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4. Verbrennungsmotoren I Flashcards

1
Q

In dieser Vorlesung geht es um die Grundlagen von Hubkolbenverbrennungsmotoren.

Nenne eine wichtige Bezugsgröße bei diesen Motoren?

A

Kurbelwinkel

—> also die Position der Kurbelwelle

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2
Q

Zahlreiche Betrachtungen zu diesen Motoren werden nicht auf eine Zeitangabe (z.B. in s) oder einer Position (z.B. mm), sondern auf die Stellung der ?? bezogen

A

Kurbelwinkel

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3
Q

Der Kurbelwinkel phi wird in ?(1)? angegeben und wird zum besseren Verständnis häufig zusätzlich um die Information ?(2)? oder ?(3)? ergänzt.
s

A

(1) „° KW“
(2) „nach OT“ (n. OT)
(3) „vor OT“ (v. OT)

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4
Q

Kolbengeschwindigkeit

Die Geschwindigkeit eines Kolbens ist trotz konstanter Drehzahl ?(1)? , sondern ändert sich während des ?(2)? ständig. Ausgehend von der ?(3)? im unteren Totpunkt wird der Kolben in Richtung oberer Totpunkt beschleunigt und erreicht etwa auf halbem Weg seine ?(4)?. Auf dem weiteren Weg wird er abgebremst, bis er im oberen Totpunkt zur Ruhe kommt, um dann nach unten wieder beschleunigt zu werden.

A

(1) nicht konstant
(2) Arbeitsspiels
(3) Ruhelage
(4) maximale Geschwindigkeit

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5
Q

Die mittlere Kolbengeschwindigkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass der Kolben während einer Motorumdrehung ?(1)? den ?(2)? zurücklegt.
Bei Pkw-Motoren sollte die mittlere Kolbengeschwindigkeit weniger als ?(3)? betragen, damit eine ausreichende ?(4)? der Motoren gewährleistet wird.

A

(1) zweimal
(2) Kolbenhub
(3) 20 m/s
(4) Lebensdauer

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6
Q

Massenkräfte

Während eines Arbeitstaktes treten verschiedene Kräfte am Motor auf.

Nenne 3: ??

A
  • Gaskraft
  • Massenkraft
  • Kolbenkraft
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7
Q

Auf Folie 4 sind die Gaskraft, Massenkraft und Kolbenkraft dargestellt.

Der Verlauf für Motoren mit mehreren Zylindern ist in der Mitte dargestellt.

Deutlich wird, dass die Ungleichförmigkeit mit zunehmender ?? geringer wird.

Darüber hinaus sind aber noch andere Kräfte zu beachten, welche hier nicht dargestellt sind.

A

Zylinderanzahl

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8
Q

Ein Zylinder gibt nur während des ?(1)? Arbeit an die ?(2)?, die dadurch beschleunigt wird. Insbesondere in der ?(3)? wird die Kurbelwelle durch den Zylinder wieder abgebremst. Dadurch ist die ?(4)? nicht konstant. Die Ungleichförmigkeit der Kurbelwelle ist umso geringer, je mehr ?(5)? der Verbrennungsmotor hat.

A

(1) Arbeitstaktes
(2) Kurbelwelle
(3) Kompressionsphase
(4) Motordrehzahl
(5) Zylinder

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9
Q

Massenkräfte

Beim Hubkolbenverbrennungsmotor treten verschiedene Kräfte und Momente auf.

Für ihre Betrachtung hat sich das auf Folie 5 links dargestellte Motor-Koordinatensystem bewährt!!!

Generell ist zwischen rotierenden und oszillierenden bzw. translatorischen Massenkräften zu unterscheiden.

A

(…)

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10
Q

Massenkräfte

Beim Massenausgleich ist zwischen welchen Massenkräften zu unterscheiden? (3)

A
  • rotierenden
  • oszillierenden
  • translatorischen
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11
Q

Massenkräfte

Die ?? Massenkräfte laufen mit der Kurbelwelle um und treten daher nur in der 1.Ordnung auf.

A

rotierenden

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12
Q

Die ?? Massenkräfte weisen auch höhere Ordnungen auf.

A

Oszillierenden

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13
Q

Es ist üblich, ein kartesisches Koordinatensystem einzuführen und dann von Längs- und Querkräften (Längs- und Kippmoment beim Mehrzylindermotor) zu sprechen, […]

Längskräfte Fxi wirken in Richtung der Motorhochachse (x-Richtung), Querkräfte Fyi in Richtung der Motorquerachse (y-Achse).

Das Längsmoment Mx wird durch die Kräfte Fyi, das Kippmoment My durch die Kräfte Fxi erzeugt.

Ein Massenmoment setzt einen Hebelarm und damit mehr als einen Zylinder voraus. Es existiert auch ein so genanntes Massenumlaufmoment Mz sowie ein primär von den Gaskräften hervorgerufenes Moment um die z-Achse, d. h. Motorlängsachse, […]

(Siehe Motor-Koordinatensystem auf Folie 5)

A

…

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14
Q

Kinematik des Hubkolbenmotors
—> mit wesentlichen Kenngrößen

SIEHE Folie 6!!

A

!

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15
Q

Der Verbrennungsmotor und seine Hauptthemen: ?? (6)

A
  • Luftzufuhr
    —> Ansaugstrecke
    —> Aufladung
    —> Kühlung
  • Kraftstoffzufuhr
    —> Einspritztiming
    —> Druck
    —> Form
  • Verbrennung
    —> Gemischbildung
    —> Zündung
  • Abgasnachbehandlung
    —> SCR-System
    —> NOx-Speicherkat
    —> Partikelfilter
  • Abgasenergienutzung
    —> Thermoelektrische Generatioren (TEG)
    —> Turbo Steamer (BMW)
  • Regelung
    —> Energiemanagement
    —> Thermomanagement
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16
Q

Bauteile eines Verbrennungsmotors

—> siehe Folie 8

A

…

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17
Q

Querschnitt durch einen Dieselmotor

—> Folie 10!!!

A

…

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18
Q

Vergleich Diese- und Ottomotor
—> Drehmoment und Leistung am Beispiel BMW

Die Graphik zeigt die unterschiedlichen Verläufe von Drehmoment und Leistung bei unterschiedlichen Drehzahlen.

—> SIEHE FOLIE 11!

A

…

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19
Q

Für den Einsatz verschiedener Antriebskonzepte konventionell (Benzin und Diesel), alternativ und regenerativ (Erdgass, CNG, Ethanol), sowie elektrisch (Plug-In, e-Drive) hat VW den modularen Querbaukasten entwickelt.

Warum?

A
  • Flexibilität
  • Nutzen von Skaleneffekten
    —> Kostensenkung aufgrund höherem Produktionsvolumen
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20
Q

Motorstrategien am Beispiel VW:
Hubraumklassen des EA211-Ottomotor-Baukastens

Die Reduzierung der Motorvarianten von 7 auf 4.
—> Grund auch hier: ??

A

Nutzen von Skaleneffekten!

Siehe exakt Folie 13

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21
Q

VW EA211 TSI evo: wesentliche Technikbausteine? (6)

A
  • FES-Brennverfahren mit (epsilon = 12,5) (hoch)
    —> epsilon = Verdichtungsverhältnis
  • 350 bar Einspritzung (hoch)
  • Zylinderabschaltung ACT evo
  • VTG- Turbolader (mit variabler Turbinengeometrie)
  • Kennfeld-Kühlungsmodul
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22
Q

VW EA211 TSI evo: wesentliche Technikbausteine

Welche Bauteile erlauben die Optimierung für den jeweiligen Betriebspunkt? (2)

A
  • VTG-Turbolader
    (mit variabler Turbinengeometrie - VTG)
  • Kennfeld-Kühlungsmodul
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23
Q

VW EA211 TSI evo: wesentliche Technikbausteine

Plasmabeschichtung der Zylinderlaufbahn optimiert was?

A

Das tribologische Verhalten von Kolben und Laufbahn

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24
Q

Effizienzpotenziale Verbrennungsmotoren? (8)

A
  • Thermomanagement
  • Leichtbau
  • Reibleistung
  • Abgasnachbehandlung
  • Aufladetechnologie
  • Betriebsstrategien
  • Hubraum
  • Brennverfahren
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25
Q

(Motorenprogramm von VW)

Kernmotorenprogramm siehe Folie 15

A

…

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26
Q

((Motorenstrategien am Beispiel Volvo:))
((„Alte“ Motorenpalette))

(Siehe Folie 16)

27
Q

Motorenstrategien
—> Bsp. Volvo: VEA-Konzept

VEA = Volvo Engine Architecture
—> darauf basieren sowohl Otto-, als auch Dieselmotoren
—> siehe Folie 17

Die Kenndaten auf Folie 18 zeigen die Vereinheitlichung z.B. von Zylinderabstand und Bohrung. Variation erfolgt dann über den Hub und natürlich auch die unterschiedlichen Brennverfahren

28
Q

Ladungswechselorgane beeinflussen den Verbrennungsprozess wesentlich.

Wahr/Falsch?

29
Q

Ladungswechselorgane:
Schlitzsteuerung

Schlitzsteuerung am Bsp. eines Wankelmotors (bzw. Kreiskolben-Motor; 4-Takt)
—> Folie 20

Schlitzsteuerung am Bsp. eines Zweitakt-Hubkolbenmotor
—> Folie 20

30
Q

Ladungswechselorgane: Drehschieber

  • Flachdrehschieber
  • Kegeldrehschieber
    —> siehe Folie 21

Was ist bei den Drehschiebern das Ziel?

A

Die Optimierung der Eintrittsquerschnitte, um möglichst geringe Drosselverluste zu erreichen.

31
Q

Ladungswechselorgane: Ventiltrieb (Bauteile)

Nenne zugehörige Bauteile! (9)

A
  • Nockenfolger (Rollenschlepphebel)
  • Nockenwelle
  • Ventilfeder(n)
  • hydraulischer Ventilspielausgleich
  • Ventilsitzring
  • Ventil
  • Ventilführung
  • Ventilbefestigung
  • Federteller

—> siehe Folie 22 Abb. mit Beschriftung

32
Q

Die am meisten verwendete Steuerung des Ladungswechsels erfolgt durch ein Ventiltrieb, bei dem sich Ventile öffnen und schließen.Dabei gelangt die benötigte Luftmenge durch den Einlass in den Brennraum und das Abgas durch den Auslass über die Abgasnachbehandlung und den Auspufftrakt nach draußen.

Wahr/Falsch?

33
Q

Die Nockenwelle veranlasst den ??

34
Q

Hauptaufgabe der Nockenwelle ist was?

A

Das Öffnen und Schließen der Ein- und Auslassventile zu festgelegten Zeiten für den Ladungswechsel

(YouTube)

35
Q

Animation der Ladungswechselorgane
(Ventiltrieb mit oben liegender Nockenwelle

-> siehe Video 13:20min!

36
Q

Nenne Ladungswechselorgane: ??(3)

A
  • Schlitzsteuerung
  • Drehschieber
- Ventiltrieb (Bauteile) 
—> Nockenwelle
—> Ventilfeder(n)
—> hydraulischer Ventilspielausgleich 
—> Ventilsitzring 
—> …
37
Q

4-Takt-Verfahren: Ventilsteuerzeiten

Die Ventilsteuerzeiten des 4-Takt-Verfahrens in Abhängigkeit vom Kurbelwinkel zeigt die Abbildung auf Folie 24.

Der Ventilhub und die Ventilüberschneidung haben großen Einfluss auf was?

A

das Brennverfahren

38
Q

Einteilung variabler Ventilsteuerungen

Je nach Betriebspunkt sind unterschiedliche Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile optimal.

Systeme die dies ermöglichen werden variable Ventilsteuerungen genannt.

Die verschiedenen Lösungen können zunächst wie eingeteilt werden? (2)

A
  • direkt betätigte System

- indirekt betätigte Systeme (nockenbetätigt)

39
Q

Einteilung variabler Ventilsteuerungen

Wie können direkt betätigte Systeme unterteilt werden? (3)

A
  • hydraulische Systeme
  • elektrische Systeme
  • pneumatisch Systeme
40
Q

Einteilung variabler Ventilsteuerungen

Wie können indirekt betätigte Systeme (nockenbetätigt) unterteilt werden? (2)

A
  • Systeme mit variabler Nockenwelle

- Systeme mit variablen Zwischenglied

41
Q

Je nach Betriebspunkt sind unterschiedliche Steuerzeiten der Einlass- und Auslassventile optimal.

Systeme die dies ermöglichen werden wie genannt?

A

variable Ventilsteuerungen

42
Q

4-Takt-Verfahren
Ventilüberschneidung

Einfluss der Ventilüberschneidung auf die Restgasspülung

—> siehe Folie 26!

43
Q

Ladungswechselorgane: Ventiltrieb (Varianten)

Welche Varianten des Ventiltriebes gibt es? (2)

A
  • untenliegende Nockenwelle
  • obenliegende Nockenwelle
    —> Schwinghebel
    —> Kipphebel
    —> Tassenstößel
44
Q

Ladungswechselorgane: Ventiltrieb (Varianten)

Die untenliegende Nockenwelle ist einfacher auszuführen, aber sie ist ??.

A

drehzahlbegrenzt

45
Q

Ladungswechselorgane: Ventiltrieb (Varianten)

Die obenliegenden Nockenwellenausführungen erlauben was?

A
  • höhere Drehzahlen

—> damit auch eine höhere Leistung

46
Q

Ladungswechselorgane: Ventiltrieb (Varianten)

Die obenliegende Nockenwelle ist einfacher durchzuführen als die untenliegende Nockenwelle.

Wahr/Falsch?

A

FALSCH!

Die untenliegende(!) Nockenwelle ist einfacher durchzuführen als die obenliegende(!) Nockenwelle.

47
Q

Desmodromische Ventiltrieb (d.h. zwangsgesteuert ohne ??) im Mercedes SLR 300, Baujahr 1955)

Hier wurden hohe Drehzahlen und hohe Leistungen realisiert.

—> siehe Folie 28

A

Ventilfedern

48
Q

Ventiltrieb des sehr kompakten VW-VR6 Motors, welcher 2 Zylinderblöcke und 2 Zylinderköpfe (übliche V6-Anordnung) jeweils in einem Bauteil realisierte und damit eine Queranordnung im Frontantrieb ermöglicht

Siehe Folie 29

49
Q

Variabilität im Ventiltrieb: Hub, Öffnungsdauer und Phasenlage

Die Graphik auf Folie 31 zeigt die Variabilität im Ventiltrieb für Hub, Öffnungsdauer und Phasenlage.

ANSEHEN!

50
Q

Möglichkeiten der Ladungswechselführung
durch die Variabilität des Ventiltriebs
—> siehe Folie 32!!

51
Q

Mir einem variablen Ventiltrieb kann folgendes im Zylinder beeinflusst werden: ?? (3)

A
  • Strömung im Zylinder
  • Restgasanteil im Zylinder
  • Gasmasse im Zylinder
52
Q

Details eines Nockenwellen-Verstellers für die Phasenlage.
—> siehe Folie 34!

Nockenwellen-Versteller am Bsp. Porsche Variocam
—> siehe Folie 35 (Animation im Video)

53
Q

Einfluss des Nockenwellen-Verstellers auf den Luftaufwand

—> siehe Grafik Folie 36

54
Q

?? =
Verhältnis aus der Luftmasse im Zylinder msubZyl und der theoretisch möglichen Luftmasse msubthe, die aufgrund des Volumens und der Umgebungsbedingungen (Luftdruck, Lufttemperatur) bei geschlossenen Ventilen im Zylinder sein könnte.

A

Liefergrad

55
Q

?? =
Die Berechnung erfolgt analog der vom Liefergrad. Im Unterschied zum Liefergrad wird hier zusätzlich die Luftmasse, die den Zylinder vor den Schließen der Einlassventile wieder verlassen hat, mit berücksichtigt.

A

Luftaufwand

56
Q

Ventilhubumschaltung mit verschiebbaren Nockstücken —> siehe Folie 37

Bei variablen Ventiltrieben gibt es welche Abwägung?

A

Wirtschaftliche Abwägung

—> Kosten versus Variabilität

57
Q

Der Vollvariable Ventiltrieb von Schaeffler in Verbindung mit einer Phasenverstellung der Nockenwelle

(Siehe Folie 38)

58
Q

Phasenlage und Hub:
Zwei Phasensteller mit Ventilhubvariation

Siehe/beschrifte Folie 39!!

59
Q

Ladungswechselarbeit bei Drosselregelung
Bsp.: variabler Ventiltrieb BMW-Valvetronic

Der variable Ventiltrieb ermöglicht die Reduktion der ?? um 30%

—> siehe Grafik Folie 41

A

Ladungswechselarbeit

60
Q

Ausführung eines vollvariablen mechanisch-hydraulischen Ventieltrieb mit den zugehörigen Ventilkurven.

—> Folie 42

61
Q

Vollvariabilität eines hydraulischen Ventiltriebs

—> siehe und beschrifte Folie 43 oder KT

62
Q

Variabler Ventiltrieb von Fiat

Grafik mit zugehörigen Ventikurven
—> Folie 44

63
Q

Vollvariable Elektro-magnetische Ventiltrieb (EMV)

Dieser hat bei der konstruktiven Ausführung was für Probleme?

A

Platzprobleme

Abbildung siehe Folie 45+46

Fantriebe (17 decks)

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