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Fantriebe > 3. Fahrzeugantriebe - Grundlagen II > Flashcards

3. Fahrzeugantriebe - Grundlagen II Flashcards

1
Q

Prinzipieller Aufbau einer Hubkolbenmaschine am Bsp. eines Ottomotors

—> siehe Folie 3

A

…

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2
Q

Arbeitsweise des 4-Takt-Verfahrens am Bsp. eines Ottomotors

  1. Takt: ??
  2. Takt: ??
  3. Takt: ??
  4. Takt: ??
A
  1. Takt: Ansaugen
  2. Takt: Verdichten
  3. Takt: Arbeiten
  4. Takt: Ausstoßen

—> siehe dazu Folie 4!!!!!!!!!!!

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3
Q

Der Ottomotor ist eine Verbrennungskraftmaschine mit Fremdzündung.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

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4
Q

Der Ottomotor ist eine Verbrennungsmaschine mit Fremdzündung, die eine ?(1)?-Gemisch verbrennt und damit die im Kraftstoff gebundene ?(2)? freisetzt und in ?(3)? umwandelt

A

(1) Luft-Kraftstoff-Gemisch
(2) chemische Energie
(3) mechanische Arbeit

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5
Q

Der Ottomotor ist eine Verbrennungsmaschine mit Fremdzündung, die eine Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt und damit die im Kraftstoff gebundene chemische Energie freisetzt und in mechanische Arbeit umwandelt.

Hierbei wurde in der Vergangenheit das brennfähige Arbeitsgemisch durch was gebildet?

A

Durch einen Vergaser im Saugrohr

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6
Q

Der Ottomotor ist eine Verbrennungsmaschine mit Fremdzündung, die eine Luft-Kraftstoff-Gemisch verbrennt und damit die im Kraftstoff gebundene chemische Energie freisetzt und in mechanische Arbeit umwandelt.

Hierbei wurde in der Vergangenheit das brennfähige Arbeitsgemisch durch einen Vergaser im Saugrohr gebildet.

Die Emissionsgesetzgebung bewirkte die Entwicklung der ?(1)?, welche die Gasmischbildung übernahm.

Weitere Steigerungen von Wirkungsgrad und Leistung erfolgten durch die Einführung der ?(2)?.
Bei dieser Technologie wird der Kraftsoff zum richtigen Zeitpunkt in den ?(3)? eingespritzt, sodass die Gemischbildung im ?(4)? erfolgt.

A

(1) Saugrohreinspritzung (SRE)
(2) Benzin-Direkteinspritzung (BDE)
(3) Zylinder
(4) Brennraum

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7
Q

Auf Folie 5 empfohlene Videos zur Funktion eines Verbrennungsmotors!!!

A

…

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8
Q

Bauformen des Hubkolbenmotors

Nenne ein paar!
—> ordne diese den Bildern auf Folie 6 zu!

A
  • Reihenmotor
  • V-Motor
  • Sternmotor
  • Boxermotor
  • U-Motor (Mehrkolben-Arbeitseinheit)
  • Gegenkolbenmotor (Mehrkolben-Arbeitseinheit)

—> noch mehr Bauformen mit Abbildung auf Folie 7

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9
Q

Ideale Kreisprozesse:

Welche Zustandsänderungen gibt es?

A
  • Isochore Zustandsänderung
  • Isobare Zustandsänderung
  • isotherme Zustandsänderung
  • adiabatische Zustandsänderung
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10
Q

Ideale Kreisprozesse:

Was gilt bei einer adiabatischen Zustandsänderung?

A

deltaQ = 0 (Wärme (Q) bleibt konstant)

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11
Q

Ideale Kreisprozesse:

Unter einer ?(1)? Zustandsänderung versteht man eine Zustandsänderung, bei der das Volumen V konstant bleibt, Druck p und Temperatur T jedoch veränderlich sind.

Speziell auf ein ideales Gas bezogen bedeutet dies, dass ?(2)?

A

(1) Isochoren

(2) das Verhältnis T/p konstant ist

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12
Q

Ideale Kreisprozesse:

Eine Zustandsänderung wird als ?(1)? bezeichnet, wenn der Druck p konstant bleibt, dabei aber Volumen V und Temperatur T veränderlich sind.

Für ein ideales Gas bedeutet dies wiederum, dass ?(2)?

A

(1) isobar

(2) das Verhältnis V/T konstant ist

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13
Q

Ideale Kreisprozesse:

Bei einer ?(1)? Zustandsänderung bleibt die Temperatur T bei veränderlichem Druck p und Volumen V konstant.

Bei einem idealen Gas ist in diesem Fall ?(2)?

A

(1) isothermen

(2) p*V konstant

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14
Q

Der ideale Kreisprozesse: Carnot-Prozess

Der Carnot-Prozess ist der ideale Kreisprozesse, jedoch ist er ??

A

mit einer Maschine praktisch nicht umsetzbar.

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15
Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung des Wirkungsgrades (eta) des Carnot-Prozesses?

A

eta = 1 - Tab / Tzu

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16
Q

Entropie:

Sie ist eine Größe, mit welcher man die ?(1)? eines Vorganges kennzeichnen kann.

Von praktischer Bedeutung ist nicht der absolute Betrag der Entropie S, sondern ?(2)?

A

(1) Irreversibilität

(2) ihre Änderung

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17
Q

Zeichne den Carnot-Prozess in eine pv-Diagramm!

A

—> siehe Folie 9

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18
Q

Zeichne den Carnot-Prozess in ein Ts-Diagramm!

A

—> siehe Folie 9

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19
Q

Der vollkommene Motor

Die DIN 1940 definierte den vollkommenen Motor wie folgt:
[…] Ein dem wirklichen Motor geometrisch gleicher Motor, der folgende Eigenschaften besitzt: ?? (7)

A

a) reine Ladung (ohne Restgase)
b) gleiches Luftverhältnis wie der wirkliche Motor
c) vollständige Verbrennung
d) Verbrennungsablauf nach vorgegebener Gesetzmäßigkeit
e) wärmedichte Wandungen
f) keine Strömungs- und Lässigkeitsverluste
g) ohne Ladungswechsel arbeitet […]

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20
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Gleichraum-Prozess
(idealisierter Ottomotor)

Zeichne diesen in ein pv-Diagramm und markiere auch den oberen Totpunkt (OT) und den unteren Totpunkt (UT)! Kennzeichne außerdem die zu- und abgeführte Wärme!

A

—> siehe Folie 11

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21
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Gleichraum-Prozess
(idealisierter Ottomotor)

Zeichne diesen in ein ps-Diagramm und zeichne ein wann Wärme zu- bzw. abgeführt wird!
(s: Entropie)

A

—> siehe Folie 11

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22
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Gleichdruck-Prozess
(Idealisierter Dieselmotor)

Zeichne diesen in ein pv-Diagramm und markiere auch den oberen Totpunkt (OT) und den unteren Totpunkt (UT)! Kennzeichne außerdem die zu- und abgeführte Wärme!

A

—> siehe Folie 12

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23
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Gleichdruck-Prozess
(Idealisierter Dieselmotor)

Zeichne diesen in ein ps-Diagramm und zeichne ein wann Wärme zu- bzw. abgeführt wird!
(s: Entropie)

A

—> siehe Folie 12

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24
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Seiliger-Prozess
(kombinierter Prozess für reale Motoren)

Zeichne diesen in ein ps-Diagramm und zeichne ein wann Wärme zu- bzw. abgeführt wird!
(s: Entropie)

A

—> siehe Folie 13

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25
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Seiliger-Prozess
(kombinierter Prozess für reale Motoren)

Zeichne diesen in ein pv-Diagramm und kennzeichne außerdem die zu- und abgeführte Wärme!

A

—> siehe Folie 13

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26
Q

Theoretische Kreisprozesse für Motoren

Nenne 3: ??

A
  • Gleichraum-Prozess
    —> idealisierter Ottomotor
  • Gleichdruck-Prozess
    —> idealisierter Dieselmotor
  • Seiliger-Prozess
    —> kombinierter Prozess für reale Motoren
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27
Q

Wirkungsgrad der Vergleichsprozesse

—> Thermodynamischer Wirkungsgrad im Verhältnis zum Verdichtungsverhältnis!

—> Diagramm siehe Folie 14!!!

A

Beachte den deutlich höheren Zylinderdruck für Dieselmotoren!

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28
Q

1) Wie hoch ist der maximale Zylinderdruck für Ottomotoren?

2) Wie hoch ist der maximale Zylinderdruck für Dieselmotoren?

A

1) ca. 80 bar

2) ca. 200bar

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29
Q

Innere oder indizierte Wirkungsgrad

Die innere Motorleistung, die den Kolben nach unten drückt, ergibt sich aus der ?(1)?, die mithilfe der ?(2)? ermittelt wurde und der Motordrehzahl zu: ?(3)? (Formel)

A

1) inneren Arbeit
2) Zylinderdruckindizierung

3) Psubi = i * n * Wsubi
—> mit i = 1 für Zweitaktmotoren
—> mit i = 0,5 für Viertaktmotoren
(n: Drehzahl; Wsubi: innere Arbeit)

30
Q

Wie berechnet man die innere Motorleistung (Psubi)?

A

Psubi = i * n * Wsubi
—> mit i = 1 für Zweitaktmotoren
—> mit i = 0,5 für Viertaktmotoren
(n: Drehzahl; Wsubi: innere Arbeit)

31
Q

Aus der inneren Motorleistung (Psubi) können dann der ?(1)? und die ?(2)? bestimmt werden. Der innere oder indizierte Wirkungsgrad ergibt sich, analog zum effektiven Wirkungsgrad, zu: ?(3)? (Formel)

A

1) mechanische Wirkungsgrad
2) Reibleistung

3) etasubi = Psubi / (mPunktsubB * HsubU) 
—> etasubi: indizierter Wirkungsgrad 
—> Psubi: innere Motorleistung 
—> HsubU: unterer Heizwert 
—> mPunktB: Massenstrom (??)

—> siehe Folie 15

32
Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung des inneren oder indizierten Wirkungsgrad?

A 
etasubi = Psubi / (mPunktsubB * HsubU) 
—> etasubi: indizierter Wirkungsgrad 
—> Psubi: innere Motorleistung 
—> HsubU: unterer Heizwert 
—> mPunktB: Massenstrom (??)

—> siehe Folie 15

33
Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung des Gütegrads?

A

etag =

Betrag aus Wsubindiziert

/

Betrag aus Wsubtheoretisch
_________

(Bei Wsubtheoretisch handelt es sich um einen beliebig zu wählenden theoretischen Prozess, z.B. Otto, Seiliger etc.
Zur Bestimmung des Gütegrads etasubg ist allerdings für Wsubtheoretisch die Arbeit des sogenannten vollkommen Motors Wsubv einzusetzen.

Damit ist bereits ein aufwendiges numerisches Berechnungsmodell notwendig, das jedoch nicht allgemein verfügbar ist. Daher kann die Empfehlung ausgesprochen werden, für Vergleichsrechnungen stats mit einfach zu handhabenden theoretischen Prozessen zu rechnen.

Gelegentlich wird der Gütegrad auch mit etasubg = Betrag von Wsubeff / Betrag von Wsubtheoretisch definiert und beinhaltet dann auch die mechanischen Verluste.)

34
Q

Der Umsetzungsgrad erfasst die Verluste durch ??

A

…eine unvollständige Verbrennung des Kraftstoffes.

35
Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung des Umsetzungsgrades (etasubU): ??

A

EtasubU = Qzu / (msubB * Hsubi)

—> Qzu = Wärmemenge
—> msubB = Kraftstoffmenge
—> Hsubi = Heizwert (frühere Bezeichnung: unterer Heizwert)

36
Q

Mechanischer Wirkungsgrad

Wie lautet die Formel zur Berechnung des mechanischen Wirkungsgrades (etasubm)?

A

etasubm = Wsube/ Wsubi

(Umfasst nach DIN 1940 die Reibungsverluste am Kolben und in den Lagern, die Verlustarbeit aller für den Motorbetrieb erforderlichen Aggregate und die aerodynamischen bzw. hydraulischen Verluste am Triebwerk. (…))

37
Q

effektiver Wirkungsgrad

Wie lautet die Formel zur Berechnung des effektiven Wirkungsgrads (etasube)?

A

etasube = Wsube / (msubB * HsubU)

= etasubth * etasubu * etasubg * etasubm

= etasubi * etasubm

(Lässt sich auch als Produkt aus dem thermischen Wirkungsgrad und den Vergleichsgrößen zur Beschreibung der Verlustanteile angeben)

38
Q

Der effektive Wirkungsgrad lässt sich auch als Produkt aus dem thermischen Wirkungsgrad und den Vergleichsgrößen zur Beschreibung der Verlustanteile angeben.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

39
Q

Verlustanalyse eines Verbrennungsmotors

—> siehe Folie 20!!

A

…

40
Q

Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren

  • nach Brennverfahren: ?? (3)
  • nach Kraftstoff: ?? (3)
  • nach Arbeitsverfahren: ?? (2)
A
  • nach Brennverfahren:
    —> Otto
    —> Diesel
    —> Hybrid
  • nach Kraftstoff:
    —> gasförmig
    —> flüssig
    —> fest
  • nach Arbeitsverfahren:
    —> 2-Takt
    —> 4-Takt
41
Q

Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren

Nach welchen Kriterien lassen sie sich einteilen? (11)

A

Einteilung möglich nach dem/der:

  • Brennverfahren
  • Kraftstoff
  • Arbeitsverfahren
  • Gemischbildung
  • Ladungswechselsteuerung
  • Aufladung
  • Zündung
  • Kühlung
  • Einsatzzweck

(Siehe Folie 21)

42
Q

Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren

  • nach der Gemischbildung:
    —> Art: ?? ; Qualität: ??; Ort: ??
  • nach der Ladungswechselsteuerung: ??
  • nach der Aufladung: ??
A
  • nach der Gemischbildung:
    —> Art: außen, innen (Bezug auf Arbeitsraum)
    —> Qualität: homogen, inhomogen
    —> Ort: direkt, indirekt, Saugrohr
  • nach der Ladungswechselsteuerung:
    —> Ventilsteuerung
    —> Schlitzsteuerung
    —> Schiebersteuerung
  • nach der Aufladung:
    —> Saugmotor
    —> Aufladung
43
Q

Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren

  • nach der Bauform: ??
  • nach der Laststeuerung: ??
  • nach der Zündung: ??
A
  • nach der Bauform:
    —> Zylinderzahl
    —> Zylinderanordnung
  • nach der Laststeuerung:
    —> Quantitätsregelung (Otto)
    —> Qualitätsregelung (Diesel)
  • nach der Zündung:
    —> Fremdzündung
    —> Selbstzündung
44
Q

Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren

  • nach der Kühlung: ??
  • nach dem Einsatzzweck: ??
A
  • nach der Kühlung:
    —> direkt (Luft)
    —> indirekt (Flüssigkeit)
- nach dem Einsatzzweck: 
—> Fahrzeug 
—> Industrie 
—> Marine 
—> stationär
45
Q

Das Verdichtungsverhältnis ist definiert als: ?? (Mit Formel)

A

Der Quotient aus maximalem und minimalem Zylindervolumen:

epsilon = Vmax / Vmin

46
Q

Das Verdichtungsverhältnis ist definiert als der Quotient aus maximalem und minimalem Zylindervolumen.

1) Das maximale Zylindervolumen liegt wann vor?
2) Wann ist das Volumen minimal und wie wird es dann bezeichnet?

A

1) Wenn sich der Kolben im unteren Totpunkt (UT) befindet

2) Bei Kolbenstellung im oberen Totpunkt (OT)
—> Kompressions- oder Totvolumen

(Siehe Folie 22)

47
Q

Das Kompressionsvolumen setzt sich zusammen aus dem Brennraumvolumen des Zylinderkopfes, den Ventiltaschen im Kolben, einer Kolbenmulde sowie dem Feuerstegvolumen bis zum oberen Verdichtungsring.

Kompressions- und Hubvolumen lassen sich durch Auslitern bestimmen.

Wahr/Falsch?

A

Wahr

48
Q

Für das Verdichtungsverhältnis (epsilon) eines 4-Takt-Motors ergibt sich: ?? (Formel)

A

epsilon = Vmax / Vmin

= (Vsubh + Vsubc) / Vsubc
___
Vsubc = Vsubmin = Kompressions- oder Totvolumen

49
Q

Das p-V-Diagramm ist ein wichtiges Diagramm für was?

A

Zum Verständnis der Abläufe in einem Verbrennungsmotor

50
Q

Für Hubkolbenmotoren

—> p-V-Diagramm (Folie 23+24) ansehen

(Hochdruckschleife; Ladungswechselschleife)

A

…

51
Q

Mitteldrücke (spezifische Arbeit)

Es ist üblich, die bei einem Arbeitsspiel abgegebene Arbeit W auf das ?(1)? zu beziehen.
Diese spezifische Arbeit hat die Dimension eines Drucks und wird daher als ?(2)? bezeichnet.

A

(1) Hubvolumen

(2) Mitteldruck psubm

52
Q

Wie berechnet man den Mitteldruck psubm? (Formel)

A

psubm = W / Vsubh

= bei einem Arbeitsspiel abgegebene Arbeit / Hubvolumen

53
Q

Wie lautet die SI-Einheit des Mitteldrucks?

A

J/m^3 oder N/m^3 (Pa)

—> häufiger jedoch in bar angegeben

54
Q

Wie berechnet man den effektiven Mitteldruck psube: ?? (Formel)

A

psube = Wsube / Vsubh

Effektiv geleistete Arbeit Wsube / Hubvolumen

55
Q

Wie lautet die Formel zur Berechnung des inneren (indizierten) Mitteldrucks psubi: ??

A

psubi = Wsubi / Vsubh

innere Arbeit (vom Gas an den Kolben abgegebene Arbeit) Wsubi geteilt durch Hubvolumen

56
Q

Wie kann die innere (indizierte) Arbeit im pV-Diagramm ermittelt werden?

A

Als eingeschlossene Fläche

Siehe Folie 25

57
Q

Der innere Mitteldruck lässt sich veranschaulichen, indem aus der Arbeitsfläche im pV-Diagramm ein ?(1)? mit der gleichen Basis Vsubh gebildet wird, dessen Höhe der ?(2)? Ist (siehe Abbildung Folie 26)

Dabei wird beim Viertaktmotor die Summe der beiden Flächen verwendet.
Für besondere Untersuchungen können aber auch getrennte Mitteldrücke für die ?(3)? und die ?(4)? gebildet werden.

A

(1) flächengleiches Rechteck
(2) innere Mitteldruck
(3) Hochdruckschleife
(4) Ladungswechselschleife

58
Q

Graphisch kann man wie den inneren Mitteldruck berechnen?

A

Innerer Mitteldruck =

Hochdruckschleife - Ladungswechselschleife

(Folie 27!!)

59
Q

4-Takt-Arbeitsverfahren:

Abweichung des realen Ottomotors vom idealen Gleichraumprozess
—> siehe ps-Diagramm auf Folie 28

A

…

60
Q

Abweichung des realen Ottomotors vom idealen Gleichraumprozess: ?? (4)

A
  1. Strömungsverluste beim Ein- und Ausströmen
  2. Verdichtungskurve zuerst steiler dann flacher als eine Isentrope infolge einer Wärmeaufnahme bzw. Wärmeabgabe
  3. Verbrennung nicht bei konstantem Volumen
  4. Expansionskurve steiler infolge einer Wärmeabgabe

(Siehe Abweichung auch im ps-Diagramm auf Folie 28)

61
Q

Verbrennungsmotor: Taktzahl

  • 4-Takt-Verfahren
  • 2-Takt-Verfahren

—> siehe jeweils pV-Diagramm zu beiden Verfahren auf Folie 29 - 31!!!!!!!!!!

A

…

62
Q

Lastregelung von Verbrennungsmotoren

Die Motorleistung P kann wie an den Bedarf angepasst werden?

A

Durch Änderung der Drehzahl n oder des Drehmoments M (Last)

Weil: P = M * Winkelgeschw. = M * 2 * pi * n

63
Q

Lastregelung von Verbrennungsmotoren

Bei der Lastregelung unterscheidet man: ?? (2)

A
  • Quantitätsregelung (oder Füllungsregelung)

- Qualitätsregelung

64
Q

Eine Verstelleinrichtung (Drosselklappe, Dreh-, Flachschieber, Ventil) steuert bei annähernd konstantem Luftverhältnis lambda die Gemischmenge, die in den Zylinder strömt (herkömmliche Ottomotoren)

Welche Lastregelung liegt vor?

A

Quantitätsregelung

65
Q

Bei Dieselmotoren und in bestimmten Betriebsbereichen bei einigen Ottomoren mit Benzindirekteinspritzung (BDE) erfolgt eine bedarfsgerechte Zumessung des Kraftstoffes.
Bei annähernd konstanter Luftmenge wird die Einspritzmenge variiert (variables Luftverhältnis Lambda)

Welche Lastregelung liegt vor?

A

Qualitätsregelung

66
Q

Motorkennfeld am Beispiel eines Dieselmotors

SIEHE FOLIE 33!!

A

…

67
Q

Optionen zur Reduzierung der CO2-Emissionen: Downsizing und Downspeeding: SIEHE FOLIE 34

A

…

68
Q

Niedrige Motordrehzahl durch eine längere Übersetzung im Getriebe.
Der Motorbetriebspunkt wird dabei entlang der Leistungshyperbel verschoben.
Die Drehzahlgrenzen des Motors sind zu beachten!

Welche Option zur Reduzierung der CO2-Emissionen liegt vor?

A

Downspeeding

69
Q

Absenken des Hubvolumens in Kombination mit Aufladung des Motors um die gleiche maximale Leistung wie der Ausgangsmotor zu erreichen.

Welche Option zur Reduzierung der CO2-Emissionen liegt vor?

A

Downsizing

70
Q

Was versteht man unter Downsizing?

A

Absenken des Hubvolumens in Kombination mit Aufladung des Motors um die gleiche maximale Leistung wie der Ausgangsmotor zu erreichen.

(Option zur Reduzierung der CO2-Emissionen)

71
Q

Was versteht man unter Downspeeding?

A
  • durch eine längere Übersetzung im Getriebe wird eine niedrigere Motordrehzahl erreicht

—> Der Motorbetriebspunkt wird dabei entlang der Leistungshyperbel verschoben.

(—> Die Drehzahlgrenzen des Motors sind zu beachten!)

72
Q

Lerninhalte

  • Carnot-Prozess
  • 2-Takt, 4-Takt-Verfahren
  • Otto- und Dieselmotor
  • Bauformen des Hubkolbenmotors
  • Definition und Einteilung von Verbrennungsmotoren
  • Thermodynamik des Verbrennungsmotors
  • Motorkennfeld mit typischen Merkmalen
    • Theoretische Kreisprozesse
A

…

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