Laminar ist nicht zu schaffen, keine Chance!
Geschrieben von Werner am 01. August 2023 22:23:51:
Als Antwort auf: Mythen und Gedoens geschrieben von huebi am 01. August 2023 13:10:16:
Moin huebi,
ist vieles richtig, was Du schreibst. Aber laminar ist nicht zu schaffen. Auch beim blankest polierten Rohr bildet sich bei diesen Reynoldszahlen längst die voll ausgebildete, turbulente Rohrströmung
Wäre es laminar, dann hätte die Oberflächenrauhigkeit keinen Einfluß, oder eben nur den der minimalen Durchmesserverkleinerung.
Ich nehme mal einen Saugrohrquerschnitt von 35 mm. Wir können auch andere Durchmesser nehmen. Laminar wird es erst bei Modellmotoren mit ihren Minivergasern.
Die Temperatur nehme ich mal mit 25°C an, weil an dem Punkt meine Tabelle einen genauen Wert hat. Wärmer wird das Gemisch an dieser Stelle noch nicht, eher kälter, sogar bis zur Vereisung. Ich könnte auch 50 °C nehmen, das macht im Ergebnis nicht viel aus. Richtig warm wird das Gemisch eh erst bei der Kompression und selbst dort kühlt das verdampfende Benzin noch kräftig.
Die kinematische Viskosität von Luft beträgt also bei 25 °C 15,58 x 10 hoch -6 m2/s oder ausgeschrieben 0,00001558 m²/s
Wir lassen es mit 100 m/s strömen.
Nun die Formel:
Re = w x d / v | mit w = Geschwindigkeit, d = Innendurchmesser, v = kinematische Viskosität
eingesetzt:
Re = 100 x 0,035 / 0,00001558 => 224647
Ab Re = 2300 sprechen wir nicht mehr von laminarer Strömung, jenseits von 3000 ist sie dann turbulent. Je rauher die Oberfläche, desto eher.
Bei den Vergasermotoren setzt sich der Sprit sehr gerne an die Wandungen, auch bei Betriebstemperatur. Im Saugrohr soll es ja auch gar nicht warm werden. Leg mal die Hand dran, da ist es kalt, kälter als Umgebung. Man versucht, den Vergaser oder Injektor so nah wie möglich ans Einlaßventil zu bringen, damit der Sprit nicht erst ausfällt und die Dosierung erschwert.
Damit flüssiges Benzin auch halbwegs kontinuierlich in den Gasstrom gelangt, ist die rauhe Oberfläche erwünscht. Wie schon gesagt, es wäre einfacher, eine glatte herzustellen. In dem Moment, wo die Drosselklappe geöffnet wird, fällt sofort flüssiger Sprit aus, weil der Druck im Saugrohr zunimmt. Die früheren Beschleunigerpumpen sollten das kompensieren, aber auch die Einspritzmotoren haben eine Beschleunigungsanreicherung. Wenn Du beim alten Käfer (mit kaputten Auspuff, damit man was hören kann) das Gas wegnimmst, ist spontan Ruhe. Der Sprit im Saugsystem verdampft schlagartig und das überfettete Gemisch brennt nicht mehr. Nach ein bis zwei Sekunden meldet sich dann der Motor zurück mit herrlichem Geplöpper im Auspuff (wie gesagt, der muß kaputt sein, sonst hört man es nicht) Das ist der Zeitpunkt, an dem der Sprit an den Wandungen verdampft ist.
Der Vergaser ist physikalisch falsch benannt. Es ist ein Zerstäuber und Dosierer, aber gasförmig ist nach dem passieren des Vergasers nur ein kleiner Teil des Brennstoffes. Für Einspritzungen gilt das gleiche: der Nebel um den Einspritzstrahl enthält eine Menge dampfförmigen Treibstoffes, aber die Hauptmenge sind kleine Tröpfchen.
Dass es im Ansaugbereich für eine gute Füllung kalt sein soll, ist eine Binsenweisheit, die auch jeder Dieselfahrer kennt. Aber beim Benziner ist es nicht die kalte Luft, die den größten Effekt ausmacht, sondern der bei kühler Temperatur geringe Dampfdruck des Benzins. Der führt dazu, dass das Benzin sich volumenmäßig in Form von Tropfen möglichst klein macht und der Luft Raum gibt. Beim Entreten in den Bennraum sorgt das oder die Einlaßventil(e) noch mal für eine gute Verteilung. Es gibt Kameraaufnahmen, wo man sieht, dass ein Benzinstrom im Saugrohr zum Einlaßventil strömt und dort dann am Ventil erst zerstäübt wird. Du kennst vermutlich auch den kleinen Honda-Motor, der als Vierventiler bei hohen Drehzahlen und als Zweiventiler bei niedrigen gearbeitet hat. Mit blockierter Umschaltmechanik lief der unten rum viel schlechter, warum wohl?
Im Aufwärtsgang des Kolbens erwärmt sich dann die Luft und der Kraftstoff beginnt zu verdampfen. Dieser Vorgang kühlt das Gemisch bzw. reduziert die Erwärmung, sodaß der Kompressionsvorgang bei fettem Gemisch weniger Arbeit kostet, als bei magerem. Bis die Kerze zündet, ist alles verdampft und deshalb ist es auch so wichtig, dass nicht fette Tropfen noch irgendwo rumsausen. Das hast Du ja schon beschrieben.
Das Problem haben Benzin-Direkteinspritzer. Zum einen muß der Motor reine Luft komprimieren, was mehr Verdichtungsarbeit bedeutet. Zum anderen ist die Zeit zwischen der Injektion und der Zündung sehr kurz und reicht nicht für eine vollständige Veteilung. Man kann zwar mit den DIs sehr mager und umweltfreundlich fahren, wenn man den Sprit der Kerze vor die Elektroden wirft, aber wenn man Leistung will, fällt der DI hinter dem konventionellen etwas zurück.
Also zusammengefaßt:
Laminar ist unmöglich und auch nicht erwünscht. Dennoch reicht die Turbulenz nicht immer aus, allen Brennstoff in der Schwebe zu halten.
Gruß
Werner