Wärmekraftmaschinen

Druck-Volumen-Diagramm Ein Druck-Volumen-Diagramm, auch Arbeitsdiagramm oder PV-Diagramm genannt, ist die grafi sche Darstellung der Beziehung zwischen Druck und Volumen, die zeitabhängig während der Motortakte im Zylinder eines Verbrennungsmotors abläuft. Diese Darstellung der Vorgänge in einem Verbrennungsmotor wird häufig dazu verwendet, die Auswirkung eines variablen Zündzeitpunkts auf die Druckverhältnisse im Zylinder darzustellen.

1) Ansaugtakt: Das Einlassventil ist geöffnet, im Zylinder herrscht der Umgebungsluftdruck von ca. 1 bar. Da sich der Zylinder nach unten bewegt, wird das Volumen größer; ein leichter Unterdruck entsteht.

2) Verdichtungstakt Alle Ventile sind geschlossen. Der Zylinder bewegt sich nach oben, das Volumen wird kleiner. Der Druck des Kraftstoff-Luft-Gemisches im Zylinder vergrößert sich.

3a) Arbeitstakt Das Kraftstoff-Luft-Gemisch wird entzündet. Der Druck steigt stark an. Da sich der Kolben im oberen Totpunkt befindet, ist das Volumen noch sehr klein.

3b) Arbeitstakt Das verbrennende Kraftstoff-Luft-Gemisch drückt den Kolben nach unten. Das Volumen vergrößert sich, der Druck sinkt.

4) Auspufftakt Das Auslassventil wird geöffnet (a), das verbrannte Gasgemisch wird ausgestoßen. Das Volumen wird geringer (b) und der Druck in Zylinder fällt bis zum Umgebungsluftdruck ab.

Kreisprozesse

Der Zustand eines Gases kann durch die Angabe seines Druck p, seines Volumens V und seiner Temperatur T beschrieben werden. Ändert sich der Zustand eines Gases, so ändern sich entweder alle drei Größen, oder nur zwei von ihnen, während die dritte Größe konstant gehalten wird: Bei isothermen Zustandsänderungen wird die Temperatur, bei isochoren das Volumen und bei isobaren der Druck konstant gehalten.

In Wärmekraftmaschinen wie Benzin- oder Dieselmotoren werden derartige Zustandsänderungen nacheinander wiederholt durchlaufen. Man nennt einen solchen Vorgang “Kreisprozess”, da das Gas nach jedem Durchgang wieder den ursprünglichen Zustand erreicht.

Der Carnot-Prozess

... to be continued...