und gut gestaltete Krümmer erleichtern den Luftstrom.
• Drosselposition: Teilweise geschlossene Drosselklappen erhöhen Widerstand und Verluste.

Berechnung von Pumpverlusten

Die Berechnung der Pumpverluste umfasst die Messung der Arbeit, die für die Luftbewegung während des Ansaug- und Auspufftaktes geleistet wird. Der Grundansatz verwendet Druck-Volumen-Diagramme (P-V) zur Schätzung der Arbeit gegen Druckdifferenzen. Die Formel berücksichtigt die Druckdifferenz zwischen Ansaug-/Abgas- und Umgebungsbedingungen, Motordrehzahl und volumetrischem Wirkungsgrad.

Ein vereinfachter Ausdruck für die Schätzung der Pumparbeit pro Zyklus ist:

Arbeit = (P_max - P_ambient × V_displaced × N / 2

Wobei:

• P_max = maximaler Ansaug- oder Auspuffdruck
• P_ambient = atmosphärischer Druck
• V_verdrängt = Motorhubraum pro Zyklus
• N = Motordrehzahl (RPM)