Kolbengeschwindigkeit

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Die Kolbengeschwindigkeit ist die Geschwindigkeit, mit der sich der Kolben eines Verbrennungsmotors vom oberen Totpunkt zum unteren Totpunkt bewegt und umgekehrt.

Die Kolbengeschwindigkeit bei Verbrennungsmotoren ist nicht gleichmäßig, aus zwei Gründen:

• Die Antriebskraft durch die Verbrennungsgase nimmt nach Beginn der Ausdehnung ab und verlangsamt den begonnenen Kolbenhub bis zum Ende. Dieser Einfluss ist jedoch meist gering.
• Die lineare Bewegung des Kolbens ist an die rotierende Bewegung der Kurbelwelle gekoppelt. Aufgrund der aufgezwungenen kinetischen Massenbewegungen der gesamten Maschine ergibt sich meist überwiegend ein sinusförmiger Verlauf der Kolbengeschwindigkeiten bei jedem Hub. Die Bewegung weicht mehr oder weniger stark von einer Sinuskurve ab, da dieser Sinus durch einen zweiten (mit doppelter Frequenz!) überlagert wird.

Man rechnet normalerweise mit der mittleren Kolbengeschwindigkeit. Diese berechnet sich wie folgt:

Diese berechnet sich wie folgt:

v_m = Mittlere Kolbengeschwindigkeit in m/s

n = Motordrehzahl in 1/s

s = Kolbenhub in m

oder:

v_m = Mittlere Kolbengeschwindigkeit in m/s

n = Motordrehzahl in 1/min

s = Kolbenhub in mm

Die maximale Kolbengeschwindigkeit ist begrenzt, da der Ölfilm schmierölabhängig reißen kann, wenn sie überschritten wird. Hoch drehende Motoren verlangen deshalb nach vollsynthetischen Ölen.

Langhubige Motoren (der Kolbenhub ist größer als der Kolbendurchmesser) weisen schon bei relativ geringer Drehzahl eine hohe Kolbengeschwindigkeit auf. Das liegt daran, dass der Kolben bei gleicher Drehzahl im Gegensatz zu Quadrat- (Kolbenhub gleich Kolbendurchmesser) und Kurzhubern (Kolbenhub kleiner als Kolbendurchmesser) einen längeren Weg zurücklegt. Langhubige Motoren haben bei niedrigen Drehzahlen dadurch ein höheres Drehmoment, da der Kolben sich schon bei niedriger Drehzahl mit viel Schwung nach unten bewegt (Kraft = Masse * Beschleunigung, hier ist die Beschleunigung höher als beim Kurzhuber).

Motoren mit einem ausgewogenen Kolbenhub-Kolbendurchmesser-Verhältnis (Quadrathuber) haben bei niedrigen Drehzahlen ein geringeres maximales Drehmoment sind aber drehzahlfester. Solche Motoren erreichen ihr maximales Drehmoment im mittleren Drehzahlbereich. Kurzhubige Motoren sind wegen der geringeren Kolbengeschwindigkeit am drehzahlfestesten und erreichen ihr maximales Drehmoment in höheren Drehzahlregionen.

Diese Angaben haben allerdings nur Faustregelcharakter. Die Drehmomentkurve wird auch entscheidend vom Einlass- und Auslasst(r)akt des Motors, sowie der Motorelektronik bestimmt.