Der volumetrische Wirkungsgrad ist eine der Schlüsselkennzahlen, die den Leistungsgrad eines Automobilmotors oder einer Hydraulikpumpe bestimmen. Kurz gesagt, es zeigt die Luft- und Kraftstoffmenge an, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt des Betriebs im Zylinder befindet. Der volumetrische Wirkungsgrad wird üblicherweise in Prozentform ausgedrückt. Je höher der Prozentsatz, desto stärker und schneller ist ein Motor in der Regel.
Genauer gesagt befasst sich der volumetrische Wirkungsgrad mit zwei Dingen: der theoretischen maximalen Luftmenge, die in einen Motor gepumpt wird, und der tatsächlich gepumpten Luftmenge. Das theoretische Maximum wird durch die Berechnung des gesamten Gesamtvolumens des Motors, auch Hubraum genannt, ermittelt – kurz gesagt, wie viel Luft in die Zylinder eines Motors passt. Ein Zylinder hat sein maximales Volumen, wenn sich der Kolben in seiner untersten Position befindet, auch bekannt als „unterer Totpunkt“.
Einfach ausgedrückt, wenn Sie 0.13 Gallonen (0.5 Liter) Luft-Kraftstoff-Gemisch in einen Zylinder mit einem Volumen von 0.13 Gallonen (0.5 Liter) am unteren Totpunkt pumpen können, haben Sie einen Volumenwirkungsgrad von 100 % erreicht. Im Gegensatz dazu, wenn nur 0.10 Gallonen (0.4 Liter) in den Zylinder gelangen, haben Sie einen Volumenwirkungsgrad von 80 % erreicht.
In der realen Welt erreicht die tatsächlich in den Motor gepumpte Luftmenge selten ihr theoretisches Maximum. Dies ist auf verschiedene Faktoren zurückzuführen, darunter Reibungsverluste, Undichtigkeiten und die Konstruktion des Motors. Wenn Luft viele Windungen und Ventile durchlaufen muss, um die Zylinder zu erreichen, tritt zwangsläufig ein gewisser Luftwiderstand auf, der einen Teil dieser Luft zurücklässt. Bei einem Saugmotor – also jedem Motor ohne Pumpenverbesserungen wie Turbolader – ist dies normalerweise der Fall. Automobilenthusiasten optimieren oft an verschiedenen Teilen des Motors, um die tatsächliche Luftmenge näher an ihr theoretisches Maximum zu bringen; mit anderen Worten, seinen volumetrischen Wirkungsgrad erhöhen.
Geräte wie Turbolader und Kompressoren erhöhen den volumetrischen Wirkungsgrad eines Motors tatsächlich um mehr als 100 %, da sie die Luftdichte in den Zylindern erheblich erhöhen. Unter statischen Bedingungen, beispielsweise bei ausgeschaltetem Motor, könnten die Luftmoleküle im Inneren des Zylinders seinen gesamten maximalen Hubraum ausfüllen, wären aber relativ weit voneinander entfernt. Das aggressive Pumpen von Luft in den Zylinder hingegen bringt diese Moleküle näher zusammen, was zu einer höheren Luftdichte führt.
Höhere Luftdichten führen zu einer höheren Energieabgabe, denn je mehr Luft Sie in der Ansaugphase des Zylinders – also wenn der Zylinder in den unteren Totpunkt geht – in den Zylinder passen können, desto mehr Kraftstoff können Sie damit mischen. Dieses ultrapotente Luft-Kraftstoff-Gemisch wird dann durch den steigenden Kolben komprimiert, bis er zündet, was der Motorleistung mehr Kraft verleiht und zu einer schnelleren, stärkeren Motorleistung führt.