AW: Chiptuning (Gift?)
Ich versuch's noch mal deutlicher zu erklären. Allerdings arbeite ich nicht in der Motorenentwicklung, das Wissen, was ich habe, kommt durch's Lesen der "Motorentechnischen Zeitschrift (MTZ)" und durch einige Fachbücher. Daher kenne ich mich nicht ins letzte Detail aus - wer es besser weiß möge mich korrigieren.
Also:
Die Verbrennung läuft im Otto-Motor mit Saugrohreinspritzung (und das bis jetzt noch alle BMW-Motoren, oder gibts den 335 schon?) folgendermaßen ab.
Einspritzung:
Das Benzin wird zylinderselektiv, d.h. eine Einspritzdüse pro Zylinder, in das Saugrohr vor den Einlassventilen eingespritzt. Dort ist es zunächst noch als Tröpfchen-Luftgemisch vorhanden und muss in ein homogenes Krafstoff-Luftgemisch durch Verdampfen übergehen. Das Kraftstoffgemisch wird über das Einlassventil in den Brennraum gezogen, dann wird das Einlassventil geschlossen und das Gemisch verdichtet. Je homogener das Gemisch im Zyllinder verteilt ist, desto besser erfolgt die anschliessende Verbrennung.
Verbrennung:
Optimal hinsichtlich Drehmoment und Verbrauch wäre es, wenn die Verbrennung unendlich schnell im oberen Totpunkt des Zylinders erfolgen würde. Das geht jedoch nicht, da die Flammfront eine endliche Brenngeschwindigkeit hat. Die Flamme beginnt also von der Zündkerze her zu brennen und "arbeitet" sich an die Wände des Zylinder hin. Deshalb kann man z.B. duch 2 Zündkerzen die Brennzeit wesentlich verkürzen, da die Flammenfront weniger Weg zurücklegen muss => Leistung steigt, Drehmoment steigt, Verbrauch nimmt ab (geht aber aus Platzgründen nur beim 2-Ventiler).
Die Brenngeschwindigkeit wird im wesentlichen durch 2 Faktoren beeinflusst: Konzentration des Geschmischs und Turbolenzen im Gemisch. Je schneller die Verbrennung abgläuft, umso besser. Bei einer vorgegebenen Brennzeit (die sich mit der Drehzahl des Motors verändert) erzielt man THEORETISCH den besten Wirkungsgrad, wenn der integrale Schwerpunkt des Brennverlaufs im oberen Totpunkt liegt (also der Hauptteil der Verbrennung im oberen Totpunkt stattfindet). Damit das der Fall ist, muss das Geschmisch schon weit vorher gezündet werden. (Die Zündkerze "funkt" im Normalfall je nach Betriebspunkt ca. 30-50° KW (KW=Kurbelwinkel) vor dem oberen Totpunkt des Kolbens.)
Allerdings ergeben sich dann sehr hohe Zylindertemperaturen und Zylinderdrücke. Wegen der hohen Temperaturen wird wesentlich mehr Wärme aus dem Zylinder über das Gehäuse abgeleitet, was also die Wärmeverluste erhöht und damit den Wirkungsgrad verschlechtert. Außerdem führen die hohen Drücke zu einer hohen Bautteilbelastung und die Zylinder müssen durch engere Passungen an Ventilen und Kolbenringen stärker abgedichtet werden. Das erhöht z.B. die Reibungsverluste im Motor. Weiterhin wird der Motor mit zunehmenden Zylinderdrücken lauter (siehe bzw. höre Dieselmotor). Die Stickoxide steigen mit zunehmender Brennraumtemperatur ebenso an.
Man hat an unzähligen Versuchsmotoren herausgefunden, dass ein Verbrennungsschwerpunkt von 10°KW nach OT (also wenn der Koben 10° Kurbelwellenwinkel vom oberen Totpunkt entfernt ist) beim Ottomotor optimal ist.
Verdichtung:
Je höher die Verdichtung eines Motors ist, umso größer ist der theoretische Wirkungsgrad. Dass dem aus oben genannten Gründen (Brennraumdruck) nur in Grenzen so ist, sieht man, dass die Verdichtung in modernen Dieselmotoren wieder abgesenkt wird. Die optimale Verdichtung eines Verbrennungsmotors (Otto und Diesel) liegt bei ca. 12 - 14. Beim Ottomotor setzt natürlich die Klopffestigkeit Grenzen in der Verdichtung. Diese wird für den jeweiligen Kraftstoff (95, 98 oder 100 Oktan) so hoch gewählt, dass der Verbrennungsschwerpunkt ca. 10°KW nach OT liegt. Besser ist es mit dem jeweiligen Gemisch nicht machbar. Tankt man jetzt mit einem auf 98 Oktan ausgelegten Motor nur 95 Oktan, dann würde die Verbrennung klopfen, weil die Zündselbstgrenze des Gemischs im entstehenden Brennverlauf überschritten werden (Temperatur). Damit dies nicht passiert, kann man später zünden, die Drücke und Temperaturen sind dann niedriger, aber der Schwerpunkt der Verbrennung liegt nicht mehr im optimalen Bereich sonder etwas später. Daher sinkt der Wirkungsgrad des Motors, der Verbrauch steigt.
Kennfeldoptimierung bei einem Motor für 98 Oktan:
Will man jetzt einen auf 98 Oktan ausgelegten Motor, d.h. idealer Brennverlauf bei 98 Oktan, für 100 Oktan nur durch eine fühere Zündung optimieren, dann Verlegt man den Verbrennungsschwerpunkt richtung früher. Damit steigen die Zylinderdrücke und Temperaturen wieder deutlich an, der Wirkungsgrad verschlechtert sich aus oben genannten Gründen.
=> Durch's frühere Zünden kann man vielleicht ein paar % Mehrleistung herausholen, da dies aber nur in ganz engen Grenzen möglich ist, kann man kein richtiges Kennfeld für 100 Oktan an einem Motor für 98 Oktan entwickeln.
Natürlich kann man einen auf 100 Oktan optmierten Motor entwickeln, der dann eine höhere Verdichtung haben kann. Weit über 12 macht dann aber auch keinen Sinn mehr.
So, ich hoffe das ist ein bisschen verständlicher, bin, wie gesagt kein Motoreningenieur - wer's besser weiß soll mich korrigeren...
