Was das Pleuelstangenverhältnis beschreibt
Im Kurbeltrieb wandelt die Pleuelstange die Drehung der Kurbelwelle in die Auf- und Abbewegung des Kolbens. Wäre das Pleuel unendlich lang, liefe der Kolben exakt sinusförmig. Durch die endliche Länge kippt das Pleuel zur Seite, der Kolben bewegt sich nahe dem oberen Totpunkt schneller und nahe dem unteren langsamer. Wie stark dieser Effekt ist, beschreibt das Pleuelstangenverhältnis λ, der Kurbelradius geteilt durch die Pleuellänge.
Pkw-Motoren liegen meist zwischen 0,25 und 0,35. In englischsprachigen Quellen wird häufig das umgekehrte Maß verwendet, die Pleuellänge geteilt durch den Hub, das sogenannte Rod Ratio mit typischen Werten zwischen 1,5 und 2. Der Rechner gibt beide Kennzahlen aus.
Die Formeln entsprechen der exakten Kinematik des zentrischen Schubkurbelgetriebes, wie sie in Lehrbüchern zur Verbrennungsmotorentechnik hergeleitet wird. Die höchste Kolbengeschwindigkeit sucht der Rechner in Schritten von 0,1 Grad über den halben Umlauf.
Bedeutung für Motorbau und Tuning
Ein kürzeres Pleuel, also ein größeres λ, macht den Motor kompakter und leichter, erhöht aber die Seitenkräfte am Kolben und die Massenkräfte zweiter Ordnung. Diese freien Kräfte schwingen mit doppelter Drehzahl und lassen sich bei Reihenvierzylindern nur mit Ausgleichswellen tilgen. Ein langes Pleuel senkt Reibung und Verschleiß an der Zylinderwand.
Die Kolbenbeschleunigung im oberen Totpunkt bestimmt die Massenkraft, die Kolben, Bolzen und Pleuellager tragen müssen. Sie wächst mit dem Quadrat der Drehzahl. Eine Drehzahlerhöhung um 10 Prozent steigert die Belastung also um gut 20 Prozent. Multiplizieren Sie den Wert mit der oszillierenden Masse aus Kolben, Bolzen, Ringen und anteiligem Pleuel, erhalten Sie die Kraft in Newton.
Die mittlere Kolbengeschwindigkeit dient als Vergleichsgröße für die Belastung der Laufbahn. Serienmotoren bleiben meist unter 20 m/s, Rennmotoren gehen deutlich darüber. Bei Hubvergrößerungen mit gleichem Block muss oft ein kürzeres Pleuel verbaut werden, damit der Kolben nicht aus dem Zylinder ragt.
Der Kolbenweg beim Kurbelwinkel hilft beim Einstellen der Zündung mit Messuhr oder beim Gradscheiben der Nockenwelle. Für versetzte Kolbenbolzen gelten leicht abweichende Formeln. Die mittlere Kolbengeschwindigkeit allein liefert auch der Rechner zur Kolbengeschwindigkeit, den Hubraum aus Bohrung und Hub der Hubraum-Rechner.
Tipps und typische Fehler
Kurbeltrieb.
- Messen: Mitte bis Mitte.
- OT: Höchste Last.
- Drehzahl: Wirkt quadratisch.
- Massen: Leicht halten.
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Häufige Fragen
Ist ein langes Pleuel immer besser?
Nein, es senkt Seitenkräfte, macht den Motor aber höher und schwerer.
Wo ist der Kolben am schnellsten?
Etwas vor 90 Grad Kurbelwinkel, bei üblichen Werten um 72 bis 76 Grad nach OT.
Warum ist die Beschleunigung im OT größer als im UT?
Die Schrägstellung des Pleuels addiert sich im OT zur Kurbelbewegung und zieht im UT davon ab.
Wie misst man die Pleuellänge?
Von der Mitte des Kolbenbolzenauges bis zur Mitte des großen Pleuelauges.
Was sind Massenkräfte zweiter Ordnung?
Kräfte durch die Pleuelschrägstellung, die mit doppelter Drehzahl schwingen.
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- Kolbengeschwindigkeit maximal
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