Thermodynamik der Motorbremse

Von Konstantin Senski und Friedrich Herrmann

Idee und Motivation

• gewöhnlicher Motor

• Bestimmung der thermischen Reibung

Das Fließen von Entropie erzeugt neue Entropie

Für Wärmetransporte gilt: P = TIS

P = T1IS1 T2IS2

IS2 > IS1

!

T2 < T1

Wärmeundurchlässiger Zylinder – isentroper Prozess

• Thermischer Widerstand =

• kein Entropiestrom

• keine Entropieerzeugung

V

p

S

T

keine Bremswirkung

wärmedurchlässiger Zylinder - Isothermer Prozess

• thermischer Widerstand = 0

• keine Temperaturdifferenz

• keine Entropieerzeugung

V

p

S

T

keine Bremswirkung

Realer Zylinder

• mittlerer thermischer Widerstand

• Entropiestrom und Temperaturdifferenz

• Entropieerzeugung

0 < Thermischer Widerstand <

S

T

V

p

Bremswirkung

Zusammenfassung der Zylinderarten

• Keine Bremswirkung • Bremswirkung

R

Motorbremse im Versuch

Zündung aus, Gang eingelegt

Zeit mit Zündkerzen: t = 34 s

Ausgeschraubte Zündkerzen: t = 40 s

Neuer Bremseffekt

A

B

Lochbremse

Keine Bremswirkung Bremswirkung

R = Elektrisches Analogon

R

U = const.

Q(t)

Akku

U = const.

P=RI²R

Q(t)

AkkuU = const.

Q(t)

Akku

R = 0 0<R<

BremswirkungKeine Bremswirkung

Simulation der Verlustleistung

Verlustleistung

Widerstand

Fazit

• Bremswirkung: Energieabgabe mit erzeugter Entropie

• Entropieerzeugung am:

– Thermischen Widerstand– Strömungswiderstand– elektrischen Widerstand

• Keine Bremswirkung für Widerstand unendlich und null

Kommt nix mehr

Simulation mit Stella / Dynasis

Elektrodynamisches Analogon in Originalgröße !

U0 = const.

C(t) = c0 + c´ sin (t)

Q(t)

Zusammenfassung

• Motor bremst durch thermische Reibung: Entropieerzeugung

• Bremswirkung durch thermische Reibung: Entropieerzeugung am thermischen Widerstand

•

• Analog: Lochbremse, Kondensator in Umgebung

• Einfache Simulation mit Stella

Maximale Bremswirkung

Elektrisches Analogon

U0 = const.

C(t) = c0 + c´ sin (t)

Q(t)

U0 = const.U0 = const.

Q(t)

P=RI²R

Q(t)

R

Test mit und ohne Zündkerzen

34,939,2

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Zeit t

Mit Zündkerzen Ohne Zündkerzen

Durchfahrtszeiten

Test p –v Real

Elektrisches Analogon

U0 = const.

C(t) = c0 + c´ sin (t)

Q(t)

U0 = const.U0 = const.

Q(t)

P=RI²R

Q(t)